在开发过程中，我们经常需要管理多个Python进程的启动、停止和切换。本文介绍如何使用Flask构建一个进程管理系统，支持进程组管理、互斥控制和优雅退出。
核心架构
1. 进程状态管理
定义清晰的进程状态和系统状态：
from enum import Enum
from dataclasses import dataclass
class ProcessState(Enum):
STOPPED = "stopped"
STARTING = "starting"
RUNNING = "running"
STOPPING = "stopping"
FAILED = "failed"
class GroupState(Enum):
IDLE = "idle"
COUNTER = "counter"
RANDOM = "random"
# ... 其他状态
@dataclass
class ProcessInfo:
name: str
command: list
state: ProcessState
process: Optional[object] = None
group: str = None
pid: Optional[int] = None
2. 进程组管理器
使用可重入锁和进程组确保线程安全和完整的进程控制：
import subprocess
import threading
import os
import signal
import time
class StateManager:
def __init__(self):
self.processes = {}
self.lock = threading.RLock() # 关键：使用可重入锁
# 进程分组配置
self.group_mapping = {
"counter": "group_a",
"random": "group_a",
"timer": "group_a", # group_a内互斥
"heartbeat": "group_b",
"status": "group_b" # group_b内互斥
}
核心功能实现
1. 进程启动 - 进程组创建
def start_process(self, name: str):
with self.lock:
process_info = self.processes[name]
process_info.state = ProcessState.STARTING
# 关键：创建新进程组
process = subprocess.Popen(
process_info.command,
stdout=subprocess.PIPE,
stderr=subprocess.STDOUT,
preexec_fn=os.setsid # 创建进程组
)
process_info.process = process
process_info.pid = process.pid
# 启动后状态检查
time.sleep(2)
if process.poll() is None:
process_info.state = ProcessState.RUNNING
return True, f"进程启动成功，PID: {process.pid}"
else:
process_info.state = ProcessState.FAILED
return False, f"进程启动失败，退出码: {process.returncode}"
2. 进程停止 - 优雅退出
def stop_process(self, name: str):
with self.lock:
process_info = self.processes[name]
process_info.state = ProcessState.STOPPING
if process_info.process and process_info.process.poll() is None:
pid = process_info.process.pid
try:
# 关键：向整个进程组发送SIGTERM
os.killpg(os.getpgid(pid), signal.SIGTERM)
# 等待优雅退出
process_info.process.wait(timeout=10)
return True, "进程优雅停止成功"
except subprocess.TimeoutExpired:
# 超时强制终止
os.killpg(os.getpgid(pid), signal.SIGKILL)
process_info.process.wait()
return True, "进程强制停止成功"
process_info.state = ProcessState.STOPPED
3. 进程切换 - 原子操作
def switch_process_in_group(self, from_name: str, to_name: str):
with self.lock: # 整个切换过程原子化
# 检查互斥组
if self.processes[from_name].group != self.processes[to_name].group:
return False, "进程不在同一互斥组"
# 先停止，再启动
stop_success, stop_msg = self.stop_process(from_name)
if not stop_success:
return False, f"停止失败: {stop_msg}"
start_success, start_msg = self.start_process(to_name)
if not start_success:
return False, f"启动失败: {start_msg}"
return True, f"成功从 {from_name} 切换到 {to_name}"
Flask API设计
统一响应格式
from flask import Flask, jsonify
from flask_cors import CORS
app = Flask(__name__)
CORS(app)
@dataclass
class ApiResponse:
success: bool
data: Optional[Any] = None
message: Optional[str] = None
error: Optional[str] = None
@app.route('/api/process/<name>/start', methods=['POST'])
def start_process(name):
success, message = state_manager.start_process(name)
if success:
return jsonify({'success': True, 'message': message})
else:
return jsonify({'success': False, 'error': message}), 400
@app.route('/api/process/switch/<from_name>/<to_name>', methods=['POST'])
def switch_process(from_name, to_name):
success, message = state_manager.switch_process_in_group(from_name, to_name)
if success:
return jsonify({'success': True, 'message': message})
else:
return jsonify({'success': False, 'error': message}), 400
关键技术要点
1. 可重入锁的重要性
# 错误：使用普通锁会导致死锁
self.lock = threading.Lock()
# 正确：使用可重入锁
self.lock = threading.RLock()
为什么？ switch操作会先后调用stop和start，如果使用普通锁会在嵌套调用时死锁。
2. 进程组管理的优势
- 完整清理：确保子进程和孙进程都被正确终止
- 避免僵尸进程：防止进程泄漏
- 信号传递：可以向整个进程树发送信号
3. 状态检查机制
- 启动验证：等待2秒后检查进程是否还在运行
- 优雅退出：先SIGTERM等待10秒，超时后SIGKILL
- 状态同步：确保管理器状态与实际进程状态一致
实际应用
这个架构特别适合：
- ROS2节点管理：管理机器人的各个功能模块
- 微服务控制：本地服务的启停和切换
- 开发工具：管理多个开发服务器进程
- 数据处理：控制不同的数据处理流水线
总结
通过合理的状态管理、进程组控制和可重入锁，我们可以构建一个健壮的进程管理系统。关键在于：
- 进程组管理：使用
os.setsid()和os.killpg() - 优雅退出：SIGTERM + 超时 + SIGKILL
- 线程安全：使用
threading.RLock()避免死锁 - 状态一致性：启动后验证，停止前检查
这样的设计既保证了功能的完整性，又确保了系统的稳定性和可扩展性。
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