daemon

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什么是守護(hù)進(jìn)程？

守護(hù)進(jìn)程可以簡(jiǎn)單的理解為后臺(tái)的服務(wù)進(jìn)程，很多上層的服務(wù)器都是以守護(hù)進(jìn)程為基礎(chǔ)開發(fā)的。例如 Linux 上運(yùn)行的 Apache 服務(wù)器，Android 系統(tǒng)的 Service 服務(wù)，它們的底層都由 Linux 的守護(hù)進(jìn)程提供服務(wù)。

這篇文章介紹的是在 Linux 編寫守護(hù)進(jìn)程的方法。

編寫守護(hù)進(jìn)程的 6 個(gè)步驟

先來(lái)看看整體的編寫步驟：

1. 重新設(shè)置 umask(0)
2. 執(zhí)行 fork 并脫離父進(jìn)程
3. 重啟 session 會(huì)話
4. 改變當(dāng)前工作目錄
5. 關(guān)閉文件描述符
6. 固定文件描述符 0, 1, 2 到 /dev/null

下面我們來(lái)寫一個(gè)守護(hù)進(jìn)程的初始化程序 daemon_init.c 來(lái)學(xué)習(xí)這 6 個(gè)步驟。

1. 重新設(shè)置 umask

進(jìn)程從創(chuàng)建他的父進(jìn)程那里繼承文件創(chuàng)建的掩碼，它可能修改守護(hù)進(jìn)程所創(chuàng)建的文件的權(quán)限，這里清除它：

void daemon_init(void) {
    // 1. 重新設(shè)置 umask
    umask(0);
}

2. 執(zhí)行 fork 并脫離父進(jìn)程

既然是服務(wù)進(jìn)程，意味著是可以獨(dú)立運(yùn)行的，不會(huì)因?yàn)楦高M(jìn)程退出而銷毀，在 Linux 系統(tǒng)中有一個(gè)進(jìn)程號(hào)為 1 的 init 進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程一直存在與系統(tǒng)中，當(dāng)我們的子進(jìn)程從父進(jìn)程脫離后，子進(jìn)程變?yōu)楣聝哼M(jìn)程，隨之系統(tǒng)的 init 進(jìn)程會(huì)接管對(duì)這個(gè)進(jìn)程的控制。我們看看代碼：

void daemon_init(void) {
    // 1. 重新設(shè)置 umask
    // 2. 脫離父進(jìn)程
    pid_t pid = fork()  ; 

    if(pid < 0)
        exit(1);    // 進(jìn)程創(chuàng)建失敗
    else if(pid > 0)
        exit(0);    // 退出父進(jìn)程

    return 0;
}

3. 重啟 session 會(huì)話

使用 setsid 重新開啟一個(gè) session 會(huì)話，防止脫離父進(jìn)程的子進(jìn)程重新受控于字符終端進(jìn)程，盡量加上這一步防備工作讓 fork 的子進(jìn)程直接受控于 init 進(jìn)程，要知道編寫守護(hù)進(jìn)程的核心是讓子進(jìn)程直接受控于 init 進(jìn)程：

void daemon_init(void) {
    // 1. 重新設(shè)置 umask
    // 2. 脫離父進(jìn)程
    // 3. 重啟 session 會(huì)話
    setsid();
}

4. 改變工作目錄

進(jìn)程活動(dòng)時(shí)，其工作目錄所在的文件系統(tǒng)不能卸載，一般需要將守護(hù)進(jìn)程工作目錄改變到根目錄 /：

void daemon_init(void) {
    // 1. 重新設(shè)置 umask
    // 2. 脫離父進(jìn)程
    // 3. 重啟 session 會(huì)話
    // 4. 改變工作目錄
    chdir("/");
}

5. 關(guān)閉文件描述符

進(jìn)程從創(chuàng)建它的父進(jìn)程哪里繼承了打開的文件描述符，若不關(guān)閉將會(huì)造成資源浪費(fèi)，造成進(jìn)程所在的文件系統(tǒng)無(wú)法卸下以及引起無(wú)法預(yù)料的錯(cuò)誤：

void daemon_init(void) {
    // 1. 重新設(shè)置 umask
    // 2. 脫離父進(jìn)程
    // 3. 重啟 session 會(huì)話
    // 4. 改變工作目錄
    // 5. 得到并關(guān)閉文件描述符
    struct rlimit rl;
    getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rl);
    if (rl.rlim_max == RLIM_INFINITY)
        rl.rlim_max = 1024;
    for(int i = 0; i < rl.rlim_max; i++)    
        close(i); 
}

6. 固定文件描述符 0, 1, 2 到 /dev/null

守護(hù)進(jìn)程在后臺(tái)運(yùn)行，不會(huì)與用戶發(fā)生直接的交互，我們不希望在終端上看到守護(hù)進(jìn)程的輸出，用戶也不期望他們?cè)诮K端上的輸入被守護(hù)進(jìn)程讀取，因此我們將文件描述符 0, 1, 2 定位到 /dev/null：

void daemon_init(void) {
    // 1. 重新設(shè)置 umask
    // 2. 脫離父進(jìn)程
    // 3. 重啟 session 會(huì)話
    // 4. 改變工作目錄
    // 5. 得到并關(guān)閉文件描述符
    // 6. 固定文件描述符 0, 1, 2 到 /dev/null
    int fd0 = open("/dev/null", O_RDWR);
    int fd1 = dup(0);
    int fd2 = dup(0);
}

這樣，我們 daemon_init 就寫好了，可以用這個(gè)函數(shù)來(lái)初始化一個(gè)守護(hù)進(jìn)程了，我們來(lái)測(cè)試測(cè)試。

測(cè)試 daemon_init 初始化函數(shù)

我們編寫一個(gè) printlg.c 循環(huán)向文件中輸出信息：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h> 

void daemon_init(void);

int main(void) {
    // 初始化守護(hù)進(jìn)程
    daemon_init();
    
    // 守護(hù)進(jìn)程邏輯
    char *msg = "I'm printlg process...\n" ;
    int msg_len = strlen(msg);

    int fd = open("/tmp/test_printlg.log", O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0666); 
    if(fd < 0) { 
        printf("open /tmp/test_printlg.log fail.\n");
        exit(1);
    }

    while(1) {
        // 每隔 3s 輸出 msg 到 /tmp/test_printlg.log 文件中
        write(fd, msg, msg_len); 
        sleep(3); 
    }

    close(fd);

    return 0;
}

完整的代碼參考：printlg.c，下面我們來(lái)測(cè)試這個(gè)守護(hù)進(jìn)程能夠工作。

測(cè)試 printlg.c 守護(hù)進(jìn)程

編譯

gcc printlg.c -o printlg

運(yùn)行

./printlg

結(jié)果最終寫入到 /tmp/test_printlg.log 文件中，我們每隔 3 s 查看這個(gè)文件的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)內(nèi)容在不斷增多的：

cat /tmp/test_printlg.log

# 結(jié)果
I'm printlg process...
I'm printlg process...
I'm printlg process...

到此為止，一個(gè)守護(hù)進(jìn)程就寫好了，但是很多的守護(hù)進(jìn)程都可以開機(jī)自啟動(dòng)，我們的可不可以呢？

讓守護(hù)進(jìn)程開機(jī)自啟動(dòng)

很多的守護(hù)進(jìn)程都設(shè)置了開機(jī)自啟動(dòng)，我們也來(lái)讓 printlg 能夠開機(jī)自啟動(dòng)，先來(lái)了解自啟動(dòng)的原理。

每個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)級(jí)別的守護(hù)進(jìn)程分別在 /etc/rcN.d 下，比如我的圖形界面的啟動(dòng)級(jí)別是 5，那么在這個(gè)啟動(dòng)級(jí)別下自動(dòng)運(yùn)行和禁止啟動(dòng)守護(hù)進(jìn)程都在 /etc/rc5.d 下。這里我的 ubuntu 系統(tǒng)的守護(hù)進(jìn)程目錄是 /etc/rcN.d，如果你是其他的 Linux 可能會(huì)不太一樣，你可以使用 whereis rc[N].d 來(lái)看看具體的目錄位置，不要死記硬背。

這是我的 ubuntu 的 /etc/rc5.d 下的守護(hù)進(jìn)程：

mydaemon

知道了守護(hù)進(jìn)程的位置，現(xiàn)在就可以把 printlg 放在 /etc/rc5.d/ 下，并且還要改名稱，因?yàn)橄到y(tǒng)需要根據(jù)指定的名稱來(lái)使用 for 循環(huán)來(lái)啟動(dòng)或者關(guān)閉每個(gè)程序，命名規(guī)則如下：

1. S[num][name]：?jiǎn)?dòng)守護(hù)進(jìn)程 name，例如：S01printlg
2. K[num][name]：禁止啟動(dòng)守護(hù)進(jìn)程 name，例如：K01printlg

我們這里肯定要啟動(dòng)了，所以將 printlg 命名為 S01printlg：

mv printlg /etc/rc5.d/S01printlg

之后我們重啟機(jī)器，再次查看 /tmp/test_printlg 文件，就可以看到服務(wù)已經(jīng)啟動(dòng)了，這樣守護(hù)進(jìn)程就成功自啟動(dòng)啦。

結(jié)語(yǔ)

這次我們學(xué)習(xí)了如何在 Linux 編寫一個(gè)守護(hù)進(jìn)程，守護(hù)進(jìn)程其實(shí)就是一個(gè)后臺(tái)的服務(wù)程序，學(xué)習(xí)如何在 Linux 創(chuàng)建服務(wù)程序還是非常有必要的，因?yàn)槲覀儫o(wú)時(shí)無(wú)刻都在使用很多系統(tǒng)提供的服務(wù)，了解原理以后再使用 Linux 的服務(wù)會(huì)更加得心應(yīng)手。

最后，感謝你的閱讀，我們下次再見 :)