什麼是守護進程，以及如何編寫

守護進程是生存期長的一種進程。它們獨立於控制終端並且週期性的執行某種任務或等待處理某些發生的事件。他們常常在系統引導裝入時啓動，在系統關閉時終止。unix系統有很多守護進程，大多數服務器都是用守護進程實現的。比如，網絡服務inetd、Web服務http等。同時，守護進程完成許多系統任務。比如，作業規劃進程crond、打印進程lqd等。這裏主要說明守護進程的進程結構，以及如何編寫守護進程程序。因爲守護進程沒有控制終端，所以我們還要介紹在守護進程運行時錯誤輸出的方法。
守護進程及其特性
守護進程最重要的特性是後臺運行。在這一點上，DOS下的常駐內存程序TSR與之相似。其次，守護進程必須與其運行前的環境隔離開來。這些環境包括未關閉的文件描述符、控制終端、會話和進程組、工作目錄以及文件創建掩碼等。這些環境通常是守護進程從執行它的父進程（特別是shell）中繼承下來的。最後，守護進程的啓動方式有其特殊之處。它可以在系統啓動時從啓動腳本/etc/rc.d中啓動，可以由inetd守護進程啓動，可以有作業規劃進程crond啓動，還可以由用戶終端（通常是shell）執行。總之，除開這些特殊性以外，守護進程與普通進程基本上沒有什麼區別。因此，編寫守護進程實際上是把一個普通進程按照上述的守護進程的特性改造成爲守護進程。如果大家對進程的認識比較深入，就對守護進程容易理解和編程了。
首先我們來察看一些常用的系統守護進程，看一下他們和幾個概念：進程組、控制終端和對話期有什麼聯繫。p s命令打印系統中各個進程的狀態。該命令有多個選擇項，有關細節請參考系統手冊。爲了察看所需的信息，執行：ps –axj
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
0 1 0 0 ? -1 S 0 0:04 init
1 2 1 1 ? -1 SW 0 0:00 [keventd]
1 3 1 1 ? -1 SW 0 0:00 [kapm-idled]
0 4 1 1 ? -1 SWN 0 0:00 [ksoftirqd_CPU0]
0 5 1 1 ? -1 SW 0 0:00 [kswapd]
0 6 1 1 ? -1 SW 0 0:00 [kreclaimd]
0 7 1 1 ? -1 SW 0 0:00 [bdflush]
0 8 1 1 ? -1 SW 0 0:00 [kupdated]
1 9 1 1 ? -1 SW< 0 0:00 [mdrecoveryd]
1 17 1 1 ? -1 SW 0 0:02 [kjournald]
1 92 1 1 ? -1 SW 0 0:00 [khubd]
1 573 573 573 ? -1 S 0 0:03 syslogd -r -x
1 578 578 578 ? -1 S 0 0:00 klogd -2
1 598 598 598 ? -1 S 32 0:00 portmap
進程號爲1、2的這些進程非常特殊，存在於系統的整個生命期中。它們沒有父進程ID ，沒有組進程ID ，也沒有對話期ID 。syslogd 守護進程可用於任何爲操作人員記錄系統消息的程序中。可以在一臺實際的控制檯上打印這些消息，也可將它們寫到一個文件中。sendmail 是標準郵遞守護進程。update 程序定期將內核緩存中的內容寫到硬盤上（通常是每隔30 秒）。爲了做到這一點，該程序每隔30 秒調用sync（2 ）函數一次。cron 守護進程在指定的日期和時間執行指定的命令。許多系統管理任務是由cron 定期地使相關程序執行而得以實現的。inetd進程監聽系統的網絡界面，以輸入對各種網絡服務器的請求。最後一個守護進程，lpd 處理對系統提出的各個打印請求。
注意，所有守護進程都以超級用戶（用戶ID爲0）的優先權運行。沒有一個守護進程具有控制終端，終端名稱設置爲問號（？）、終端前臺進程組ID設置爲－1。缺少控制終端是守護進程調用了setsid的結果。除update以外的所有守護進程都是進程組的首進程，對話期的首進程，而且是這些進程組和對話期中的唯一進程。最後，應當引起注意的是所有這些守護進程的父進程都是init進程。
在接觸實際編程前，我們來看看編寫守護進程要碰到的概念：進程組合會話期。
進程組
每個進程除了有一進程ID之外，還屬於一個進程組（在討論信號時就會涉及進程組）進程組是一個或多個進程的集合。每個進程有一個唯一的進程組ID。進程組ID類似於進程ID——它是一個正整數，並可存放在pid_t數據類型中。
每個進程組有一個組長進程。組長進程的標識是，其進程組ID等於其進程ID，進程組組長可以創建一個進程組，創建該組中的進程，然後終止，只要在某個進程組中有一個進程存在，則該進程就存在，這與其組長進程是否終止無關。從進程組創建開始到其中最後一個進程離開爲止的時間區間稱爲進程組的生命期。某個進程組中的最後一個進程可以終止，也可以參加另一進程組。
前面已經提到進程調用setgid可以參加一個現存的組或者創建一個新進程組（setsid也可以創建一個新的進程組，後面將用到）
會話期
會話期(session)是一個或多個進程組的集合。其中，在一個會話期中有3個進程組，通常是有shell的管道線將幾個進程編成一組的。
下面說明有關會話期和進程組的一些特性：
一個會話期可以有一個單獨的控制終端（controlling terminal），這一般是我們在其上登錄的終端設備（終端登錄）或僞終端設備（網絡登錄），但這個控制終端並不是必需的。
建立與控制終端連接的會話期首進程，被稱之爲控制進程（contronlling process）。以及一個會話期中的幾個進程組可被分爲一個前臺進程組（foreground process group）以及一個或幾個後臺進程組（background process group）
如果一個會話期有一個控制終端，則它有一個前臺進程組，其他進程組爲後臺進程組。無論何時鍵入中斷鍵（常常是delete或ctrl－c）或退出鍵（通常是ctrl－/），就會造成將中斷信號或退出信號送至前途進程組的所有進程。
守護進程的編程規則
在不同Unix環境下，守護進程的具體編程細節並不一致。但所幸的是，守護進程的編程原則其實都一樣，區別僅在於具體的實現細節不同，這個原則就是要滿足守護進程的特性。編程規則如下：
1、在後臺運行
爲避免掛起控制終端，要將daemon放入後臺執行，其方法是，在進程中調用fork使父進程終止，讓daemon在子進程中後臺執行。具體就是調用f o r k ，然後使父進程e x i t 。這樣做實現了下面幾點：
第一，如果該精靈進程是由一條簡單s h e l l 命令起動的，那麼使父進程終止使得s h e l l 認爲這條命令已經執行完成。
第二，子進程繼承了父進程的進程組I D ，但具有一個新的進程I D ，這就保證了子進程不是一個進程組的首進程。這對於下面就要做的s e t s i d 調用是必要的前提條件。
2、脫離控制終端，登錄會話和進程組
登錄會話可以包含多個進程組，這些進程組共享一個控制終端，這個控制終端通常是創建進程的登錄終端、控制終端，登錄會話和進程組通常是從父進程繼承下來的。我們的目的就是要擺脫它們，使之不受它們的影響。
其方法是在第一點的基礎上，調用setsid（）使進程成爲會話組長：
需要說明的是，當進程是會話組長時，setsid（）調用會失敗，但第一點已經保證進程不是會話組長。setsid（）調用成功後，進程成爲新的會話組長和新的進程組長，並與原來的登錄會話和進程組脫離，由於會話過程對控制終端的獨佔性，進程同時與控制終端脫離。
具體是操作就是：
（a ）成爲新對話期的首進程
（b ）成爲一個新進程組的首進程
（c ）沒有控制終端。
3、禁止進程重新打開控制終端
現在，進程已經成爲無終端的會話組長，但它可以重新申請打開一個控制終端。可以通過使進程不再成爲會話組長來禁止進程重新打開控制終端：
4、關閉打開的文件描述符
進程從創建它的父進程那裏繼承了打開的文件描述符。如不關閉，將會浪費系統資源，造成進程所在地文件系統無法卸下以及無法預料的錯誤。一般來說，必要的是關閉0、1、2三個文件描述符，即標準輸入、標準輸出、標準錯誤。因爲我們一般希望守護進程自己有一套信息輸出、輸入的體系，而不是把所有的東西都發送到終端屏幕上。調用fclose（）；
5、改變當前工作目錄
將當前工作目錄更改爲根目錄。從父進程繼承過來的當前工作目錄可能在一個裝配的文件系統中。因爲精靈進程通常在系統再引導之前是一直存在的，所以如果精靈進程的當前工作目錄在一個裝配文件系統中，那麼該文件系統就不能被拆卸。另外，某些精靈進程可能會把當前工作目錄更改到某個指定位置，在此位置做它們的工作。例如，行式打印機假脫機精靈進程常常將其工作目錄更改到它們的s p o o l 目錄上。
可以調用chdir（“目錄”）；
6、重設文件創建掩碼
將文件方式創建屏蔽字設置爲0 。由繼承得來的文件方式創建屏蔽字可能會拒絕設置某些許可權。例如，若精靈進程要創建一個組可讀、寫的文件，而繼承的文件方式創建屏蔽字，屏蔽了這兩種許可權，則所要求的組可讀、寫就不能起作用。
7、處理SIGCHLD 信號
處理SIGCHLD信號並不是必需的。但對於某些進程，特別是服務器進程往往在請求到來時生產子進程出來請求。如果父進程不等待子進程結束，子進程將成爲殭屍進程，(zombie)而仍佔用系統資源。如果父進程等待子進程結束，將增加父進程的負擔，影響服務器進程的併發性能。在系統V下可以簡單的將SIGCHLD信號的操作設爲SIG-IGN:
signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
這樣，內核在子進程結束時不會產生殭屍進程，這一點與BSD4不同，在BSD4下必須顯示等 待子進程結束才能釋放殭屍進程。
守護進程實例
守護進程實例包括兩部分：主程序test.c和初始化程序init.c。主程序每隔一分鐘向/tmp目錄中的日誌test.log 報告運行狀態。初始化程序中的init_daemon 函數負責生成守護進程
void make_daemon(void)
{
pid_t pid;
FILE * lockfd;
sigset_t sighup;
int i;
extern pid_t getsid(pid_t);
pid = fork();//第一個子進程生成
if (pid < 0) {
printinfo("fork error!",INFOERROR);
exit(FAILEXIT);
}else if (pid > 0) {
printinfo("fork 1 ok! ", INFOSCREEN);
exit(OKEXIT);//退出父進程，擺脫shell的控制
}
pid = getpid();//獲得子進程自身的id
lockfd = fopen(PIDFILE, "w");//以下是將pid寫入文件
if (lockfd != NULL) {
fprintf(lockfd, "%d/n", pid);
fclose(lockfd);
}//寫入pid
if (getsid(0) != pid) {//創建新的會話期
if (setsid() < 0) {
printinfo("backupdaemon setsid error!",INFOERROR);
perror("setsid");
}
}
if(pid=fork()){//再次生成子進程，這時候是孫子進程
exit(0);//退出上一代進程
}else if(pid<0){
exit(1);
}
close(1);//關閉文件
close(2);
chdir(rundir);//改變運行的目錄
umask(022);//改變文件權限
}
守護進程的錯誤輸出守護進程不屬於任何終端，所以當需要輸出某些信息時，它無法像一般程序那樣將信息直接輸出到標準輸出和標準錯誤輸出中。我們很大時候也不希望每個守護進程將它自己的出錯消息寫到一個單獨的文件中。因爲對於系統管理人員而言，要記住哪一個守護進程寫到哪一個記錄文件中，並定期的檢查這些文件，他一定會爲此感到頭疼的。所以，我們需要有一個集中的守護進程出錯記錄機制。目前很多系統都引入了syslog記錄進程來實現這一目的。自伯克利開發了BSD syslog並廣泛應用以來，BSD syslog 機制被大多數守護進程所使用。我們下面介紹BSD syslog 的用法。有三種方法產生記錄消息：
1 內核例程可以調用log函數。任何一個用戶進程通過打開和讀/dev/klog設備就可以讀取這些消息。因爲我們無意編寫內核中的例程，所以不再進一步說明此函數。
2 大多數用戶進程（守護進程）調用syslog函數以產生記錄消息。我們將在下面說明其調用序列。這使消息發送至Unix域數據報套接口/dev/log。
3 在此主機上，或通過TCP/IP網絡連接到此主機的某一其他主機上的一個用戶進程可將記錄消息發向UDP端口514。注意：syslog 函數並不產生這些UDP數據報——它們要求產生此記錄消息的進程具有顯式的網絡編程。通常，syslog守護進程讀取三種格式的記錄消息。此守護進程在啓動時讀一個配置文件。一般來說，其文件名爲/etc/syslog.conf，該文件決定了不同種類的消息應送向何處。例如，緊急消息可被送向系統管理員（若已登錄），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syslog函數，其調用格式如下
#include
void openlog (char*ident,int option ,int facility);
void syslog(int priority,char*format,……)
void closelog();
調用openlog是可選擇的。如果不調用openlog，則在第一次調用syslog時，自動調用openlog。調用closelog也是可選擇的，它只是關閉被用於與syslog守護進程通信的描述符。調用openlog 使我們可以指定一個ident，以後， 此ident 將被加至每則記錄消息中。ident 一般是程序的名稱（例如 ，cron ，inetd 等）。option 有4種可能：LOG_CONS 若日誌消息不能通過Unix域數據報發送至syslog，則將該消息寫至控制檯。LOG_NDELAY1 立即打開Unix域數據報套接口至syslog守護進程，而不要等到記錄第一消息。通常，在記錄第一條消息之前，該套接口不打開。LOG_PERROR 除將日誌消息發送給syslog 外，還將它至標準出錯。此選項僅由4.3BSDReno及以後版本支持。LOG_PID 每條消息都包含進程ID。此選項可供對每個請求都fork一個子進程的守護進程使用。在openlog中設置facility參數的目的是讓配置文件可以說明，來自不同設施的消息以不同的方式進行處理。如果不調用openlog，或者以facility 爲0來調用它，那麼在調用syslog 時，可將facility作爲priority參數的一個部分進行說明。調用syslog產生一個記錄消息。其priority參數是facility和level的組合，它們可選取的值分別列於下面。level值按優先級從高級到最低按序排列