深入分析在Python模块顶层运行的代码引起的一个Bug

然后我们在Interactive Python prompt中测试了一下:

>>> import subprocess
  >>> subprocess.check_call("false")
  0

而在其他机器运行相同的代码时, 却正确的抛出了错误:

>>> subprocess.check_call("false")
  Traceback (most recent call last):
   File "", line 1, in
   File "/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/lib/python2.7/subprocess.py", line 542, in check_call
    raise CalledProcessError(retcode, cmd)
  subprocess.CalledProcessError: Command 'false' returned non-zero exit status 1

看来是subprecess误以为子进程成功的退出了导致的原因.

深入分析

第一眼看上去, 这一问题应该是Python自身或操作系统引起的. 这到底是怎么发生的? 于是我的同事查看了subprocess的wait()方法:

def wait(self):
  """Wait for child process to terminate. Returns returncode attribute."""
  while self.returncode is None:
   try:
    pid, sts = _eintr_retry_call(os.waitpid, self.pid, 0)
   except OSError as e:
    if e.errno != errno.ECHILD:
     raise
    # This happens if SIGCLD is set to be ignored or waiting
    # for child processes has otherwise been disabled for our
    # process. This child is dead, we can't get the status.
    pid = self.pid
    sts = 0
   # Check the pid and loop as waitpid has been known to return
   # 0 even without WNOHANG in odd situations. issue14396.
   if pid == self.pid:
    self._handle_exitstatus(sts)
  return self.returncode

可见, 如果os.waitpid的ECHILD检测失败, 那么错误就不会被抛出. 通常, 当一个进程结束后, 系统会继续记录其信息, 直到母进程调用wait()方法. 在此期间, 这一进程就叫"zombie". 如果子进程不存在, 那么我们就无法得知其是否成功还是失败了.

以上代码还能解决另外一个问题: Python默认认为子进程成功退出. 大多数情况下, 这一假设是没问题的. 但当一个进程明确表明忽略子进程的SIGCHLD时, waitpid()将永远是成功的.

回到原来的代码中

我们是不是在我们的程序中明确设置忽略SIGCHLD? 不太可能, 因为我们使用了大量的子进程, 但只有极少数情况下才出现同样的问题. 再使用git grep后, 我们发现只有在一段独立代码中, 我们忽略了SIGCHLD. 但这一代吗根本就不是程序的一部分, 只是引用了一下.

一星期后

一星期后, 这一错误又再一次发生. 并且通过简单的调试, 在debugger中重现了该错误.

经过一些测试, 我们确定了正是由于程序忽略了SIGCHLD才引起的这一bug. 但这是怎么发生的呢?

我们查看了那段独立代码, 其中有一段:

signal.signal(signal.SIGCHLD, signal.SIG_IGN)
我们是不是无意间import了这段代码到程序中? 结果显示我们的猜测是正确的. 当import了这段代码后, 由于以上语句是在这一module的顶层, 而不是在一个function中, 导致了它的运行, 忽略了SIGCHLD, 从而导致了子进程错误没有被抛出!

总结

这一bug的发生, 给了我们两个教训. 第一是, 在debug检查时, 应该从新的代码到老的代码, 再到Python Library. 因为新代码发生错误的几率大于老代码, 而python library中发生错误的几率更小.

第二是, 不要将可能会引起副作用的代码写在module顶层, 而应当写到functuon中. 因为如果该module被import, 那么在顶层的代码就会运行, 导致各种不可知的事件发生.

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