守护进程（ Daemon）

1、定义

• 守护进程是运行在后台的一种特殊进程，它独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或循环等待处理某些事件的发生；它不需要用户输入就能运行而且提供某种服务，不是对整个系统就是对某个用户程序提供服务。Linux系统的大多数服务器就是通过守护进程实现的。
• 守护进程一般在系统启动时开始运行，除非强行终止，否则直到系统关机才随之一起停止运行；
• 守护进程一般都以root用户权限运行，因为要使用某些特殊的端口（1-1024）或者资源；
• 守护进程的父进程一般都是init进程，因为它真正的父进程在fork出守护进程后就直接退出了，所以守护进程都是孤儿进程，由init接管；
• 守护进程是非交互式程序，没有控制终端，所以任何输出，无论是向标准输出设备stdout还是标准出错设备stderr的输出都需要特殊处理。
• 守护进程的名称通常以d结尾，比如sshd、xinetd、crond等

2、作用

• 1.守护进程是一个生存周期较长的进程，通常独立于控制终端并且周期性的执行某种任务或者等待处理某些待发生的事件
• 2.大多数服务都是通过守护进程实现的
• 3.关闭终端，相应的进程都会被关闭，而守护进程却能够突破这种限制

Linux系统的大多数服务器就是通过守护进程实现的。常见的守护进程包括：

• 系统日志进程syslogd、
• web服务器httpd、
• 邮件服务器sendmail
• 数据库服务器mysqld等。

3、创建流程

背景知识：

• 进程组：一个或多个进程的集合，进程组由进程组ID标识，进程组长的进程ID和进程组ID一致，并且进程组ID不会由于进程组长的退出而受到影响
• 会话周期：一个或多个进程组的集合，比如用户从登陆到退出，这个期间用户运行的所有进程都属于该会话周期
• setsid函数：创建一个新会话，并担任该会话组的组长，调用setsid函数的目的：让进程摆脱原会话，原进程组，原终端的控制。如果，调用setsid的进程不是一个进程组的组长，此函数创建一个新的会话期。

创建守护进程的过程：

• 1）fork()创建子进程，父进程exit()退出

这是创建守护进程的第一步。由于守护进程是脱离控制终端的，因此，完成第一步后就会在Shell终端里造成程序已经运行完毕的假象。之后的所有工作都在子进程中完成，而用户在Shell终端里则可以执行其他命令，从而在形式上做到了与控制终端的脱离，在后台工作。

• 2）在子进程中调用 setsid() 函数创建新的会话

在调用了fork()函数后，子进程全盘拷贝了父进程的会话期、进程组、控制终端等，虽然父进程退出了，但会话期、进程组、控制终端等并没有改变，因此，这还不是真正意义上的独立开来，而 setsid() 函数能够使进程完全独立出来。

• 3）再次 fork() 一个孙进程并让子进程退出

为什么要再次fork呢，假定有这样一种情况，之前的父进程fork出子进程以后还有别的事情要做，在做事情的过程中因为某种原因阻塞了，而此时的子进程因为某些非正常原因要退出的话，就会形成僵尸进程，所以由子进程fork出一个孙进程以后立即退出，孙进程作为守护进程会被init接管，此时无论父进程想做什么都随它了。

4）在孙进程中调用 chdir() 函数，让根目录 ”/” 成为孙进程的工作目录

这一步也是必要的步骤，使用fork创建的子进程继承了父进程的当前工作目录。由于在进程运行中，当前目录所在的文件系统（如“/mnt/usb”）是不能卸载的，这对以后的使用会造成诸多的麻烦（比如系统由于某种原因要进入单用户模式）。因此，通常的做法是让"/"作为守护进程的当前工作目录，这样就可以避免上述的问题，当然，如有特殊需要，也可以把当前工作目录换成其他的路径，如/tmp，改变工作目录的常见函数是chdir。

• 5）在孙进程中调用 umask() 函数，设置进程的文件权限掩码为0

文件权限掩码是指屏蔽掉文件权限中的对应位。比如，有个文件权限掩码是050，它就屏蔽了文件组拥有者的可读与可执行权限。由于使用fork函数新建的子进程继承了父进程的文件权限掩码，这就给该子进程使用文件带来了诸多的麻烦。因此，把文件权限掩码设置为0，可以大大增强该守护进程的灵活性。设置文件权限掩码的函数是umask。在这里，通常的使用方法为umask(0)。

• 6）在孙进程中关闭任何不需要的文件描述符

同文件权限码一样，用fork函数新建的子进程会从父进程那里继承一些已经打开了的文件。这些被打开的文件可能永远不会被守护进程读写，但它们一样消耗系统资源，而且可能导致所在的文件系统无法卸下。

在上面的第2)步之后，守护进程已经与所属的控制终端失去了联系。因此从终端输入的字符不可能达到守护进程，守护进程中用常规方法（如printf）输出的字符也不可能在终端上显示出来。所以，文件描述符为0、1和2 的3个文件（常说的输入、输出和报错）已经失去了存在的价值，也应被关闭。

• 7）守护进程退出处理

当用户需要外部停止守护进程运行时，往往会使用 kill 命令停止该守护进程。所以，守护进程中需要编码来实现 kill 发出的signal信号处理，达到进程的正常退出。

4、实例

守护进程的代码实现

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

static bool flag = true;
void create_daemon();
void handler(int);

int main()
{
    time_t t;
    int fd;
    create_daemon();
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = handler;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags = 0;
    if(sigaction(SIGQUIT, &act, NULL))
    {
        printf("sigaction error.\n");
        exit(0);
    }
    while(flag)
    {
        fd = open("/home/mick/daemon.log", 
        O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);
        if(fd == -1)
        {
            printf("open error\n");
        }
        t = time(0);
        char *buf = asctime(localtime(&t));
        write(fd, buf, strlen(buf));
        close(fd);
        sleep(60);
    }
    return 0;
}
void handler(int sig)
{
    printf("I got a signal %d\nI'm quitting.\n", sig);
    flag = false;
}
void create_daemon()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();

    if(pid == -1)
    {
        printf("fork error\n");
        exit(1);
    }
    else if(pid)
    {
        exit(0);
    }

    if(-1 == setsid())
    {
        printf("setsid error\n");
        exit(1);
    }

    pid = fork();
    if(pid == -1)
    {
        printf("fork error\n");
        exit(1);
    }
    else if(pid)
    {
        exit(0);
    }

    chdir("/");
    int i;
    for(i = 0; i < 3; ++i)
    {
        close(i);
    }
    umask(0);
    return;
}

用系统函数daemon实现：守护进程的代码

#include <unistd.h>

int daemon(int nochdir, int noclose);

功能：创建一个守护进程

参数：

nochdir：=0将当前目录更改至“/”

noclose：=0将标准输入、标准输出、标准错误重定向至“/dev/null”

返回值：

成功：0

失败：-1

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

static bool flag = true;
void handler(int);

int main()
{
    time_t t;
    int fd;
    if(-1 == daemon(0, 0))
    {
        printf("daemon error\n");
        exit(1);
    }
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = handler;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags = 0;
    if(sigaction(SIGQUIT, &act, NULL))
    {
        printf("sigaction error.\n");
        exit(0);
    }
    while(flag)
    {
        fd = open("/home/mick/daemon.log", 
        O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);
        if(fd == -1)
        {
            printf("open error\n");
        }
        t = time(0);
        char *buf = asctime(localtime(&t));
        write(fd, buf, strlen(buf));
        close(fd);
        sleep(60);
    }
    return 0;
}
void handler(int sig)
{
    printf("I got a signal %d\nI'm quitting.\n", sig);
    flag = false;
}

守护线程每隔100s就向文件写入一句话

#include <iostream>
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<semaphore.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
using namespace std;

#define max_file 65535

int main()
{
    pid_t pc;
    int fd,len;

    char buf[]="this is a demo\n";
    len=strlen(buf);

    pc=fork();//第一步，创建子进程

    if(pc<0)
    {
        cout<<"fork error"<<endl;
        exit(1);
    }
    else if(pc>0)
    {
        exit(0);//第二步，父进程退出
    }
    else
    {
        setsid();//第三步，创建新会话

        chdir("/");//第四步，将当前目录改为根目录

        umask(0);//第五步，重新设置文件权限掩码

        for(int i=0; i<max_file; i++)
        {
            close(i);//第六步，关闭不需要的文件描述符
        }

        while(1)
        {
            if((fd=open("/tmp/dameo.log",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600))<0)
            {

                cout<<"open erro"<<endl;
                exit(1);
            }
            write(fd,buf,len+1);

            close(fd);

            sleep(100);//每隔100s输出一句话到文件
        }
    }
}

参考

1、https://www.cnblogs.com/yinbiao/p/11203225.html
2、https://zhuanlan.zhihu.com/p/73330470