守护进程

守护进程（初学者必备）_一个山里的少年的博客-CSDN博客 (opens new window)

1、终端

• 在 UNIX 系统中，用户通过终端登录系统后得到一个 shell 进程，这个终端成为 shell 进程的控制终端（Controlling Terminal），进程中，控制终端是保存在 PCB 中的信息，而 fork() 会复制 PCB 中的信息，因此由 shell 进程启动的其它进程的控制终端也是这个终端。

• 默认情况下（没有重定向），每个进程的标准输入、标准输出和标准错误输出都指向控制终端，进程从标准输入读也就是读用户的键盘输入，进程往标准输出或标准 错误输出写也就是输出到显示器上。

• 在控制终端输入一些特殊的控制键可以给前台进程发信号，例如 Ctrl + C 会产 生 SIGINT 信号，Ctrl + \ 会产生 SIGQUIT 信号。

• //查看当前终端
  tty
  //查看当前终端pid
  echo $$
  

2、进程组

• 进程组和会话在进程之间形成了一种两级层次关系：**进程组是一组相关进程的集合，会话是一组相关进程组的集合。**进程组和会话是为支持 shell 作业控制而定义的抽象概念，用户通过 shell 能够交互式地在前台或后台运行命令。
• 进行组由一个或多个共享同一进程组标识符（PGID）的进程组成。一个进程组拥有一个进程组首进程，该进程是创建该组的进程，其进程 ID 为该进程组的 ID，新进程会继承其父进程所属的进程组 ID。
• 进程组拥有一个生命周期，其开始时间为首进程创建组的时刻，结束时间为最后一个 成员进程退出组的时刻。一个进程可能会因为终止而退出进程组，也可能会因为加入了另外一个进程组而退出进程组。进程组首进程无需是最后一个离开进程组的成员。

3、会话

• 会话是一组进程组的集合。会话首进程是创建该新会话的进程，其进程 ID 会成为会话 ID。新进程会继承其父进程的会话 ID。
• 一个会话中的所有进程共享单个控制终端。控制终端会在会话首进程首次打开一个终端设备时被建立。一个终端最多可能会成为一个会话的控制终端。
• 在任一时刻，会话中的其中一个进程组会成为终端的前台进程组，其他进程组会成为 后台进程组。只有前台进程组中的进程才能从控制终端中读取输入。当用户在控制终端中输入终端字符生成信号后，该信号会被发送到前台进程组中的所有成员。
• 当控制终端的连接建立起来之后，会话首进程会成为该终端的控制进程。

4、进程组、会话、控制终端之间的关系

关于find和wc为什么父进程是bash(400)，但是进程组ID确是658，而不是复制父进程的组ID。其实fork函数产生的子进程才是复制父进程的组ID。那通过这种命令产生的子进程，组ID是怎么确立的？在《Linux/UNIX系统编程手册》2.13 中提到，“shell执行的每个程序都会在一个新进程内发起”，这句话解释了为什么find、wc、sort、uniq这四个都是一个单独的进程。“除了Bourne shell以外，几乎所有主流shell都提供了一种交互式特性，名为任务控制。该特性允许用户同时执行并操纵多条命令或管道。在支持任务控制的shell中，会将管道内所有进程置于一个新进程组或任务中。如果情况很简单，shell命令行只包含一条命令，那么就会创建一个只包含单个进程的新进程组。进程组中每个进程都具有相同的进程组标识符，其实就是进程组组长的ID”，这段话可以解释为什么两条命令产生了两个新的进程组，并且不同于bach进程组。这种shell命令创建子进程一定要和fork函数区分开来。

5、进程组、会话操作函数

• pid_t getpgrp(void);
  • 获取当前进程的进程组
• pid_t getpgid(pid_t pid);
  • 获取指定进程的进程组
• int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);
  • 设置指定进程的组id
• pid_t getsid(pid_t pid);
  • 获取指定进程的会话id
• pid_t setsid(void);
  • 设置会话的id

6、守护进程

• 守护进程（Daemon Process），也就是通常说的 Daemon 进程（精灵进程），是 Linux 中的后台服务进程。它是一个生存期较长的进程，通常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。一般采用以 d 结尾的名字。
• 守护进程具备下列特征：
  • 生命周期很长，守护进程会在系统启动的时候被创建并一直运行直至系统被关闭。
  • 它在后台运行并且不拥有控制终端。没有控制终端确保了内核永远不会为守护进程自动生成任何控制信号以及终端相关的信号（如 SIGINT、SIGQUIT）。
• Linux 的大多数服务器就是用守护进程实现的。比如，Internet 服务器 inetd， Web 服务器 httpd 等。

7、创建守护进程的步骤

• 执行一个 fork()，之后父进程退出，子进程继续执行。

  • 使用 fork() 创建子进程可以确保子进程不会成为一个进程组的首进程

  • 父进程退出是因为：如果父进程不退出，那当父进程运行结束后会显示终端提示符

    • nowcoder@nowcoder:~/Linux/lesson28$ ./a.out
      nowcoder@nowcoder:~/Linux/lesson28$ 
      //如上：当a.out执行完后，会自动显示终端提示符（第二行）
      

• 子进程调用 setsid() 开启一个新会话。

  • 创建新会话的原因是：新的会话会脱离原先的控制终端
  • 必须用子进程来开启会话：
    • 如果使用父进程开启会话，会导致冲突，即两个会话中有相同组id的进程组存在，但是使用子进程开启会话不会（子进程会继承父进程的组id，所以子进程id是不可能是组id的）

• 清除进程的 umask 以确保当守护进程创建文件和目录时拥有所需的权限。
• 修改进程的当前工作目录，通常会改为根目录（/）。
  • 比如我们的工作目录是u盘，因为守护进程会一直运行到系统被关闭，那我们在u盘里启动守护进程，那我们u盘就无法卸载这个文件系统
• 关闭守护进程从其父进程继承而来的所有打开着的文件描述符。
  • 因为父进程打开着的文件描述符会被子进程继承，那我们想卸载当前文件所在的磁盘，就不会成功，因为文件被打开没有关闭，所以文件被占用着，无法卸载（好比u盘内文件被打开，我们就无法卸载弹出u盘）
• 在关闭了文件描述符0、1、2之后，守护进程通常会打开/dev/null 并使用dup2() 使所有这些描述符指向这个设备。
  • 虽然守护进程脱离了控制终端，但是如果不关闭文件描述符0、1、2，那还是可以向终端进行操作，可能会向终端里显示数据，所以要关闭
  • 注意控制终端和终端的区别
  • 输入到 /dev/null的数据会被自动丢弃
• 核心业务逻辑

8、创建进程案例

//daemon.c

/*
    写一个守护进程，每隔2s获取一下系统时间，将这个时间写入到磁盘文件中。
*/

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

void work(int num) {
    // 捕捉到信号之后，获取系统时间，写入磁盘文件
    time_t tm = time(NULL);
    struct tm * loc = localtime(&tm);
    // char buf[1024];

    // sprintf(buf, "%d-%d-%d %d:%d:%d\n",loc->tm_year,loc->tm_mon
    // ,loc->tm_mday, loc->tm_hour, loc->tm_min, loc->tm_sec);

    // printf("%s\n", buf);

    char * str = asctime(loc);
    int fd = open("time.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0664);
    write(fd ,str, strlen(str));
    close(fd);
}

int main() {

    // 1.创建子进程，退出父进程
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0) {
        exit(0);
    }

    // 2.将子进程重新创建一个会话
    setsid();

    // 3.设置掩码
    umask(022);

    // 4.更改工作目录
    chdir("/home/nowcoder/");

    // 5. 关闭、重定向文件描述符
    int fd = open("/dev/null", O_RDWR);
    dup2(fd, STDIN_FILENO);
    dup2(fd, STDOUT_FILENO);
    dup2(fd, STDERR_FILENO);

    // 6.业务逻辑

    // 捕捉定时信号
    struct sigaction act;
    act.sa_flags = 0;
    act.sa_handler = work;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    sigaction(SIGALRM, &act, NULL);

    struct itimerval val;
    val.it_value.tv_sec = 2;
    val.it_value.tv_usec = 0;
    val.it_interval.tv_sec = 2;
    val.it_interval.tv_usec = 0;

    // 创建定时器
    setitimer(ITIMER_REAL, &val, NULL);

    // 不让进程结束
    while(1) {
        sleep(10);
    }

    return 0;
}

• 执行以上代码，会发现 /home/nowcoder/目录下生成了 time.txt 文件，里面存放着，如果我们关闭文件再打开文件会发现文件内的数据增加（也可以打开文件，命令行输入e重新加载文件）

• 注意我们之所以用这种方式去查看，而不是直接终端输出是因为我们创建守护进程需要关闭所有子进程从父进程继承来的所有打开文件描述符（包括三个标准），所以我们是不能用终端查看的