守护进程(精灵进程)

1.守护进程的概念及相关的概念

守护进程也叫精灵进程，指的是脱离终端，独立运行在后台，长期运行，用来提供服务的进程。

守护进程的特点：

1.不依赖任何终端（关闭终端守护进程而不会退出）。

2.父进程通常是init或者是systemd；

3.用于提供服务，网络服务，定时服务等。

1. 进程组（Process Group）

• 定义：一个或多个进程的集合，用于统一管理（如发送信号）。
• 特点：
  • 每个进程组有唯一的进程组 ID（PGID）；
  • 进程组的生命周期从创建开始，到最后一个进程离开（终止或加入其他组）结束。

2. 组长进程（Process Group Leader）

• 定义：进程组的创建者，其PID = PGID；
• 特点：组长进程可以创建进程组和组内进程，但组长进程终止不会影响进程组（只要还有其他进程存在）。

3. 会话（Session）

• 定义：一个或多个进程组的集合，通常与一个终端关联（控制终端）。
• 特点：
  • 每个会话有唯一的会话 ID（SID）；
  • 一个会话最多有一个控制终端（用于输入输出）；
  • 会话中的进程组分为前台进程组 （与终端交互）和后台进程组（不交互）。

4. 会话首进程（Session Leader）

• 定义：会话的创建者，其PID = SID；
• 特点：只有会话首进程能重新获取控制终端（这也是守护进程需要二次 fork 的原因）。

二、详细解析守护进程实现步骤

1. 第一次 fork()

• 作用：让父进程退出，子进程继续运行。
• 原因 ：
  • 父进程通常是 shell 进程，退出后子进程变成孤儿进程，由init/systemd收养；
  • 确保子进程不是进程组组长（为后续setsid创造条件，因为组长进程不能创建新会话）。

2. setsid()

• 作用：创建一个新会话，使子进程成为新会话的首进程和新进程组的组长，并脱离原控制终端。
• 底层逻辑 ：
  • 新会话的 SID = 子进程 PID；
  • 新进程组的 PGID = 子进程 PID；
  • 子进程不再关联任何控制终端。

3. 第二次 fork()

• 作用：让子进程（会话首进程）退出，孙进程继续运行。
• 原因 ：
  • 会话首进程可以重新获取控制终端，二次 fork 后孙进程不再是会话首进程，彻底避免重新关联终端；
  • 进一步确保守护进程的独立性。

4. chdir("/")

• 作用：将工作目录切换到根目录。
• 原因 ：
  • 守护进程长期运行，若工作目录在其他文件系统（如 U 盘），会导致该文件系统无法卸载；
  • 根目录始终存在，安全性高。

5. umask(0)

• 作用：将文件权限掩码设为 0。
• 原因 ：
  • 守护进程可能需要创建文件，继承的权限掩码（如 022）会限制文件权限；
  • 设为 0 后，创建文件时权限完全由open/creat的参数决定（如0644）。

6. close() 关闭文件描述符

• 作用：关闭从父进程继承的所有文件描述符（尤其是 0、1、2，对应标准输入、输出、错误）。
• 原因 ：
  • 守护进程脱离终端，这些文件描述符不再使用，浪费资源；
  • 避免后续操作（如open）意外使用这些描述符导致错误。
• 优化 ：通常关闭0-2后，将它们重定向到/dev/null（空设备），防止程序因读写标准 IO 出错。

三、守护进程代码演示（C 语言）

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

void create_daemon() {
    pid_t pid;

    // 1. 第一次fork
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        perror("fork failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (pid > 0) {
        exit(EXIT_SUCCESS); // 父进程退出
    }

    // 2. 创建新会话
    if (setsid() < 0) {
        perror("setsid failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 3. 忽略SIGHUP信号（防止会话首进程退出时孙进程被终止）
    signal(SIGHUP, SIG_IGN);

    // 4. 第二次fork
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        perror("second fork failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (pid > 0) {
        exit(EXIT_SUCCESS); // 会话首进程退出
    }

    // 5. 切换工作目录到根目录
    if (chdir("/") < 0) {
        perror("chdir failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 6. 设置文件权限掩码为0
    umask(0);

    // 7. 关闭所有继承的文件描述符
    // 先获取最大文件描述符数
    int max_fd = sysconf(_SC_OPEN_MAX);
    if (max_fd == -1) {
        max_fd = 1024; // 默认值
    }
    for (int i = 0; i < max_fd; i++) {
        close(i);
    }

    // 8. 重定向0、1、2到/dev/null
    open("/dev/null", O_RDWR); // 0
    dup(0); // 1
    dup(0); // 2

    // 9. 初始化syslog（用于守护进程日志输出）
    openlog("mydaemon", LOG_PID, LOG_DAEMON);
}

int main() {
    create_daemon();

    // 守护进程的核心逻辑：每隔10秒写一条日志
    while (1) {
        syslog(LOG_INFO, "Daemon is running...");
        sleep(10);
    }

    closelog();
    return 0;
}

代码解析

1. 第一次 fork：父进程退出，子进程成为孤儿进程。
2. setsid：子进程成为新会话和新进程组的组长，脱离终端。
3. 忽略 SIGHUP：防止第二次 fork 后，会话首进程退出时孙进程收到 SIGHUP 信号被终止。
4. 第二次 fork：孙进程不再是会话首进程，彻底避免重新关联终端。
5. chdir("/")：切换到安全的根目录。
6. umask(0)：确保文件创建权限不受限制。
7. 关闭文件描述符：释放资源，避免意外操作。
8. 重定向到 /dev/null：让标准 IO 操作 "空转"，防止程序出错。
9. syslog ：守护进程无法使用 printf，通过 syslog 将日志写入系统日志（/var/log/syslog或/var/log/messages）。

四、补充：守护进程的管理

1. 查看守护进程 ：

   ps aux | grep mydaemon

2. 查看日志 ：

   tail -f /var/log/syslog

3. 终止守护进程 ：

   kill <daemon_pid>