centos 以守护进程执行 linux如何实现守护进程

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mob64ca13fe62db 2024-08-22 07:54:55

文章标签 centos 以守护进程执行 linux 服务器运维子进程 文章分类 架构后端开发

守护进程

理论

「守护进程」是 Linux 的一种长期运行的后台服务进程，也有人称它为「精灵进程」。我们常见的 httpd、named、sshd 等服务都是以守护进程 Daemon 方式运行的，通常服务名称以字母ｄ结尾，也就是 Daemon 第一个字母。与普通进程相比它大概有如下特点：

无需控制终端(不需要与用户交互)
在后台运行
生命周期比较长，一般是随系统启动和关闭

守护进程是个特殊的孤儿进程，这种进程脱离终端。为什么要脱离终端呢？

之所以脱离于终端是为了避免进程被任何终端所产生的信息所打断，其在执行过程中的信息也不在任何终端上显示。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。

如何查看守护进程

a 表示不仅列当前用户的进程，也列出所有其他用户的进程
x 表示不仅列有控制终端的进程，也列出所有无控制终端的进程
j 表示列出与作业控制相关的信息
从上图可以看出守护进行的一些特点：
守护进程基本上都是以超级用户启动（ UID 为 0 ）
没有控制终端（ TTY 为？）
终端进程组 ID 为 -1 （ TPGID 表示终端进程组 ID）

一般情况下，守护进程可以通过以下方式启动：

在系统启动时由启动脚本启动，这些启动脚本通常放在 /etc/rc.d 目录下；
利用 inetd 超级服务器启动，如 telnet 等；
由 cron 定时启动以及在终端用 nohup 启动的进程也是守护进程。

如何编写守护进程？

(1）屏蔽一些控制终端操作的信号

这是为了防止守护进行在没有运行起来前，控制终端受到干扰退出或挂起。

signal(SIGTTOU,SIG_IGN); 
	signal(SIGTTIN,SIG_IGN); 
	signal(SIGTSTP,SIG_IGN); 
	signal(SIGHUP ,SIG_IGN);

(2）生成一个进程，使之脱离控制终端、登录会话和进程组

创建子进程，父进程退出。

程序中的父进程一般是一个进程组的组长，fork()产生子进程（将来会生成守护进程）
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；
由于父进程已经先于子进程退出，会造成子进程没有父进程，从而变成一个孤儿进程。在Linux中，每当系统发现一个孤儿进程，就会自动由1号进程收养。原先的子进程就会变成init进程的子进程。
为什么要父进程退出：进程组组长无法调用setsid

调用setsid()，用于生成一个新的会话注意如果当前进程是会话组长时，调用失败。第一点已经可以保证进程不是会话组长了，所以setsid()调用成功后，进程成为新的会话组长和新的进程组长，并与原来的登录会话和进程组脱离。由于会话对控制终端的独占性，进程同时与控制终端脱离；

// 2.1）创建子进程，父进程退出
    if( pid=fork() ){ // 父进程
        exit(0); //结束父进程，子进程继续
	}else if(pid< 0){ // 出错
		perror("fork");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	//以下是子进程
	// 2.2）脱离控制终端、登录会话和进程组
    setsid();

关于 setsid

• 首先内核会创建一个新的会话，并让该进程成为该会话的leader进程，
• 同时伴随该session的建立，一个新的进程组也会被创建，同时该进程成为该进程组的组长。
• 该进程此时还没有和任何控制终端关联。若需要则要另外调用tcsetpgrp

(3）禁止进程重新打开控制终端

进程已经成为无终端的会话组长。但它可以重新申请打开一个控制终端。可以通过使进程不再成为会话组长来禁止进程重新打开控制终端。（只有会话组长才能打开控制终端）

// 3）禁止进程重新打开控制终端
	if( pid=fork() ){ // 父进程（第一个子进程执行fork产生第一个进程的孙进程）
		exit(0);      // 结束第一子进程
	}else if(pid< 0){ // 出错
		perror("fork");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}  
//第二子进程继续（第二子进程不再是会话组长）

(4) 关闭打开的文件描述符
进程从创建它的父进程那里继承了打开的文件描述符。如不关闭，将会浪费系统资源，造成进程所在的文件系统无法卸下以及引起无法预料的错误；

// NOFILE 为 <sys/param.h> 的宏定义
	// NOFILE 为文件描述符最大个数，不同系统有不同限制
	for(i=0; i< NOFILE; ++i){// 关闭打开的文件描述符
		close(i);
	}

(5) 改变当前工作目录

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（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（如系统由于某种原因要进入单用户模式）。

因此，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()。

chdir("/tmp");

(6) 重设文件创建掩模

进程从创建它的父进程那里继承了文件创建掩模。它可能修改守护进程所创建的文件的存取位。为防止这一点，将文件创建掩模清除：umask(0)；

umask(0);

(7) 处理 SIGCHLD 信号

但对于某些进程，特别是服务器进程往往在请求到来时生成子进程处理请求。如果父进程不等待子进程结束，子进程将成为僵尸进程（zombie）从而占用系统资源（关于僵尸进程的更多详情，请看《特殊进程之僵尸进程》）。如果父进程等待子进程结束，将增加父进程的负担，影响服务器进程的并发性能。在 Linux 下可以简单地将 SIGCHLD 信号的操作设为 SIG_IGN 。关于信号的更详细用法，请看《信号中断处理》。

signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

总结：

#include <unistd.h> 
#include <signal.h> 
#include <fcntl.h>
#include <sys/syslog.h>
#include <sys/param.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
 
int init_daemon(void)
{ 
	int pid; 
	int i;
	
	// 1）屏蔽一些控制终端操作的信号
	signal(SIGTTOU,SIG_IGN); 
	signal(SIGTTIN,SIG_IGN); 
	signal(SIGTSTP,SIG_IGN); 
	signal(SIGHUP ,SIG_IGN);
 
	// 2）在后台运行
    if( pid=fork() ){ // 父进程
        exit(0); //结束父进程，子进程继续
	}else if(pid< 0){ // 出错
		perror("fork");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	//以下为第一个子进程的操作；
	// 3）脱离控制终端、登录会话和进程组
	setsid();  
	
	// 4）禁止进程重新打开控制终端
	if( pid=fork() ){ // 第一子进程调用fork生成孙进程
		exit(0);      // 结束第一子进程 
	}else if(pid< 0){ // 出错
		perror("fork");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}  
    //第二子进程（孙进程）继续（第二子进程不再是会话组长），以下为第二子进程的操作；

	// 5）关闭打开的文件描述符
	// NOFILE 为 <sys/param.h> 的宏定义
	// NOFILE 为文件描述符最大个数，不同系统有不同限制
	for(i=0; i< NOFILE; ++i){
		close(i);
	}
	
	// 6）改变当前工作目录
	chdir("/tmp"); 
	
	// 7）重设文件创建掩模
	umask(0);  
	
	// 8）处理 SIGCHLD 信号
	signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
	
	return 0; 
} 
 
int main(int argc, char *argv[]) 
{
	init_daemon();
	
	while(1);
 
	return 0;
}

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SIGTERM

一个daemon通常是在系统关闭时才终止。可以在系统关闭时执行特定的应用程序的脚本来停止的。

因为在系统关闭的时候 init 进程会向所有其子进程发送SIGTERM信号。默认情况下，SIGTERM信号会终止一个进程。如果daemon在终止之前需要做些清理工作，那么就需要为这个信号建立一个处理器。这个处理器必须能快速地完成清理工作，因为 init 在发完 SIGTERM 信号的 5 秒之后会发送一个 SIGKILL 信号。（这并不意味着这个daemon 能够执行 5 秒的 CPU 时间，因为 init 会同时向系统中的所有进程发送信号，而它们可能都试图在 5 秒内完成清理工作。

由于 daemon 是长时间运行的，因此要特别小心潜在的内存泄露问题和文件描述符泄露

很多 daemon 需要确保同一时刻只有一个实例处于活跃状态。如让两个 cron daemon 都试图实行计划任务毫无意义。

使用 SIGHUP 重新初始化一个 daemon

由于很多 daemon 需要持续运行，因此在设计 daemon 程序时需要克服一些障碍。

通常 daemon 会在启动时从相关的配置文件中读取操作参数，但有些时候需要在不重启 daemon 的情况下快速修改这些参数。
一些 daemon 会产生日志文件。如果 daemon 永远不关闭日志文件的话，那么日志文件就会无限制地增长，最终会阻塞文件系统。这里需要有一种机制来告诉 daemon 关闭其日志文件并打开一个新文件，这样就能够在需要的时候旋转日志文件了