Linux系统编程之守护进程

概述

在Linux系统中，守护进程是一个在后台运行的特殊类型的进程。它独立于控制终端，并且周期性地执行某种任务，或等待处理某些发生的事件。守护进程通常用于提供服务，比如：Web服务器、数据库管理系统等。

守护进程具有以下四个核心特征。

1、脱离终端。守护进程不与任何终端关联，这意味着它们不会因为用户注销而停止运行。

2、生命周期长。随系统启动，直至系统关闭或终止。

3、工作目录设为根目录。为了避免影响文件系统的卸载操作，守护进程的工作目录通常设置为根目录/。

4、重定向标准输入输出。守护进程通常将标准输入、标准输出和标准错误重定向到/dev/null或者日志文件中。

在Linux系统中，守护进程的父进程通常为init（PID为1）。这是因为，守护进程会通过fork来创建子进程，然后让父进程退出。

守护进程的创建

一般情况下，创建守护进程有如下8个步骤。

1、创建子进程。通过调用fork函数来创建一个新的子进程，并让父进程退出。这样做的目的是让shell认为命令已经执行完毕，同时保证子进程不是会话首进程，从而避免获取控制终端。

2、创新新会话。在子进程中，调用setsid来创建一个新的会话。这一步将当前进程设置为新会话的首进程，使其脱离原来的会话和控制终端，不再受键盘输入的影响，也不能再向屏幕输出信息。

3、再次创建子进程。为了防止守护进程重新打开控制终端，需要再次调用fork创建另一个子进程，并让第二次fork后的父进程退出。这样可以确保守护进程不再是会话首进程，从而彻底避免获取控制终端的可能性。

4、设置工作目录。为了防止守护进程影响其他文件系统的挂载点，应该将其工作目录设置为根目录"/"。如果不这样做，守护进程可能会阻止文件系统的卸载操作，因为它可能持有该文件系统的某个目录作为当前工作目录。

5、重定向。由于守护进程没有控制终端，因此需要关闭所有从父进程继承来的文件描述符，特别是标准输入、标准输出和标准错误。通常的做法是：将它们重定向到/dev/null或特定的日志文件中，以便于日志记录和调试。

6、关闭文件描述符。除了上述的标准输入、标准输出和标准错误之外，还需要关闭所有其他不必要的文件描述符。这是因为守护进程不应该保留任何不必要的资源连接，以避免资源泄露或其他潜在问题。

7、处理信号。守护进程应适当地设置信号处理器，特别是对于SIGHUP（挂断信号），它通常用来通知守护进程重新加载配置文件。还有SIGTERM（终止信号），用于正常关闭守护进程。

8、日志记录。由于守护进程脱离了终端，因此需要使用日志记录机制来报告其状态和错误信息。可以使用syslog库进行日志记录，这允许我们将消息发送到系统日志服务，便于集中管理和查看。

具体如何创建守护进程，可参考下面的示例代码。

cpp 复制代码

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <syslog.h>

void create_daemon()
{
    // 首次fork
    pid_t pid = fork();
    if (pid > 0)
    {
        // 父进程退出
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    
    // 创建新会话
    setsid();
    
    // 二次fork
    pid = fork();
    if (pid > 0)
    {
        // 父进程退出
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    
    // 重置文件掩码
    umask(0);
    
    // 更改工作目录
    chdir("/");
    
    // 关闭所有文件描述符
    int fd = 0;
    for (fd = sysconf(_SC_OPEN_MAX); fd >= 0; fd--)
    {
        close(fd);
    }
    
    // 重定向标准I/O
    fd = open("/dev/null", O_RDWR);
    if (fd != -1)
    {
        dup2(fd, STDIN_FILENO);
        dup2(fd, STDOUT_FILENO);
        dup2(fd, STDERR_FILENO);
        if (fd > STDERR_FILENO)
        {
            close(fd);
        }
    }
    
    // 初始化syslog
    openlog("mydaemon", LOG_PID, LOG_DAEMON);
}

int main()
{
    create_daemon();
    syslog(LOG_INFO, "Daemon is running.");
    while (1)
    {
        // 守护进程主循环
        sleep(1);
    }
    
    closelog();
    return 0;
}

守护进程的管理

对于简单的守护进程，我们可以直接通过命令行进行启动和停止操作。使用&符号可以让程序在后台运行，比如：./daemon_program &。使用kill命令发送信号可以终止进程，比如：kill [PID]。为了更温和地关闭进程，可以发送SIGTERM信号而不是默认的SIGKILL。

对于复杂的守护进程，我们可以使用Systemd。Systemd是现代Linux发行版中广泛使用的初始化系统和服务管理器，它提供了强大的工具来管理系统服务，包括守护进程。Systemd中常用的命令包括：创建服务单元文件、启动服务、停止服务、启用开机自启、查看服务状态等，下面进行详细的介绍。

1、创建服务单元文件。在/etc/systemd/system/目录下创建一个.service文件，比如：mydaemon.service，内容如下。

cpp 复制代码

[Unit]
Description=My Daemon Service

[Service]
ExecStart=/path/to/daemon_program
Restart=always

[Install]
WantedBy=multi-user.target

2、启动服务。命令为：sudo systemctl start mydaemon.service。

3、停止服务。命令为：sudo systemctl stop mydaemon.service。

4、启用开机自启。命令为：sudo systemctl enable mydaemon.service。

5、查看服务状态。命令为：sudo systemctl status mydaemon.service。