進程控制開發(fā)之：Linux守護進程
守護進程，也就是通常所說的Daemon進程，是Linux中的后臺服務(wù)進程。它是一個生存期較長的進程，通常獨立于控制終端并且周期性地執(zhí)行某種任務(wù)或等待處理某些發(fā)生的事件。守護進程常常在系統(tǒng)引導(dǎo)載入時啟動，在系統(tǒng)關(guān)閉時終止。Linux有很多系統(tǒng)服務(wù)，大多數(shù)服務(wù)都是通過守護進程實現(xiàn)的，如本書在第二章中講到的多種系統(tǒng)服務(wù)都是守護進程。同時，守護進程還能完成許多系統(tǒng)任務(wù)，例如，作業(yè)規(guī)劃進程crond、打印進程lqd等（這里的結(jié)尾字母d就是Daemon的意思）。
由于在Linux中，每一個系統(tǒng)與用戶進行交流的界面稱為終端，每一個從此終端開始運行的進程都會依附于這個終端，這個終端就稱為這些進程的控制終端，當(dāng)控制終端被關(guān)閉時，相應(yīng)的進程都會自動關(guān)閉。但是守護進程卻能夠突破這種限制，它從被執(zhí)行開始運轉(zhuǎn)，直到整個系統(tǒng)關(guān)閉時才會退出。如果想讓某個進程不因為用戶、終端或者其他的變化而受到影響，那么就必須把這個進程變成一個守護進程。可見，守護進程是非常重要的。
7.3.2編寫守護進程編寫守護進程看似復(fù)雜，但實際上也是遵循一個特定的流程。只要將此流程掌握了，就能很方便地編寫出用戶自己的守護進程。下面就分4個步驟來講解怎樣創(chuàng)建一個簡單的守護進程。在講解的同時，會配合介紹與創(chuàng)建守護進程相關(guān)的幾個系統(tǒng)函數(shù)，希望讀者能很好地掌握。
1．創(chuàng)建子進程，父進程退出這是編寫守護進程的第一步。由于守護進程是脫離控制終端的，因此，完成第一步后就會在shell終端里造成一種程序已經(jīng)運行完畢的假象。之后的所有工作都在子進程中完成，而用戶在shell終端里則可以執(zhí)行其他的命令，從而在形式上做到了與控制終端的脫離。
到這里，有心的讀者可能會問，父進程創(chuàng)建了子進程之后退出，此時該子進程不就沒有父進程了嗎？守護進程中確實會出現(xiàn)這么一個有趣的現(xiàn)象，由于父進程已經(jīng)先于子進程退出，會造成子進程沒有父進程，從而變成一個孤兒進程。在Linux中，每當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一個孤兒進程，就會自動由1號進程（也就是init進程）收養(yǎng)它，這樣，原先的子進程就會變成init進程的子進程了。其關(guān)鍵代碼如下所示：
pid=fork();
if(pid>0)
{
exit(0);/*父進程退出*/
}
2．在子進程中創(chuàng)建新會話這個步驟是創(chuàng)建守護進程中最重要的一步，雖然它的實現(xiàn)非常簡單，但它的意義卻非常重大。在這里使用的是系統(tǒng)函數(shù)setsid()，在具體介紹setsid()之前，讀者首先要了解兩個概念：進程組和會話期。
n 進程組。
進程組是一個或多個進程的集合。進程組由進程組ID來惟一標(biāo)識。除了進程號（PID）之外，進程組ID也是一個進程的必備屬性。
每個進程組都有一個組長進程，其組長進程的進程號等于進程組ID。且該進程ID不會因組長進程的退出而受到影響。
n 會話期
會話組是一個或多個進程組的集合。通常，一個會話開始于用戶登錄，終止于用戶退出，在此期間該用戶運行的所有進程都屬于這個會話期，它們之間的關(guān)系如圖7.6所示。
圖7.6進程組和會話期之間的關(guān)系圖
接下來就可以具體介紹setsid()的相關(guān)內(nèi)容。
（1）setsid()函數(shù)作用。
setsid()函數(shù)用于創(chuàng)建一個新的會話，并擔(dān)任該會話組的組長。調(diào)用setsid()有下面的3個作用。
n 讓進程擺脫原會話的控制。
n 讓進程擺脫原進程組的控制。
n 讓進程擺脫原控制終端的控制。
那么，在創(chuàng)建守護進程時為什么要調(diào)用setsid()函數(shù)呢？讀者可以回憶一下創(chuàng)建守護進程的第一步，在那里調(diào)用了fork()函數(shù)來創(chuàng)建子進程再令父進程退出。由于在調(diào)用fork()函數(shù)時，子進程全盤復(fù)制了父進程的會話期、進程組和控制終端等，雖然父進程退出了，但原先的會話期、進程組和控制終端等并沒有改變，因此，還不是真正意義上的獨立，而setsid()函數(shù)能夠使進程完全獨立出來，從而脫離所有其他進程的控制。
（2）setsid()函數(shù)格式。
表7.8列出了setsid()函數(shù)的語法規(guī)范。
表7.8 setsid()函數(shù)語法
所需頭文件
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
函數(shù)原型
pid_tsetsid(void)
函數(shù)返回值
成功：該進程組ID
出錯：-1
這一步也是必要的步驟。使用fork()創(chuàng)建的子進程繼承了父進程的當(dāng)前工作目錄。由于在進程運行過程中，當(dāng)前目錄所在的文件系統(tǒng)（比如“/mnt/usb”等）是不能卸載的，這對以后的使用會造成諸多的麻煩（比如系統(tǒng)由于某種原因要進入單用戶模式）。因此，通常的做法是讓“/”作為守護進程的當(dāng)前工作目錄，這樣就可以避免上述的問題，當(dāng)然，如有特殊需要，也可以把當(dāng)前工作目錄換成其他的路徑，如/tmp。改變工作目錄的常見函數(shù)是chdir()。
4．重設(shè)文件權(quán)限掩碼文件權(quán)限掩碼是指屏蔽掉文件權(quán)限中的對應(yīng)位。比如，有一個文件權(quán)限掩碼是050，它就屏蔽了文件組擁有者的可讀與可執(zhí)行權(quán)限。由于使用fork()函數(shù)新建的子進程繼承了父進程的文件權(quán)限掩碼，這就給該子進程使用文件帶來了諸多的麻煩。因此，把文件權(quán)限掩碼設(shè)置為0，可以大大增強該守護進程的靈活性。設(shè)置文件權(quán)限掩碼的函數(shù)是umask()。在這里，通常的使用方法為umask(0)。
5．關(guān)閉文件描述符同文件權(quán)限掩碼一樣，用fork()函數(shù)新建的子進程會從父進程那里繼承一些已經(jīng)打開了的文件。這些被打開的文件可能永遠不會被守護進程讀或?qū)?，但它們一樣消耗系統(tǒng)資源，而且可能導(dǎo)致所在的文件系統(tǒng)無法被卸載。
在上面的第二步之后，守護進程已經(jīng)與所屬的控制終端失去了聯(lián)系。因此從終端輸入的字符不可能達到守護進程，守護進程中用常規(guī)方法（如printf()）輸出的字符也不可能在終端上顯示出來。所以，文件描述符為0、1和2的3個文件（常說的輸入、輸出和報錯這3個文件）已經(jīng)失去了存在的價值，也應(yīng)被關(guān)閉。通常按如下方式關(guān)閉文件描述符：
for(i=0;i<MAXFILE;i++)
{
close(i);
}
這樣，一個簡單的守護進程就建立起來了，創(chuàng)建守護進程的流程圖如圖7.7所示。
創(chuàng)建守護進程流程圖
下面是實現(xiàn)守護進程的一個完整實例，該實例首先按照以上的創(chuàng)建流程建立了一個守護進程，然后讓該守護進程每隔10s向日志文件/tmp/daemon.log寫入一句話。
/*daemon.c創(chuàng)建守護進程實例*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
intmain()
{
pid_tpid;
inti,fd;
char*buf="ThisisaDaemonn";
pid=fork();/*第一步*/
if(pid<0)
{
printf("Errorforkn");
exit(1);
}
elseif(pid>0)
{
exit(0);/*父進程推出*/
}
setsid();/*第二步*/
chdir("/");/*第三步*/
umask(0);/*第四步*/
for(i=0;i<getdtablesize();i++)/*第五步*/
{
close(i);
}
/*這時創(chuàng)建完守護進程，以下開始正式進入守護進程工作*/
while(1)
{
if((fd=open("/tmp/daemon.log",
O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600))<0)
{
printf("Openfileerrorn");
exit(1);
}
write(fd,buf,strlen(buf)+1);
close(fd);
sleep(10);
}
exit(0);
}
將該程序下載到開發(fā)板上，可以看到該程序每隔10s就會在對應(yīng)的文件中輸入相關(guān)內(nèi)容。并且使用ps可以看到該進程在后臺運行。如下所示：
$tail-f/tmp/daemon.log
ThisisaDaemon
ThisisaDaemon
ThisisaDaemon
ThisisaDaemon
…
$ps-ef|grepdaemon
76root1272S./daemon
85root1520Sgrepdaemon
7.3.3守護進程的出錯處理讀者在前面編寫守護進程的具體調(diào)試過程中會發(fā)現(xiàn)，由于守護進程完全脫離了控制終端，因此，不能像其他普通進程一樣將錯誤信息輸出到控制終端來通知程序員，即使使用gdb也無法正常調(diào)試。那么，守護進程的進程要如何調(diào)試呢？一種通用的辦法是使用syslog服務(wù)，將程序中的出錯信息輸入到系統(tǒng)日志文件中（例如：“/var/log/messages”），從而可以直觀地看到程序的問題所在。
注意
“/var/log/message”系統(tǒng)日志文件只能由擁有root權(quán)限的超級用戶查看。在不同Linux發(fā)行版本中，系統(tǒng)日志文件路徑全名可能有所不同，例如可能是”/var/log/syslog”
syslog是Linux中的系統(tǒng)日志管理服務(wù)，通過守護進程syslogd來維護。該守護進程在啟動時會讀一個配置文件“/etc/syslog.conf”。該文件決定了不同種類的消息會發(fā)送向何處。例如，緊急消息可被送向系統(tǒng)管理員并在控制臺上顯示，而警告消息則可被記錄到一個文件中。
該機制提供了3個syslog相關(guān)函數(shù)，分別為openlog()、syslog()和closelog()。下面就分別介紹這3個函數(shù)。
（1）syslog相關(guān)函數(shù)說明。
通常，openlog()函數(shù)用于打開系統(tǒng)日志服務(wù)的一個連接；syslog()函數(shù)是用于向日志文件中寫入消息，在這里可以規(guī)定消息的優(yōu)先級、消息輸出格式等；closelog()函數(shù)是用于關(guān)閉系統(tǒng)日志服務(wù)的連接。
（2）syslog相關(guān)函數(shù)格式。
表7.9列出了openlog()函數(shù)的語法規(guī)范。
表7.9 openlog()函數(shù)語法
所需頭文件
#include<syslog.h>
函數(shù)原型
voidopenlog(char*ident,intoption,intfacility)
函數(shù)傳入值
ident
要向每個消息加入的字符串，通常為程序的名稱
option
LOG_CONS：如果消息無法送到系統(tǒng)日志服務(wù)，則直接輸出到系統(tǒng)控制終端
LOG_NDELAY：立即打開系統(tǒng)日志服務(wù)的連接。在正常情況下，直接發(fā)送到第一條消息時才打開連接
LOG_PERROR：將消息也同時送到stderr上
LOG_PID：在每條消息中包含進程的PID
facility：指定程序發(fā)送的消息類型
LOG_AUTHPRIV：安全/授權(quán)信息
LOG_CRON：時間守護進程（cron及at）
LOG_DAEMON：其他系統(tǒng)守護進程
LOG_KERN：內(nèi)核信息
LOG_LOCAL[0~7]：保留
LOG_LPR：行打印機子系統(tǒng)
LOG_MAIL：郵件子系統(tǒng)
LOG_NEWS：新聞子系統(tǒng)
LOG_SYSLOG：syslogd內(nèi)部所產(chǎn)生的信息
LOG_USER：一般使用者等級信息
LOG_UUCP：UUCP子系統(tǒng)
表7.10列出了syslog()函數(shù)的語法規(guī)范。
表7.10 syslog()函數(shù)語法
所需頭文件
#include<syslog.h>
函數(shù)原型
voidsyslog(intpriority,char*format,...)
函數(shù)傳入值
priority：指定消息的重要性
LOG_EMERG：系統(tǒng)無法使用
LOG_ALERT：需要立即采取措施
LOG_CRIT：有重要情況發(fā)生
LOG_ERR：有錯誤發(fā)生
LOG_WARNING：有警告發(fā)生
LOG_NOTICE：正常情況，但也是重要情況
LOG_INFO：信息消息
LOG_DEBUG：調(diào)試信息
format
以字符串指針的形式表示輸出的格式，類似printf中的格式
表7.11列出了closelog()函數(shù)的語法規(guī)范。
表7.11 closelog函數(shù)語法
所需頭文件
#include<syslog.h>
函數(shù)原型
voidcloselog(void)
（3）使用實例。
這里將上一節(jié)中的示例程序用syslog服務(wù)進行重寫，其中有區(qū)別的地方用加粗的字體表示，源代碼如下所示：
/*syslog_daemon.c利用syslog服務(wù)的守護進程實例*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<syslog.h>
intmain()
{
pid_tpid,sid;
inti,fd;
char*buf="ThisisaDaemonn";
pid=fork();/*第一步*/
if(pid<0)
{
printf("Errorforkn");
exit(1);
}
elseif(pid>0)
{
exit(0);/*父進程推出*/
}
/*打開系統(tǒng)日志服務(wù)，openlog*/
openlog("daemon_syslog",LOG_PID,LOG_DAEMON);
if((sid=setsid())<0)/*第二步*/
{
syslog(LOG_ERR,"%sn","setsid");
exit(1);
}
if((sid=chdir("/"))<0)/*第三步*/
{
syslog(LOG_ERR,"%sn","chdir");
exit(1);
}
umask(0);/*第四步*/
for(i=0;i<getdtablesize();i++)/*第五步*/
{
close(i);
}
/*這時創(chuàng)建完守護進程，以下開始正式進入守護進程工作*/
while(1)
{
if((fd=open("/tmp/daemon.log",
O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600))<0)
{
syslog(LOG_ERR,"open");
exit(1);
}
write(fd,buf,strlen(buf)+1);
close(fd);
sleep(10);
}
closelog();
exit(0);
}
讀者可以嘗試用普通用戶的身份執(zhí)行此程序，由于這里的open()函數(shù)必須具有root權(quán)限，因此，syslog就會將錯誤信息寫入到系統(tǒng)日志文件（例如“/var/log/messages”）中，如下所示：
Jan3018:20:08localhostdaemon_syslog[612]:open
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