Linux下編寫守護進程
Linux 守護進程
守護進程概述
守護進程，也就是通常所說的Daemon進程，是Linux中的後臺服務進程。它是一個生存期較長的進程，通常獨立於控制終端並且週期性地執行某種任務或等待處理某些發生的事件。守護進程常常在系統引導裝入時啓動，在系統關閉時終止。Linux 系統有很多守護進程，大多數服務都是通過守護進程實現的。同時，守護進程還能完成許多系統任務，例如，作業規劃進程crond、打印進程lqd 等（這裏的結尾字母d 就是Daemon 的意思）。
由於在Linux中，每一個系統與用戶進行交流的界面稱爲終端，每一個從此終端開始運行的進程都會依附於這個終端，這個終端就稱爲這些進程的控制終端，當控制終端被關閉時，相應的進程都會自動關閉。但是守護進程卻能夠突破這種限制，它從被執行開始運轉，直到整個系統關閉時纔會退出。如果想讓某個進程不因爲用戶或終端或其他的變化而受到影響，那麼就必須把這個進程變成一個守護進程。可見，守護進程是非常重要的。
編寫守護進程
編寫守護進程看似複雜，但實際上也是遵循一個特定的流程。只要將此流程掌握了，就能很方便地編寫出用戶自己的守護進程。下面就分4 個步驟來講解怎樣創建一個簡單的守護進程。在講解的同時，會配合介紹與創建守護進程相關的幾個系統函數，希望讀者能很好地掌握。
1．創建子進程，父進程退出
這是編寫守護進程的第一步。由於守護進程是脫離控制終端的，因此，完成第一步後就會在 Shell 終端裏造成一程序已經運行完畢的假象。之後的所有工作都在子進程中完成，而用戶在Shell 終端裏則可以執行其他的命令，從而在形式上做到了與控制終端的脫離。
到這裏，有心的讀者可能會問，父進程創建了子進程，而父進程又退出之後，此時該子進程不就沒有父進程了嗎？守護進程中確實會出現這麼一個有趣的現象，由於父進程已經先於子進程退出，會造成子進程沒有父進程，從而變成一個孤兒進程。在Linux中，每當系統發現一個孤兒進程，就會自動由1號進程（也就是init進程）收養它，這樣，原先的子進程就會變成init進程的子進程了。其關鍵代碼如下所示：
/*父進程退出*/
pid=fork();
if(pid>0){
exit(0);
}
2．在子進程中創建新會話
這個步驟是創建守護進程中最重要的一步，雖然它的實現非常簡單，但它的意義卻非常重大。在這裏使用的是系統函數setsid，在具體介紹setsid之前，讀者首先要了解兩個概念： 進程組和會話期。
進程組
進程組是一個或多個進程的集合。進程組由進程組ID 來惟一標識。除了進程號（PID）之外，進程組ID 也一個進程的必備屬性。
每個進程組都有一個組長進程，其組長進程的進程號等於進程組ID。且該進程ID不會因組長進程的退出而受到影響。
會話期
會話組是一個或多個進程組的集合。通常，一個會話開始於用戶記錄，終止於用戶退出，在此期間該用戶運行的所有進程都屬於這個會話期。
接下來就可以具體介紹setsid 的相關內容：
setsid 函數用於創建一個新的會話，並擔任該會話組的組長。調用setsid 有下面的3個作用。
讓進程擺脫原會話的控制。
讓進程擺脫原進程組的控制。
讓進程擺脫原控制終端的控制。
那麼，在創建守護進程時爲什麼要調用setsid 函數呢？讀者可以回憶一下創建守護進程的第一步，在那裏調用了fork 函數來創建子進程再將父進程退出。由於在調用fork 函數時，子進程全盤拷貝了父進程的進會話期、進程組、控制終端等，雖然父進程退出了，但原先的會話期、進程組、控制終端等並沒有改變，因此，還不是真正意義上獨立開來，而setsid 函數能夠使進程完全獨立出來，從而脫離所有其他進程的控制。
setsid 函數語法
所需頭文件 #include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
函數原型 pid_t setsid(void)
函數返回值 成功：該進程組ID
出錯：-1
3．改變當前目錄爲根目錄
這一步也是必要的步驟。使用fork 創建的子進程繼承了父進程的當前工作目錄。由於在進程運行過程中，當前目錄所在的文件系統（比如“/mnt/usb”等）是不能卸載的，這對以後的使用會造成諸多的麻煩（比如系統由於某種原因要進入單用戶模式）。因此，通常的做法是讓“/ ”作爲守護進程的當前工作目錄，這樣就可以避免上述的問題，當然，如有特殊需要，也可以把當前工作目錄換成其他的路徑，如/tmp。改變工作目錄的常見函數是chdir。
4．重設文件權限掩碼
文件權限掩碼是指屏蔽掉文件權限中的對應位。比如，有一個文件權限掩碼是050，它就屏蔽了文件組擁有者的可讀與可執行權限。由於使用fork 函數新建的子進程繼承了父進程的文件權限掩碼，這就給該子進程使用文件帶來了諸多的麻煩。因此，把文件權限掩碼設置爲0，可以大大增 該守護進程的靈活性。設置文件權限掩碼的函數是umask。在這裏，通常的使用方法爲umask(0)。
5．關閉文件描述符
同文件權限掩碼一樣，用fork 函數新建的子進程會從父進程那裏繼承一些已經打開了的文件。這些被打開的文件可能永遠不會被守護進程讀或寫，但它們一樣消耗系統資源，而且可能導致所在的文件系統無法卸下。
在上面的第二步之後，守護進程已經與所屬的控制終端失去了聯繫。因此從終端輸入的字符不可能達到守護進程，守護進程中用常規方法（如printf）輸出的字符也不可能在終端上顯示出來。所以，文件描述符爲0、1 和2 的3 個文件（常說的輸入、輸出和報錯這3個文件）已經失去了存在的價值，也應被關閉。通常按如下方式關閉文件描述符：
for(i=0;i<MAXFILE;i++)
close(i);
int max_fd=sysconf(_SC_OPEN_MAX); //獲取_SC_OPEN_MAX系統中每個進程可以打開的文件最大數目
for(int i=0;i<max_fd;++i)
close(i);
這樣，一個簡單的守護進程就建立起來了。
下面是實現守護進程的一個完整實例：
該實例首先建立了一個守護進程，然後讓該守護進程每隔10s 在/tmp/dameon.log 中寫入一句話。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#define MAXFILE 65535
int main()
{
pid_t pc;
int i,fd,len;
char *buf="This is a Dameon\n";
len =strlen(buf);
pc=fork();
if(pc<0){
printf("error fork\n");
exit(1);
}else if(pc>0)
exit(0);
setsid();
chdir("/");
umask(0);
for(i=0;i<MAXFILE;i++)
close(i);
/*這時創建完守護進程，以下開始正式進入守護進程工作*/
while(1){
if((fd=open("/tmp/dameon.log",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600))<0){
perror("open");
exit(1);
}
write(fd, buf, len+1);
close(fd);
sleep(10);
}
}
守護進程的出錯處理
讀者在前面編寫守護進程的具體調試過程中會發 ，由於守護進程完全脫離了控制終端，因此，不能像其他進程的程序一樣通過輸出錯誤信息到控制終端來通知程序員即使使用gdb 也無法正常調試。那麼，守護進程的進程要如何調試呢？一種通用的辦法是使用syslog服務，將程序中的出錯信息輸入到“/var/log/messages”系統日誌文件中，從而可以直觀地看到程序的問題所在。
注意：“/var/log/message”系統日誌文件只能由擁有root權限的超級用戶查看。
Syslog 是Linux 中的系統日誌管理服務，通過守護進程syslogd 來維護。該守護進程在啓動時會讀一個配置文件“/etc/syslog.conf”。該文件決定了不同種類的消息會發送向何處。例如，緊急消息可被送向系統管理員並在控制檯上顯示，而警告消息則可記錄到一個文件中。
該機制提供了3 個syslog 函數，分別爲openlog、syslog 和closelog。下面就分別介紹這3個函數。
（1）syslog 函數說明
通常，openlog 函數用於打開系統日誌服務的一個連接；syslog 函數是用於向日志文件中寫入消息，在這裏可以規定消息的優先級、消息輸出格式等；closelog 函數是用於關閉系統日誌服務的連接。
（2）syslog 函數格式
openlog 函數語法
所需頭文件 #include <syslog.h>
函數原型 void openlog (char *ident,int option ,int facility)
Ident 要向每個消息加入的字符串，通常爲程序的名稱
LOG_CONS：如果消息無法送到系統日誌服務，則直接輸出到系
統控制終端
函數傳入值 Option LOG_NDELAY：立即打開系統日誌服務的連接。在正常情況下，
直到發送到第一條消息時纔打開連接
LOG_PERROR：將消息也同時送到stderr 上
LOG_PID：在每條消息中包含進程的PID
LOG_AUTHPRIV：安全/授權訊息
LOG_CRON：時間守護進程 （cron 及at）
LOG_DAEMON：其他系統守護進程
LOG_KERN：內核信息
LOG_LOCAL[0~7]：保留
facility：指定
函數傳入值 程序發送的 LOG_LPR：行打印機子系統
消息類型
LOG_MAIL：郵件子系統
LOG_NEWS：新聞子系統
LOG_SYSLOG：syslogd 內部所產生的信息
LOG_USER：一般使用者等級訊息
LOG_UUCP：UUCP 子系統
syslog 函數語法
所需頭文件 #include <syslog.h>
函數原型 void syslog( int priority, char *format, ...)
函數傳入值 priority：指定 LOG_EMERG：系統無法使用
消息的重要性 LOG_ALERT：需要立即採取措施
LOG_CRIT：有重要情況發生
LOG_ERR：有錯誤發生
LOG_WARNING ：有警告發生
LOG_NOTICE：正常情況，但也是重要情況
LOG_INFO：信息消息
LOG_DEBUG：調試信息
format 以字符串指針的形式表示輸出的格式，類似printf 中的格式
closelog 函數語法
所需頭文件 #include <syslog.h>
函數原型 void closelog( void )
（3）使用實例
這裏將上一節中的示例程序用syslog 服務進行重寫，源代碼如下所示：
/*syslog_dema.c利用syslog服務的守護進程 例*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<syslog.h>
#define MAXFILE 65535
int main()
{
pid_t pc,sid;
int i,fd,len;
char *buf="This is a Dameon\n";
len =strlen(buf);
pc=fork();
if(pc<0){
printf("error fork\n");
exit(1);
}else if(pc>0)
exit(0);
/*打開系統日誌服務，openlog*/
openlog("demo_update",LOG_PID, LOG_DAEMON);
if((sid=setsid())<0){
syslog(LOG_ERR, "%s\n", "setsid");
exit(1);
}
if((sid=chdir("/"))<0){
syslog(LOG_ERR, "%s\n", "chdir");
exit(1);
}
umask(0);
for(i=0;i<MAXFILE;i++)
close(i);
while(1){
/*打開守護進程的日誌文件，並寫入open 的日誌記錄*/
if((fd=open("/tmp/dameon.log",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND, 0600))<0){
syslog(LOG_ERR, "open");
exit(1);
}
write(fd, buf, len+1);
close(fd);
sleep(10);
}
closelog();
exit(0);
}
讀者可以嘗試用普通用戶的身份執行此程序，由於這裏的open 函數必須具有root 權限，因此，syslog 就會將錯誤信息寫入到“/var/log/messages”中，如下所示：
Jan 30 18:20:08 localhost demo_update[7996]: open