守護進程

概念：

守護進程，也就是通常所說的Daemon進程，是Linux中的后臺服務(wù)進程。周期性的執(zhí)行某種任務(wù)或等待處理某些發(fā)生的事件。

Linux系統(tǒng)有很多守護進程，大多數(shù)服務(wù)都是用守護進程實現(xiàn)的。比如：像我們的tftp，samba，nfs等相關(guān)服務(wù)。

UNIX的守護進程一般都命名為*d的形式，如httpd，telnetd等等。

生命周期:

守護進程會長時間運行，常常在系統(tǒng)啟動時就開始運行，直到系統(tǒng)關(guān)閉時才終止。

守護進程不依賴于終端

從終端開始運行的進程都會依附于這個終端，這個終端稱為這些進程的控制終端。當(dāng)控制終端被關(guān)閉時，相應(yīng)的進程都會被自動關(guān)閉。咱們平常寫進程時，一個死循環(huán)程序，咱們不知道有ctrl+c的時候，怎么關(guān)閉它呀，是不是關(guān)閉終端呀。也就是說關(guān)閉終端的同時也關(guān)閉了我們的程序，但是對于守護進程來說，其生命周期守護需要突破這種限制，它從開始運行，直到整個系統(tǒng)關(guān)閉才會退出，所以守護進程不能依賴于終端。

查看守護進程

ps axj

a: 顯示所有?

x：顯示沒有控制終端的進程?

j：顯示與作業(yè)有關(guān)的信息(顯示的列)：會話期ID(SID)，進程組ID(PGID)，控制終端(TT)，終端進程組ID(TRGID)

? 所有的守護進程都是以超級用戶啟動的(UID為0)；

? 沒有控制終端(TTY為？)；

? 終端進程組ID為-1(TPGID表示終端進程組ID，該值表示與控制終端相關(guān)的前臺進程組，如果未和任何終端相關(guān)，其值為-1；

? 所有的守護進程的父進程：

歷史上，Linux 的啟動一直采用init進程；下面的命令用來啟動服務(wù)。

這種方法有兩個缺點：
1.?啟動時間長。init進程是串行啟動，只有前一個進程啟動完，才會啟動下一個進程。
2.?啟動腳本復(fù)雜。init進程只是執(zhí)行啟動腳本，不管其他事情。腳本需要自己處理各種情況，
這往往使得腳本變得很長。

Systemd?

就是為了解決這些問題而誕生的。它的設(shè)計目標(biāo)是，為系統(tǒng)的啟動和管理提供一套完整的解決方案。

根據(jù) Linux 慣例，字母d是守護進程(daemon)的縮寫。Systemd 這個名字的含義，就是它要守護整個系統(tǒng)。

進程組、會話、控制終端

? 進程組

shell里的每個進程都屬于一個進程組，創(chuàng)建進程組的目的是用于簡化向組內(nèi)所有進程發(fā)送信號的操作，即如果一個信號是發(fā)給一個進程組，則這個組內(nèi)的所有進程都會受到該信號【方便管理】。

? PGID進程組ID

進程組內(nèi)的所有進程都有相同的PGID，等于該組組長的PID。(進程組組長：進程組中有一個進程擔(dān)當(dāng)組長。進程組ID(PGID)等于進程組組長的進程ID。已知一個進程，要得到該進程所屬的進程組ID可以調(diào)用getpgrp。一個進程可以通過另一個系統(tǒng)調(diào)用setpgrp來加入一個已經(jīng)存在的進程組或者創(chuàng)建一個新的進程組。

如果內(nèi)核支持_POSIX_JOB_CONTROL(該宏被定義)則內(nèi)核會為Shell 上的每一條命令行(可能由多個命令通過管道等連接)創(chuàng)建一個進程組。從這點上看，進程組不是進程的概念，而是shell上才有，所以在task_struct里并沒有存儲進程組id之類的變量。

進程組的生命周期到組中最后一個進程終止或其加入其他進程組(離開本進程組)為止。

會話

一般一個用戶登錄后新建一個會話，每個會話也有一個ID來標(biāo)識(SID)。登錄后的第一個進程叫做會話領(lǐng)頭進程(session leader)，通常是一個shell/bash。對于會話領(lǐng)頭進程，其PID=SID。

控制終端

一個會話一般會擁有一個控制終端用于執(zhí)行IO操作。會話的領(lǐng)頭進程打開一個終端之后, 該終端就成為該會話的控制終端。與控制終端建立連接的會話領(lǐng)頭進程也稱為控制進程 (controlling process) 。一個會話只能有一個控制終端。

前臺進程組

該進程組中的進程能夠向終端設(shè)備進行讀、寫操作的進程組。例如登陸shell(例如bash)通過調(diào)用int tcsetpgrp(int fd, pid_t pgrp); 函數(shù)設(shè)置為某個進程組pgrp關(guān)聯(lián)終端設(shè)備fd，該函數(shù)執(zhí)行成功后，該進程組pgrp成為前臺進程組。

后臺進程組

該進程組中的進程只能夠向終端設(shè)備寫。

終端進程組ID

每個進程還有一個屬性，終端進程組ID(TPGID)，用來標(biāo)識一個進程是否處于一個和終端相關(guān)的進程組中。前臺進程組中的進程的TPGID=PGID，后臺進程組的PGID≠TPGID。若該進程和任何終端無關(guān)，其值為-1。通過比較他們來判斷一個進程是屬于前臺進程組，還是后臺進程組。

進程組、對話期和控制終端關(guān)系

進程組、對話期和控制終端關(guān)系

每個會話有且只有一個前臺進程組，但會有0個或者多個后臺進程組。

產(chǎn)生在控制終端上的輸入(Input)和信號(Signal)將發(fā)送給會話的前臺進程組中的所有進程。對于輸出(Output)來說，則是在前臺和后臺共享的，即前臺和后臺的打印輸出都會顯示在屏幕上。

終端上的連接斷開時 (比如網(wǎng)絡(luò)斷開或 Modem 斷開), 掛起信號將發(fā)送到控制進程(controlling process) 。

一個用戶登錄后創(chuàng)建一個會話。一個會話中只存在一個前臺進程組，但可以存在多個后臺進程組。第一次登陸后第一個創(chuàng)建的進程是shell，也就是會話的領(lǐng)頭進程，該領(lǐng)頭進程缺省處于一個前臺進程組中并打開一個控制終端可以進行數(shù)據(jù)的讀寫。當(dāng)在shell里運行一行命令后(不帶&)創(chuàng)建一個新的進程組，命令行中如果有多個命令會創(chuàng)建多個進程，這些進程都處于該新建進程組中，shell將該新建的進程組設(shè)置為前臺進程組并將自己暫時設(shè)置為后臺進程組。

舉例

打開第一個終端執(zhí)行命令：

ping?127.0.0.1?-aq?|?grep?icmp?&??//?通過管道將兩個命令串接起來ping?–q不顯示timeout信息，將其設(shè)置到后臺并running

在第一個終端繼續(xù)執(zhí)行命令，在前臺再新建一個進程組。【注意沒有&】

ping?127.0.0.1?-aq?|?grep?icmp?//在前臺再新建一個進程組，

開啟第二個終端并運行

?ps?axj?|?grep?pts/0??????即過濾只看pts/0里的會話

?PPID???PID??PGID???SID?TTY??????TPGID?STAT???UID???TIME?COMMAND
?2109??2111??2111??2111?pts/0?????2538?Ss????1000???0:01?bash
?2111??2503??2503??2111?pts/0?????2538?S?????1000???0:00?ping?127.0.0.1?-aq
?2111??2504??2503??2111?pts/0?????2538?S?????1000???0:00?grep?--color=auto?icmp
?2111??2538??2538??2111?pts/0?????2538?S+????1000???0:00?ping?127.0.0.2?-aq
?2111??2539??2538??2111?pts/0?????2538?S+????1000???0:00?grep?--color=auto?timeo

? SID都是2111，說明大家都在一個Session里?

? 有三個進程組PGID 2111，2503和2538。我們可以看到用|連起來的ping和grep是在一個進程組里的。

? 2538這個進程組是一個前臺的進程組，因為其PGID==TGPID， 2503這個進程組是一個后臺進程組

在第一個終端中執(zhí)行Ctrl+C

在第二個終端里繼續(xù)ps axj | grep pts/0

?PPID???PID??PGID???SID?TTY??????TPGID?STAT???UID???TIME?COMMAND
?2109??2111??2111??2111?pts/0?????2111?Ss+???1000???0:01?bash
?2111??2503??2503??2111?pts/0?????2111?S?????1000???0:00?ping?127.0.0.1?-aq
?2111??2504??2503??2111?pts/0?????2111?S?????1000???0:00?grep?--color=auto?icmp

? 2538那個前臺進程組的所有進程都消失了，說明信號會發(fā)給前臺進程組的所有進程

?? 2111，即bash所在的那個進程組成為了前臺進程組。

守護進程創(chuàng)建流程

守護進程創(chuàng)建流程如下：

1.?創(chuàng)建子進程，父進程退出?
2.?在子進程中創(chuàng)建新會話?
3.?改變當(dāng)前目錄為根目錄?
4.?重設(shè)文件權(quán)限掩碼?
5.?關(guān)閉文件描述符?

1.創(chuàng)建子進程，父進程退出

由于守護進程是脫離控制終端的，因此，完成第一步后就會在shell終端里造成一程序已經(jīng)運行完畢的假象。之后的所有后續(xù)工作都在子進程中完成，而用戶在shell終端里則可以執(zhí)行其他的命令，從而在形式上做到了與控制終端的脫離。

由于父進程已經(jīng)先于子進程退出，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(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一個孤兒進程，就會自動由1號進程收養(yǎng)。原先的子進程就會變成init進程的子進程。

2. 在子進程中創(chuàng)建新會話

setsid()函數(shù)的作用。一個進程調(diào)用setsid()函數(shù)后，會發(fā)生如下事件：

??首先內(nèi)核會創(chuàng)建一個新的會話，并讓該進程成為該會話的leader進程，
??同時伴隨該session的建立，一個新的進程組也會被創(chuàng)建，同時該進程成為該進程組的組長。
??該進程此時還沒有和任何控制終端關(guān)聯(lián)。若需要則要另外調(diào)用tcsetpgrp，前面講前臺進程組時介紹過。

調(diào)用setsid()有以下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。

那么，在創(chuàng)建守護進程時為什么要調(diào)用setsid()函數(shù)呢？

讀者可以回憶一下創(chuàng)建守護進程的第一步，在那里調(diào)用了fork()函數(shù)來創(chuàng)建子進程再令父進程退出。由于在調(diào)用fork()函數(shù)時，子進程全盤復(fù)制了父進程的會話期、進程組和控制終端等，雖然父進程退出了，但原先的會話期、進程組和控制終端等并沒有改變，因此，還不是真正意義上的獨立。而setsid()函數(shù)能夠使進程完全獨立出來，從而脫離所有其他進程和終端的控制。

詳細(xì)見man 2 setsid。

3.改變當(dāng)前目錄為根目

這一步也是必要的步驟。使用fork()創(chuàng)建的子進程繼承了父進程的當(dāng)前工作目錄。

由于在進程運行過程中，當(dāng)前目錄所在的文件系統(tǒng)(如“/mnt/usb”等)是不能卸載的，這對以后的使用會造成諸多的麻煩(如系統(tǒng)由于某種原因要進入單用戶模式)。

因此，通常的做法是讓“/”作為守護進程的當(dāng)前工作目錄，這樣就可以避免上述問題。當(dāng)然，如有特殊需要，也可以把當(dāng)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(shù)是chdir()。

4. 重設(shè)文件權(quán)限掩碼

文件權(quán)限掩碼是指屏蔽掉文件權(quán)限中的對應(yīng)位。

例如，有一個文件權(quán)限掩碼是050，它就屏蔽了文件組擁有者的可讀與可執(zhí)行權(quán)限。由于使用fork()函數(shù)新建的子進程繼承了父進程的文件權(quán)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(quán)限掩碼設(shè)置為0，可以大大增強該守護進程的靈活性。設(shè)置文件權(quán)限掩碼的函數(shù)是umask()。在這里，通常的使用方法為umask(0)。即賦予最大的能力。

5. 關(guān)閉文件描述符

同文件權(quán)限掩碼一樣，用fork()函數(shù)新建的子進程會從父進程那里繼承一些已經(jīng)打開的文件。這些被打開的文件可能永遠(yuǎn)不會被守護進程讀或?qū)?#xff0c;但它們一樣消耗系統(tǒng)資源，而且可能導(dǎo)致所在的文件系統(tǒng)無法被卸載。

在上面的第(2)步之后，守護進程已經(jīng)與所屬的控制終端失去了聯(lián)系，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(guī)方法(如printf())輸出的字符也不可能在終端上顯示出來。

所以，文件描述符為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(jīng)失去了存在的價值，也應(yīng)被關(guān)閉。

代碼實現(xiàn)

/*
?關(guān)注一口Linux
*/
#include??
#include??
#include??
#include?
#include?
#include??
#include?
#include?

int?main(){
?pid_t?pid;
?int?i,?fd;
?char?*buf?=?"This?is?a?Daemon\n";

?pid?=?fork();
?if?(pid?0)?{
??printf("Error?fork\n");
??exit(1);
?}?
?
?/*?第一步,父進程退出?*/
?if?(pid?>?0)?{
??exit(0);?
?}
?/*?第二步?*/
?setsid();
?/*?第三步?*/??
?chdir("/");??
?/*?第四步?*/
?umask(0);
?/*?第五步?*/??
?for(i?=?0;?i??{
??close(i);
?}
?
?/*?這時創(chuàng)建完守護進程，以下開始正式進入守護進程實際工作
??*?注意：由于此時守護進程完全脫離了控制終端，因此，不能像其他普通進程
??*?一樣通過printf或者perror將錯誤信息輸出到控制終端，一種通用的辦
??*?法是使用syslog服務(wù)，將程序中的出錯信息輸入到系統(tǒng)日志文件中。
??*?本程序著重演示創(chuàng)建守護進程的步驟，暫不演示syslog。
??*/
?while(1)?{
??if?((fd?=?open("/tmp/daemon.log",?
????O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,?0600))?0)?{
???exit(1);
??}
??write(fd,?buf,?strlen(buf)?+?1);
??close(fd);
??sleep(10);
?}
?
?exit(0);
}

執(zhí)行結(jié)果由上圖可見：? 守護進程./run 的UID為0；? 沒有控制終端(TTY為？)；? 終端進程組ID為-1；? 守護進程的父進程為1516，即systemd。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的得到进程id_搞懂进程组、会话、控制终端关系，才能明白守护进程干嘛的？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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