小何讲进程: 编写Linux守护进程方法详解

守护进程概述
守护进程,也就是通常所说的Daemon进程,是Linux中的后台服务进程。
它是一个生存期较长的进程,通常独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些事件的发生。
守护进程常常在系统引导载入时启动,在系统关闭时终止。

Linux有很多系统服务,大多数服务都是通过守护进程实现的。守护进程的名字通常以d结尾,字母d就是Daemon的意思。

由于在Linux中,每一个系统与用户进行交流的界面称为终端,每一个从此终端开始运行的进程都会依附于这个终端,这个终端就称为这些进程的控制终端。
当控制终端被关闭时,相应的进程都会自动关闭。
但是守护进程却能够突破这种限制,它从被执行开始运转,直到整个系统关闭时才会退出。如果想让某个进程不因为用户、终端或者其他的变化而受到影响,

那么就必须把这个进程变成一个守护进程。可见,守护进程是非常重要的。


守护进程特性
后台运行
:这是守护进程最重要的特性。
守护进程必须与其运行前的环境隔离开来:这些环境是从启动它的父进程(或shell)中继承下来的,包括:控制终端、会话和进程组、未关闭的文件描述符、工作目录以及文件创建掩码等。
守护进程的启动方式有其特殊之处:它可以在系统启动时从启动脚本/etc/rc.d中启动,可以由inetd守护进程启动,可以由作业规划进程crond启动,还可以由用户终端(通常是shell)执行。


(1). 创建子进程,父进程退出——脱离控制终端


守护进程是脱离控制终端的。完成第一步后就会在shell终端里造成一种程序已经运行完毕的假象。之后的所有工作都在子进程中完成,而用户在shell终端里则可以执行其他的命令,从而在形式上做到了与控制终端的脱离。 
父进程创建了子进程之后退出,会造成子进程没有父进程,从而使子进程变成一个孤儿进程。 
在Linux中,每当系统发现一个孤儿进程,就会自动由1号进程(也就是init进程)收养它,这样,原先的子进程就会变成init进程的子进程了。其关键代码如下所示:

pid = fork();
if (pid > 0)
{
    exit(0); /*父进程退出*/
} 


(2). 在子进程中创建新会话——脱离父进程的会话组和进程组


这个步骤是创建守护进程中最重要的一步,虽然它的实现非常简单,但它的意义却非常重大:使进程完全独立出来,从而脱离所有其他进程的控制。 
方法:调用系统函数setsid(),创建一个新的会话期,并使调用setsid函数的进程成为新的会话的首进程,并与其父进程的会话组和进程组脱离,成为一个新进程组的首进程。
进程组 : 
进程组是一个或多个进程的集合。进程组由进程组ID来惟一标识。除了进程号(PID)之外,进程组ID也是一个进程的必备属性。 
每个进程组都有一个组长进程,其组长进程的进程号等于进程组ID。且该进程ID不会因组长进程的退出而受到影响。


会话期: 
会话期是一个或多个进程组的集合。通常,一个会话开始于用户登录,终止于用户退出,在此期间该用户运行的所有进程都属于这个会话期,它们之间的关系如下图所示:

小何讲进程: 编写Linux守护进程方法详解_第1张图片


(1)setsid()函数作用
由于在调用fork()函数时,子进程全盘复制了父进程的会话期、进程组和控制终端等,虽然父进程退出了,但原先的会话期、进程组和控制终端等并没有改变,因此,还不是真正意义上的独立,而setsid()函数能够使进程完全独立出来,从而脱离所有其他进程的控制,成为一个后台进程。

 如果进程不是一个进程组的组长的话,调用setsid()有下面的3个作用。
创建一个新会话,让进程摆脱原会话的控制,成为新会话组的首进程。
创建一个新的进程组,让进程摆脱原进程组的控制,成为一个新进程组的首进程。
让进程摆脱原控制终端的控制,成为后台进程。


(2)setsid()函数格式

小何讲进程: 编写Linux守护进程方法详解_第2张图片


3.改变进程的当前目录为根目录
使用fork()创建的子进程继承了父进程的当前工作目录。由于在进程运行过程中,当前目录所在的文件系统(比如“/mnt/usb”等)是不能卸载的,

这对以后的使用会造成诸多的麻烦(比如系统由于某种原因要进入单用户模式)。
通常的做法是让“/”作为守护进程的当前工作目录,这样就可以避免上述的问题,当然,如有特殊需要,也可以把当前工作目录换成其他的路径,如/tmp。
改变工作目录的常见函数是chdir()。


4.重设文件权限掩码为000
文件权限掩码是用于控制生成文件的缺省属性的,其作用是屏蔽掉文件权限中的对应位。比如文件权限掩码是050,它就屏蔽了文件组用户的R与X权限。
由于使用fork()函数新建的子进程继承了父进程的文件权限掩码,这就给该子进程使用文件带来了诸多的麻烦。因此,把文件权限掩码设置为0,

可以大大增强该守护进程的灵活性。
设置文件权限掩码的函数是umask()。在创建守护进程时,通常的使用方法为umask(0)。


5.关闭文件描述符
用fork()函数新建的子进程会从父进程那里继承一些已经打开了的文件。这些被打开的文件可能永远不会被守护进程读或写,但它们一样消耗系统资源,

而且可能导致所在的文件系统无法被卸载。
究竟关闭哪些描述符则与具体的守护进程有关,必要的是关闭0、1、2三个文件描述符,即标准输入、标准输出、标准错误。

在经过第二步之后,守护进程已经与所属的控制终端失去了联系。因此从终端输入的字符不可能达到守护进程,守护进程中用常规方法(如printf())输出的字符也不可能在终端上显示出来。所以,文件描述符为0、1和2的3个文件已经失去了存在的价值,也应被关闭。通常按如下方式关闭文件描述符:

for(i = 0; i < MAXFILE; i++)
{
      close(i);
}

创建守护进程的流程:

小何讲进程: 编写Linux守护进程方法详解_第3张图片

举例:

下面是实现守护进程的一个完整实例,该实例首先按照以上的创建流程建立了一个守护进程,然后让该守护进程每隔10s向日志文件/tmp/daemon.log写入一句话。

/* 创建守护进程实例 */
#include
#include
#include
#include
#include
#include

int main()
{
	pid_t pid;
	int i,fd;
	char* buf="This is a daemon\n";
	
	pid=fork();	//创建子进程
	if(pid<0)
	{
		printf("Error fork\n");
		exit(1);
	}
	else if(pid>0)
	{
		exit(0);	//退出父进程
	}
	setsid();	//在子进程中创建新会话
	chdir("/");	//改变当前目录为工作目录
	umask(0);	//重设文件权限掩码
	for(i=0;i< getdtablesize() ; i++)	//关闭文件描述符
	{
		close(i);		
	}
	while(1)
	{
		if((fd=open("/tmp/daemon.log",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600)) < 0)
		{
			printf("Open file error! \n");
			exit(1);
		}
		write(fd, buf, strlen(buf)+1);
		close(fd);
		sleep(10);
	}
	exit(0);
	return 0;
}

运行截图如下:

小何讲进程: 编写Linux守护进程方法详解_第4张图片


可以看到该程序每隔10s就会在对应的文件中输入相关内容。并且使用ps可以看到该进程在后台运行。

在终端中输入命令:ps -ef|grep daemon


显示结果如下:



小技巧

tail命令:从指定点开始将文件写到标准输出。使用tail命令的-f选项可以方便的查阅正在改变的日志文件,tail -f filename会把filename里最尾部的内容显示在屏幕上,并且不断刷新,使你看到最新的文件内容。

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