linux系统编程(6)--守护进程
1.终端概念
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，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表示SIGINT，Ctrl+\表示SIGQUIT。
#include <unistd.h>
char *ttyname(int fd);
功能：由文件描述符查出对应的文件名
参数：
fd：文件描述符
返回值：
成功：终端名
失败：NULL
示例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
printf("fd 0: %s\n", ttyname(0));
printf("fd 1: %s\n", ttyname(1));
printf("fd 2: %s\n", ttyname(2));
return 0;
}
2.进程组
2.1 进程组概念
进程组，也称之为作业。BSD于1980年前后向Unix中增加的一个新特性。代表一个或多个进程的集合。
每个进程都属于一个进程组。操作系统设计的进程组的概念，是为了简化对多个进程的管理。
当父进程，创建子进程的时候，默认子进程与父进程属于同一进程组。进程组ID为第一个进程ID(组长进程)。
#将整个进程组内的进程全部杀死（进程组ID为负值）
kill -SIGKILL -进程组ID
ps -ajx
#-a:显示所有终端下执行的程序，除了阶级作业领导者之外。
#-j:作业格式
#-x:显示没有控制终端的进程
组长进程可以创建一个进程组，创建该进程组中的进程，然后终止。只要进程组中有一个进程存在，进程组就存在，与组长进程是否终止无关。
进程组生存期：进程组创建到最后一个进程离开(终止或转移到另一个进程组)。
一个进程可以为自己或子进程设置进程组ID。
2.2 API
#include <unistd.h>
pid_t getpgrp(void); /* POSIX.1 version */
功能：获取当前进程的进程组ID
参数：无
返回值：总是返回调用者的进程组ID
pid_t getpgid(pid_t pid);
功能：获取指定进程的进程组ID
参数：
pid：进程号，如果pid = 0，那么该函数作用和getpgrp一样
返回值：
成功：进程组ID
失败：-1
int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);
功能：
改变进程默认所属的进程组。通常可用来加入一个现有的进程组或创建一个新进程组。
参数：
将参1对应的进程，加入参2对应的进程组中
返回值：
成功：0
失败：-1
3.会话
3.1 会话概念
会话是一个或多个进程组的集合。
- 一个会话可以有一个控制终端。这通常是终端设备或伪终端设备；
- 建立与控制终端连接的会话首进程被称为控制进程；
- 一个会话中的几个进程组可被分为一个前台进程组以及一个或多个后台进程组；
- 如果一个会话有一个控制终端，则它有一个前台进程组，其它进程组为后台进程组；
- 如果终端接口检测到断开连接，则将挂断信号发送至控制进程（会话首进程）。
3.2 创建会话注意事项
-
创建会话的进程不能是进程组组长，该进程会变成新会话首进程(session leader)
这样做的理由是：假设该进程是进程组组长，创建完该会话后，该进程成为了其它会话中的 session leader。然而，其组员（如果存在的话）仍然存在于原来的会话中，这将导致同一个进程组中的进程处在不同会话中，显然这是不允许的。
-
创建会话的进程是组长进程，则出错返回
-
该进程成为一个新进程组的组长进程
-
需有root权限(ubuntu不需要)
-
新会话丢弃原有的控制终端，该会话没有控制终端
-
建立新会话时，先调用fork, 父进程终止，子进程调用setsid
3.3 API
#include <unistd.h>
pid_t getsid(pid_t pid);
功能：获取进程所属的会话ID
参数：
pid：进程号，pid为0表示查看当前进程session ID
返回值：
成功：返回调用进程的会话ID
失败：-1
pid_t setsid(void);
功能：
创建一个会话，并以自己的ID设置进程组ID，同时也是新会话的ID。调用了setsid函数的进程，既是新的会长，也是新的组长。
参数：无
返回值：
成功：返回调用进程的会话ID
失败：-1
示例：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t sid, pid;
pid = fork();
if (pid == 0)
{
//子进程不可能是进程组组长，可以让其创建新的会话，
//同时它成为 session leader, group leader
//先查看子进程从属于哪个会话
sid = getsid(getpid());
printf("sid = %d\n", sid);
//让子进程创建新会话
sid = setsid();
if (sid < 0)
{
perror("setsid");
return 1;
}
//查看子进程当前从属于哪个会话
printf("sid = %d\n", sid);
}
while(1)
sleep(1);
return 0;
}
4.守护进程
4.1 概述
守护进程（Daemon Process），也就是通常说的 Daemon 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。
守护进程是个特殊的孤儿进程，这种进程脱离终端，为什么要脱离终端呢？之所以脱离于终端是为了避免进程被任何终端所产生的信息所打断，其在执行过程中的信息也不在任何终端上显示。由于在 Linux 中，每一个系统与用户进行交流的界面称为终端，每一个从此终端开始运行的进程都会依附于这个终端，这个终端就称为这些进程的控制终端，当控制终端被关闭时，相应的进程都会自动关闭。
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。
4.2 创建守护进程步骤
-
创建子进程，父进程退出（必须）
由于守护进程是脱离控制终端的，因此首先创建子进程，终止父进程，使得程序在shell终端里造成一个已经运行完毕的假象。之后所有的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的命令，从而使得程序以孤儿进程形式运行，在形式上做到了与控制终端的脱离。
-
在子进程中创建新会话（必须）
setsid函数用于创建一个新的会话，并担任该会话组的组长。调用setsid的三个作用：让进程摆脱原会话的控制、让进程摆脱原进程组的控制和让进程摆脱原控制终端的控制。
在调用fork函数时，子进程全盘拷贝父进程的会话期(session，是一个或多个进程组的集合)、进程组、控制终端等，虽然父进程退出了，但原先的会话期、进程组、控制终端等并没有改变，因此，那还不是真正意义上使两者独立开来。setsid函数能够使进程完全独立出来，从而脱离所有其他进程的控制。
-
改变工作目录（非必须）
使用chdir()函数。
使用fork创建的子进程也继承了父进程的当前工作目录。由于在进程运行过程中，当前目录所在的文件系统不能卸载，因此，把当前工作目录换成其他的路径，如“/”或“/tmp”等。
-
重设文件创建掩码（非必须）
使用umask()函数。
由于使用fork函数新建的子进程继承了父进程的文件创建掩码，这就给该子进程使用文件带来了诸多的麻烦。因此，把文件创建掩码设置为0，可以大大增强该守护进程的灵活性。
-
关闭文件描述符（非必须）
继承的打开文件不会用到，浪费系统资源，无法卸载。
-
开始执行守护进程核心工作（必须）
守护进程退出处理程序模型。
4.3 创建守护进程代码实现
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int main()
{
int ret = -1;
pid_t pid = -1;
//1.创建子进程，父进程退出
pid = fork();
if(-1 == pid)
{
perror("fork");
return 1;
}
if(pid > 0)
{
exit(0);
}
//2.在子进程中创建新会话
pid = setsid();
if(-1 == pid)
{
perror("setsid");
return 1;
}
//3.改变工作目录
ret = chdir("/");
if(-1 == ret)
{
perror("chdir");
return 1;
}
//4.重设文件创建掩码
umask(0);
//5.关闭文件描述符
close(STDIN_FILENO);
close(STDOUT_FILENO);
close(STDERR_FILENO);
//6.执行核心工作
//每隔一秒将当前时间输出到/tmp/txt.log
while(1)
{
system("date >> /tmp/txt.log");
sleep(1);
}
return 0;
}
4.4 案例
写一个守护进程, 每隔俩秒获取一次系统时间, 将这个时间写入到磁盘文件
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
void write_time()
{
time_t rawtime;
//获取时间
rawtime = time(NULL);
//转换
char* cur = ctime(&rawtime);
//将得到的时间写入文件中
int fd = open("/home/student/timelog.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0664);
if (fd == -1)
{
perror("open");
exit(1);
}
//写文件
int ret = write(fd, cur, strlen(cur) + 1);
if (ret == -1)
{
perror("write");
exit(1);
}
//关闭文件
close(fd);
}
int main()
{
int ret = -1;
pid_t pid = -1;
//1.创建子进程，父进程退出
pid = fork();
if(-1 == pid)
{
perror("fork");
return 1;
}
if(pid > 0)
{
exit(0);
}
//2.在子进程中创建新会话
pid = setsid();
if(-1 == pid)
{
perror("setsid");
return 1;
}
//3.改变工作目录
ret = chdir("/");
if(-1 == ret)
{
perror("chdir");
return 1;
}
//4.重设文件创建掩码
umask(0022);
//5.关闭文件描述符
close(STDIN_FILENO);
close(STDOUT_FILENO);
close(STDERR_FILENO);
//6.执行核心工作
//注册信号捕捉函数
struct sigaction sigact;
sigact.sa_flags = 0;
sigemptyset(&sigact.sa_mask);
sigact.sa_handler = write_time;
sigaction(SIGALRM, &sigact, NULL);
//设置定时器
struct itimerval act;
//定时周期
act.it_interval.tv_sec = 2;
act.it_interval.tv_usec = 0;
//设置第一次触发定时器时间
act.it_value.tv_sec = 2;
act.it_value.tv_usec = 0;
//开始计时
setitimer(ITIMER_REAL, &act, NULL);
//防止子进程退出
while (1);
return 0;
}