APUE-第13章-守护进程

2021-11-03

守护进程的特征

什么是守护进程？

守护进程通常在系统引导时启动，系统关闭时终止。它们不控制终端，在后台运行。

在我的Linux系统中输入：ps -axj，输出了以下参数：

Linux下的ps输出

其中，PPID—父进程ID、PID—进程ID、PGID—进程组ID、SID—会话ID、UID—用户ID、TTY—终端名称、COMMAND—命令字符串。

父进程ID为0的进程是内核进程，内核进程存在于系统的整个生命期中，以超级用户特权运行，无命令行。

内核守护进程名字用[]中，Linux通过名为kthreadd的内核进程来创建其他内核进程，因此该进程是其他内核进程的父进程。在这些进程中，如：

kswapd：称为内存换页守护进程，支持虚拟子系统将脏页面写回磁盘来回收页面。
flush：称为冲洗守护进程。在可用内存达到设置的最小阈值时，将脏页面冲洗到磁盘中。他也会定期清洗脏页面，从而减少系统故障时的数据丢失。
sync_supers：定期将文件系统元数据冲洗至磁盘。

大多数守护进程都以超级用户root特权运行（即UID是0），所有守护进程没有控制终端，TTY都是？。内核守护进程以无控制终端方式启动，用户层守护进程不控制终端可能是调用了setsid的结果。用户层守护进程的父进程都是init进程。

创建守护进程

创建守护进程的编程规则：

调用umask将文件模式创建屏蔽字设置为已知值（一般为0）；
调用fork，父进程exit。保证进程不是一个进程组组长，这是setsid调用的先决条件；
调用setsid创建新会话，使调用进程：（1）成为会话首进程，（2）成为新进程组的组长，（3）不控制终端；
将当前工作页面更改为根目录；
关闭不需要的文件描述符；
打开文件描述符0、1、2，使任何读标准输入、标准输出、标准错误的库例程不产生效果。

下面是一个守护进程的初始化函数：

#include "apue.h"
#include <syslog.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/resource.h>

void
daemonize(const char *cmd)
{
    int                 i, fd0, fd1, fd2;
    pid_t               pid;
    struct rlimit       r1;
    struct sigaction    sa;
	
    //设置屏蔽字
    umask(0);
    
    //获取最大的文件描述符
    if (getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &r1) < 0)
        err_quit("%s: can't get file limit", cmd);
    
	//子进程通过调用setsid创建新会话
    if ((pid = fork()) < 0)
        err_quit("%s: can't fork", cmd);
    else if (pid != 0)
        exit(0);
    setsid();

    /*
     * Ensure future opens won't allocate controlling TTYs.
     */
    sa.sa_handler = SIG_IGN;    //忽略信号
    sigemptyset(&sa.sa_mask);	//清楚所有信号
    sa.sa_flags = 0;
    if (sigaction(SIGHUP, &sa, NULL) < 0)
        err_quit("%s: can't ignore SIGHUP", cmd);
    if ((pid = fork()) < 0)		//这个fork的进程才是守护进程
        err_quit("%s: can't fork", cmd);
    else if (pid != 0)
        exit(0);
    
    //修改当前工作目录为“/”
    if (chdir("/") < 0)
        err_quit("%s: can't change directory to /", cmd);
    
    //释放所有文件描述符
    if (r1.rlim_max == RLIM_INFINITY)
        r1.rlim_max = 1024;
    for (i = 0; i < r1.rlim_max; i++)
        close(i);
    
    //获取文件描述符0，1，2，防止库例程试图读取标准输入、标准输出、标准错误，因为守护例程不会和终端交互
    fd0 = open("/dev/null", O_RDWR);
    fd1 = dup(0);
    fd2 = dup(0);
	
    //打开日志消息
    openlog(cmd, LOG_CONS, LOG_DAEMON);
    if (fd0 != 0 || fd1 != 1 || fd2 != 2) {
        syslog(LOG_ERR, "unexpected file descriptors %d %d %d", 
            fd0, fd1, fd2);
        exit(1);
    }
}

单实例守护进程

有些守护进程，在任一时刻必须只运行该守护进程的一个副本，防止一些操作的重复执行，可能导致出错。

文件和记录锁可以保证一个守护进程只有一个副本在运行。一个守护进程创建一个文件，并在文件上加了一把写锁，并且只允许创建一把写锁。此后创建写锁的操作均会失败，这告诉后续的守护进程此时已经有一个副本正在运行。在该守护进程终止时，写锁将自动被删除，从而去除了之前守护进程实例进行清理的相关操作。

实例

下面是用文件和记录锁来保证只运行一个守护进程的一个副本。

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

#define LOCKFILE "/var/run/daemon.pid"
#define LOCKMODE (S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH)

//记录锁
extern int lockfile(int);

int
already_running(void)
{
    int     fd;
    char    buf[16];
	
    //以读写的方式打开LOCKFILE文件，没有则创建
    fd = open(LOCKFILE, O_RDWR|O_CREAT, LOCKMODE);
    if (fd < 0) {
        //打开失败
        syslog(LOG_ERR, "can't open %s: %s", LOCKFILE, strerror(errno));
        exit(1);
    }
    //尝试使用记录锁锁住文件
    if (lockfile(fd) < 0) {
        if (errno == EACCES || errno == EAGAIN) {
            close(fd);
            return (1);
        }
        syslog(LOG_ERR, "can't lock %s: %s", LOCKFILE, strerror(errno));
        exit(1);
    }
    /* 截断文件，防止之前的进程ID比当前进程ID长
     * 如之前的ID为12345，当前ID为9999，如果不截断，则文件留下的是99995
     */
    ftruncate(fd, 0);
    //向文件写入当前进程的ID
    sprintf(buf, "%ld", (long)getpid());
    write(fd, buf, strlen(buf) + 1);
    return (0);
}