linux守護程序詳解及建立，daemon()使用

阿新 • • 發佈：2019-02-06

Linux Daemon（守護程序）是執行在後臺的一種特殊程序。它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。它不需要使用者輸入就能執行而且提供某種服務，不是對整個系統就是對某個使用者程式提供服務。Linux系統的大多數伺服器就是通過守護程序實現的。常見的守護程序包括系統日誌程序syslogd、 web伺服器httpd、郵件伺服器sendmail和資料庫伺服器mysqld等。

守護程序一般在系統啟動時開始執行，除非強行終止，否則直到系統關機都保持執行。守護程序經常以超級使用者（root）許可權執行，因為它們要使用特殊的埠（1-1024）或訪問某些特殊的資源。

一個守護程序的父程序是init程序，因為它真正的父程序在fork出子程序後就先於子程序exit退出了，所以它是一個由init繼承的孤兒程序。守護程序是非互動式程式，沒有控制終端，所以任何輸出，無論是向標準輸出裝置stdout還是標準出錯裝置stderr的輸出都需要特殊處理。

守護程序的名稱通常以d結尾，比如sshd、xinetd、crond等

二，建立守護程序步驟

首先我們要了解一些基本概念：

程序組：

每個程序也屬於一個程序組
每個程序主都有一個程序組號，該號等於該程序組組長的PID號 .
一個程序只能為它自己或子程序設定程序組ID號

會話期：

會話期(session)是一個或多個程序組的集合。

setsid()函式可以建立一個對話期：

如果，呼叫setsid的程序不是一個程序組的組長，此函式建立一個新的會話期。

(1)此程序變成該對話期的首程序

(2)此程序變成一個新程序組的組長程序。

(3)此程序沒有控制終端，如果在呼叫setsid前，該程序有控制終端，那麼與該終端的聯絡被解除。如果該程序是一個程序組的組長，此函式返回錯誤。

(4)為了保證這一點，我們先呼叫fork()然後exit()，此時只有子程序在執行

現在我們來給出建立守護程序所需步驟：

編寫守護程序的一般步驟步驟：

（1）在父程序中執行fork並exit推出；

（2）在子程序中呼叫setsid函式建立新的會話；

（3）在子程序中呼叫chdir函式，讓根目錄 ”/” 成為子程序的工作目錄；

（4）在子程序中呼叫umask函式，設定程序的umask為0；

（5）在子程序中關閉任何不需要的檔案描述符

說明：

1. 在後臺執行。
為避免掛起控制終端將Daemon放入後臺執行。方法是在程序中呼叫fork使父程序終止，讓Daemon在子程序中後臺執行。
if(pid=fork())
exit(0);//是父程序，結束父程序，子程序繼續
2. 脫離控制終端，登入會話和程序組

有必要先介紹一下Linux中的程序與控制終端，登入會話和程序組之間的關係：程序屬於一個程序組，程序組號（GID）就是程序組長的程序號（PID）。登入會話可以包含多個程序組。這些程序組共享一個控制終端。這個控制終端通常是建立程序的登入終端。
控制終端，登入會話和程序組通常是從父程序繼承下來的。我們的目的就是要擺脫它們，使之不受它們的影響。方法是在第1點的基礎上，呼叫setsid()使程序成為會話組長：
setsid();
說明：當程序是會話組長時setsid()呼叫失敗。但第一點已經保證程序不是會話組長。setsid()呼叫成功後，程序成為新的會話組長和新的程序組長，並與原來的登入會話和程序組脫離。由於會話過程對控制終端的獨佔性，程序同時與控制終端脫離。
3. 禁止程序重新開啟控制終端
現在，程序已經成為無終端的會話組長。但它可以重新申請開啟一個控制終端。可以通過使程序不再成為會話組長來禁止程序重新開啟控制終端：
if(pid=fork())
exit(0);//結束第一子程序，第二子程序繼續（第二子程序不再是會話組長）
4. 關閉開啟的檔案描述符
程序從建立它的父程序那裡繼承了開啟的檔案描述符。如不關閉，將會浪費系統資源，造成程序所在的檔案系統無法卸下以及引起無法預料的錯誤。按如下方法關閉它們：
for(i=0;i 關閉開啟的檔案描述符close(i);>
5. 改變當前工作目錄
程序活動時，其工作目錄所在的檔案系統不能卸下。一般需要將工作目錄改變到根目錄。對於需要轉儲核心，寫執行日誌的程序將工作目錄改變到特定目錄如/tmpchdir("/")
6. 重設檔案建立掩模
程序從建立它的父程序那裡繼承了檔案建立掩模。它可能修改守護程序所建立的檔案的存取位。為防止這一點，將檔案建立掩模清除：umask(0);
7. 處理SIGCHLD訊號
處理SIGCHLD訊號並不是必須的。但對於某些程序，特別是伺服器程序往往在請求到來時生成子程序處理請求。如果父程序不等待子程序結束，子程序將成為殭屍程序（zombie）從而佔用系統資源。如果父程序等待子程序結束，將增加父程序的負擔，影響伺服器程序的併發效能。在Linux下可以簡單地將SIGCHLD訊號的操作設為SIG_IGN。
signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
這樣，核心在子程序結束時不會產生殭屍程序。這一點與BSD4不同，BSD4下必須顯式等待子程序結束才能釋放殭屍程序。

三，建立守護程序

在建立之前我們先了解setsid()使用：

#include <unistd.h>

pid_t setsid(void);

DESCRIPTION
       setsid() creates a new session if the calling process is not a process
       group leader. The calling process is the leader of the new session,
       the process group leader of the new process group, and has no control-
       ling tty. The process group ID and session ID of the calling process
       are set to the PID of the calling process. The calling process will be
       the only process in this new process group and in this new session.

//呼叫程序必須是非當前程序組組長，呼叫後，產生一個新的會話期，且該會話期中只有一個程序組，且該程序組組長為呼叫程序，沒有控制終端，新產生的group ID 和 session ID 被設定成呼叫程序的PID

RETURN VALUE
       On success, the (new) session ID of the calling process is returned.
       On error, (pid_t) -1 is returned, and errno is set to indicate the
       error.

現在根據上述步驟建立一個守護程序：

以下程式是建立一個守護程序，然後利用這個守護程序每個一分鐘向daemon.log檔案中寫入當前時間

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

#define ERR_EXIT(m) \
do\
{\
    perror(m);\
    exit(EXIT_FAILURE);\
}\
while (0);\

void creat_daemon(void);
int main(void)
{
    time_t t;
    int fd;
    creat_daemon();
    while(1){
        fd = open("daemon.log",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0644);
        if(fd == -1)
            ERR_EXIT("open error");
        t = time(0);
        char *buf = asctime(localtime(&t));
        write(fd,buf,strlen(buf));
        close(fd);
        sleep(60);
            
    }
    return 0;
}
void creat_daemon(void)
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if( pid == -1)
        ERR_EXIT("fork error");
    if(pid > 0 )
        exit(EXIT_SUCCESS);
    if(setsid() == -1)
        ERR_EXIT("SETSID ERROR");
    chdir("/");
    int i;
    for( i = 0; i < 3; ++i)
    {
        close(i);
        open("/dev/null", O_RDWR);
        dup(0);
        dup(0);
    }
    umask(0);
    return;
}

結果：

結果顯示：當我一普通使用者執行a.out時，程序表中並沒有出現新建立的守護程序，但當我以root使用者執行時，成功了，並在/目錄下建立了daemon.log檔案，cat檢視後確實每個一分鐘寫入一次。為什麼只能root執行，那是因為當我們建立守護程序時，已經將當前目錄切換我/目錄，所以當我之後建立daemon.log檔案是其實是在/目錄下，那肯定不行，因為普通使用者沒有許可權，或許你會問那為啥沒報錯呢？其實是有出錯，只不過我們在建立守護程序時已經將標準輸入關閉並重定向到/dev/null，所以看不到錯誤資訊。

四，利用庫函式daemon()建立守護程序

其實我們完全可以利用daemon()函式建立守護程序，其函式原型：

#include <unistd.h>

int daemon(int nochdir, int noclose);

DESCRIPTION
The daemon() function is for programs wishing to detach themselves from
the controlling terminal and run in the background as system daemons.

If nochdir is zero, daemon() changes the process’s current working
directory to the root directory ("/"); otherwise,

       If noclose is zero, daemon() redirects standard input, standard output
       and standard error to /dev/null; otherwise, no changes are made to
       these file descriptors.

功能：建立一個守護程序

引數：

nochdir：=0將當前目錄更改至“/”

noclose：=0將標準輸入、標準輸出、標準錯誤重定向至“/dev/null”

返回值：

成功：0

失敗：-1

現在我們利用daemon()改寫剛才那個程式：

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

#define ERR_EXIT(m) \
do\
{\
    perror(m);\
    exit(EXIT_FAILURE);\
}\
while (0);\

void creat_daemon(void);
int main(void)
{
    time_t t;
    int fd;
    if(daemon(0,0) == -1)
        ERR_EXIT("daemon error");
    while(1){
        fd = open("daemon.log",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0644);
        if(fd == -1)
            ERR_EXIT("open error");
        t = time(0);
        char *buf = asctime(localtime(&t));
        write(fd,buf,strlen(buf));
        close(fd);
        sleep(60);
            
    }
    return 0;
}

當daemon(0,0)時：

結果同剛才一樣，也是隻有root才能成功，普通使用者執行時看不到錯誤資訊

現在讓daemon(0,1)，就是不關閉標準輸入輸出結果：

可以看到錯誤資訊

現在讓daemon(1,0),就是不重定向，結果如下：

這次普通使用者執行成功了，以為沒有切換到/目錄下，有許可權

其實我們可以利用我們剛才寫的建立守護程序程式預設daemon()實現：

程式碼如下：

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

#define ERR_EXIT(m) \
do\
{\
    perror(m);\
    exit(EXIT_FAILURE);\
}\
while (0);\

void creat_daemon(int nochdir, int noclose);
int main(void)
{
    time_t t;
    int fd;
    creat_daemon(0,0);
    while(1){
        fd = open("daemon.log",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0644);
        if(fd == -1)
            ERR_EXIT("open error");
        t = time(0);
        char *buf = asctime(localtime(&t));
        write(fd,buf,strlen(buf));
        close(fd);
        sleep(60);
            
    }
    return 0;
}
void creat_daemon(int nochdir, int noclose)
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if( pid == -1)
        ERR_EXIT("fork error");
    if(pid > 0 )
        exit(EXIT_SUCCESS);
    if(setsid() == -1)
        ERR_EXIT("SETSID ERROR");
    if(nochdir == 0)
        chdir("/");
    if(noclose == 0){
            int i;
    for( i = 0; i < 3; ++i)
    {
        close(i);
        open("/dev/null", O_RDWR);
        dup(0);
        dup(0);
    }

    umask(0);
    return;
}

linux守護程序詳解及建立，daemon()使用

二，建立守護程序步驟

三，建立守護程序

四，利用庫函式daemon()建立守護程序

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