守护进程

守护进程
- 特征
- 编程规则
  - 实例
- 日志
  - syslog机制
- 注意事项

守护进程

守护进程_ ：生存期长的一种进程。它们常常在系统引导装入时起动，在系统关闭时终止

因为它们 没有控制终端 ，所以说它们是在后台运行的

UNIX系统有很多守护进程，它们执行日常事物活动

本章说明守护进程结构，以及如何编写守护进程程序

因为守护没有控制终端，需要了解在有关事物出问题时，守护进程如何报告出错情况

特征

在linux下执行 ps 命令观察守护进程，各列标题的意义是：父进程ID 、进程ID 、进程组ID 、终端名称、终端进程组ID (与该控制终端相关的前台进程组)、用户ID 以及实际命令字符串

$ pa -axj

PPID  PID  PGID   SID TTY      TPGID COMMAND 
0     1     1     1   ?        -1    init [3]
0     2     0     0   ?        -1    [kthreadd]
2     3     0     0   ?        -1    [ksoftirqd/0]
2     4     0     0   ?        -1    [kworker/0:0]
2     5     0     0   ?        -1    [kworker/0:0H]
2     7     0     0   ?        -1    [rcu_sched]
2     8     0     0   ?        -1    [rcu_bh]
2     9     0     0   ?        -1    [migration/0]
2    10     0     0   ?        -1    [lru-add-drain]
2    11     0     0   ?        -1    [cpuhp/0]
2    12     0     0   ?        -1    [cpuhp/1]
2    13     0     0   ?        -1    [migration/1]
2    14     0     0   ?        -1    [ksoftirqd/1]
2    16     0     0   ?        -1    [kworker/1:0H]
2    17     0     0   ?        -1    [kdevtmpfs]
2    18     0     0   ?        -1    [netns]

所有守护进程都以 超级用户 ：用户ID为0 的优先权运行
守护进程 不拥有控制终端 ：
- 终端名称设置为问号 ?
- 终端前台进程组ID 设置为 -1
- 缺少控制终端 可能是守护进程调用了 setsid 的结果
一般守护进程都是进程组的首进程，对话期的首进程
- 这些进程组和对话期中的唯一进程
守护进程的父进程都是 init 进程

编程规则

在编写守护进程程序时需遵循一些基本规则，以便防止产生并不希望的交互作用：

首先做的是调用 fork ，然后使父进程 exit 。这样做实现了下面几点:
- 如果该守护进程是由一条简单shell命令起动的，那么使父进程终止使得 shell认为这条命令已经执行完成
- 子进程继承了父进程的进程组ID ，但具有一个新的进程ID ，这就保证了 子进程不是一个进程组的首进程 。这对于下面就要做的 setsid调用是 必要的前提条件
调用setsid 以 创建一个新对话期 。然后执行 setsid 中列举的三个操作，使调用进程:
- 成为新对话期的首进程
- 成为一个新进程组的首进程
- 没有控制终端
将当前工作目录更改为 根目录
- 从父进程继承过来的当前工作目录可能在一个装载的文件系统中，守护进程通常在系统再引导之前是一直存在的
  - 如果守护进程的当前工作目录在一个装载的文件系统中，那么 该文件系统就不能被卸载
- 某些守护进程可能会把当前工作目录更改到某个指定位置，在此位置做它们的工作
  - 行式打印机假脱机守护进程常常将其工作目录更改到它们的 spool 目录上
将文件方式创建屏蔽字设置为 0 ，由继承得来的文件方式创建屏蔽字可能会拒绝设置某些许可权
- 若守护进程要创建一个组可读、写的文件，而继承的文件方式创建屏蔽字，屏蔽了这两种许可权，则所要求的组可读、写就不能起作用
关闭不再需要的文件描述符
- 这样使守护进程就 不再持有 从其父进程继承来的某些文件描述符
  - 父进程可能是 shell 进程，或某个其他进程
- 究竟关闭哪些描述符则与具体的守护进程有关

实例

daemon_init 函数：初始化成为一个守护进程

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include "apue.h"

int daemon_init(void)
{
    pid_t pid;

    if((pid = fork()) < 0)
        err_sys("for error");

    else if(pid > 0)
        exit(0); // parent says good bye

    //child continues
    setsid(); //become session leader 

    if(chdir("/") <0) // change work directory
        err_sys("chdir error");

    umask(0); // clear file creation mask

    // @TODO close unnessagry file desciptors
    return 0;
}

int main(void)
{
    daemon_init();
    for(; ;)
        pause();

    exit(0);
}

测试结果：

$ ./src/daemon/daemonize

$  ps -axj | grep daemonize

PPID  PID   PGID   SID TTY      TPGID UID  COMMAND 
1     16992 16992 16992 ?       -1    1001 ./src/daemon/daemonize

由此可见，除了运行的用户ID不是“超级用户”，新创建的新进程完全满足守护进程的特征：

1. 无控制终端
2. 会话组首进程，唯一进程
3. 父进程为init进程

日志

  与守护进程有关的一个问题是如何处理出错消息

  因为它没有控制终端，所以不能只是写到标准出错输出上
  在很多工作站上，控制台设备运行一个窗口系统，所以不希望所有后台进程都写到控制台设备上
  也不希望每个守护进程将它自己的出错消息写到一个单独的文件中

对系统管理人员而言，如果要关心哪一个守护进程写到哪一个记录文件中，并定期地检查这些文件，那么一定会使他感到头痛。所以 需要有一个集中的守护进程出错记录 机制

syslog机制

  自4.2BSD以来广泛地应用了BSD的syslog机制

  大多数守护进程使用这一机制

下图显示了 syslog 机制的详细组织结构：

有三种方法产生记录消息:

内核例程可以调用 log 函数。任何一个用户进程通过 打开和读 /dev/klog 设备就可以读取这些消息
- 因为无意编写内核中的例程，所以不再进一步说明此函数
大多数用户进程( 守护进程 )调用 syslog (3)函数以产生记录消息
- 将在下面说明其调用序列。这使消息发送至 UNIX域数据报套接口/dev/log
在此主机上或通过 TCP/IP网络连接到此主机的某一其他主机上的一个用户进程可将记录消息发向 UDP端口514

  注意：syslog函数并不产生这些UDP数据报文件，它们要求产生此记录消息的进程具有显式的网络编程，在此也不详细描述

通常 syslogd守护进程读取三种格式的记录消息

此守护进程在起动时读一个配置文件。一般其文件名为 /etc/syslog.conf
- 该文件决定了 不同种类的消息应送向何处
  - 紧急消息可被送向系统管理员 (若已登录)，并在控制台上显示
  - 警告消息则可记录到一个文件中等

openlog函数

openlog 函数：打开日志文件

#include <syslog.h>

/**
 * 打开日志文件
 *
 * ident : 日志消息的前缀字符串，通常为程序名
 * option : 日志消息选项
 * facility : 日志消息功能分类与严重等级
 *
 * return：无
 * 
 */
void openlog(const char *ident, int option, int facility);

openlog是可选择的

如果不调用openlog，则在第一次调用syslog时，自动调用openlog

openlog可以指定一个 ident ，以后此ident将被加至每则记录消息中。ident一般是 程序的名称 (例如，cron、inetd等)

下表说明了4种可能的 option ：

Table 1: openlog的option参数
option	说明
LOG_CONS	如果不能够通过unix domain socket传递到syslogd，那么直接输出到控制台
LOG_NDELAY	立即打开至syslogd的unix domain socket，通常来说默认是syslog第一条记录之后再建立连接
LOG_PERROR	日志消息不仅仅发送给syslog，同时写到标准错误上
LOG_PID	每个消息都包含pid

openlog中的参数 facility 可以选取下表中列举的值，设置facility参数的目的是让配置文件可以说明来自不同设施的消息以不同的方式进行处理：

Table 2: openlog的facilty参数
facility	说明
LOG_AUTH	授权程序:login.su，getty，…
LOG_CRON	cron和at
LOG_DAEMON	系统精灵进程:ftpd，routed，…
LOG_KERN	系统精灵进程:ftpd，routed，…
LOG_LOCAL0	系统精灵进程:ftpd，routed，…
LOG_LOCAL1	内核产生的消息
LOG_LOCAL2	保留由本地使用
LOG_LOCAL3	保留由本地使用
LOG_LOCAL4	保留由本地使用
LOG_LOCAL5	保留由本地使用
LOG_LOCAL6	保留由本地使用
LOG_LOCAL7	保留由本地使用
LOG_LPR	行打系统:lpd，lpc，…
LOG_MAIL	邮件系统
LOG_NEWS	Usenet网络新闻系统
LOG_SYSLOG	syslogd精灵进程本身
LOG_USER	来自其他用户进程的消息
LOG_UUCP	UUCP系统

syslog函数

syslog 函数：产生一个日志记录消息

#include <syslog.h> 

/**
 *
 * 记录日志消息
 *
 * priorty: facilty和level的逻辑和
 * format: 日志消息格式
 *
 * return: 无
 *
 */
void syslog(int priorty, const char *format, ...);

priority 参数： facility 和 level 的组合，可选取的值分别列于facility表和level(下表)中。level值按优先级从最高到最低按序排列：

Table 3: syslog的option参数
level	说明
LOG_EMERG	紧急状态(系统不可使用),最高优先级
LOG_ALERT	必须立即修复的状态
LOG_CRIT	严重状态
LOG_ERR	出错状态
LOG_WARNING	警告状态
LOG_NOTICE	正常状态
LOG_INFO	信息性消息
LOG_DEBUG	调试消息

format 参数以及其他参数传至 vsprintf 函数以便进行格式化

  在format中每个%m都被代换成对应于errno值的出错消息字符串(strerror)

closelog函数

closelog 函数：关闭日志消息

#include <syslog.h>

/**
 * 关闭日志消息
 *
 * return: 无
 *
 */
void closelog(void)

  调用closelog也是可选择的，它只是关闭被用于与syslogd精灵进程通信的描述符

实例

将前缀字符串 test log 和 PID的日志信息送到标准出错，同时记录到记录 LOG_INFO以上等级的日志文件中：

#include <syslog.h> 

int main(void) 
{ 
    openlog("test log", LOG_PID | LOG_PERROR, LOG_USER); 
    syslog(LOG_INFO, "%s %m\n", "Log me, man.\n"); 
    closelog(); 
    return 0; 
}

SVR4和4.3+BSD都提供logger(1)程序，以其作为向syslog设施发送出错消息的方法

送至该程序的可选择参数可以指定facility、level以及ident

logger的意图是用于以非交互方式运行，又要产生记录消息的shell过程

注意事项

守护进程通常 单实例 运行的，为了保证是单例运行的话，可以通过文件标记或者是文件锁来完成。在Unix下面守护进程通常有下面这些惯例：

守护进程的 锁文件 ，通常存放在 /var/run/<name>.pid
如果守护进程有 配置文件 的话，那么文件存放在 /etc/<name>.conf
守护进程可以使用 命令行启动 ，但是通常是在系统初始化脚本之一存放在 /etc/init.d/* 下面
守护进程 终止的话通常希望重启 。而守护进程的父进程通常为 init
- 在 /etc/inittab 里面为守护进程包含 respawn 选项的话，那么守护进程终止的话 init会自动重启 （机器重启）
因为守护进程和终端 不连接 ，所以 永远接收不到SIGHUP信号
- 使用 SIGHUP 信号来通知 守护进程重新载入配置文件
- 守护进程必须支持这个功能

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编程规则

实例

日志

syslog机制

openlog函数

syslog函数

closelog函数

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