Linux守護進程

電子設(shè)計聯(lián)盟 · 發(fā)表于 2024-11-25 08:03:00

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在命令輸出中，如果 TTY 一欄顯示為問號（?），這表示該進程沒有控制終端，通常意味著它是一個守護進程。同時，COMMAND 一欄中用中括號（[]）括起來的進程表示內(nèi)核線程。

這些線程是在內(nèi)核空間中創(chuàng)建的，沒有對應(yīng)的用戶空間代碼，因此不具備程序文件名和命令行信息，通常以字母 k 開頭，表示它們是內(nèi)核線程（Kernel）。
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編寫守護進程的步驟
編寫守護進程通常包括以下幾個關(guān)鍵步驟，以確保其能夠在后臺獨立運行，并完成預(yù)定的任務(wù)。

1、創(chuàng)建子進程并終止父進程
使用 fork() 創(chuàng)建子進程后，父進程應(yīng)調(diào)用 exit() 終止自身。這一過程實現(xiàn)了以下幾點：

如果守護進程是通過簡單的 shell 命令啟動，父進程的退出將使 shell 認為命令已執(zhí)行完畢。

子進程繼承了父進程的進程組 ID，但它有自己獨立的進程 ID，確保子進程不是進程組的組長，為后續(xù)調(diào)用 setsid() 準(zhǔn)備條件。

2、子進程調(diào)用 setsid() 創(chuàng)建會話
在子進程中調(diào)用 setsid() 是關(guān)鍵步驟。這將：

創(chuàng)建一個新的會話，子進程成為新會話的首領(lǐng)。

創(chuàng)建新的進程組，子進程成為組長。

擺脫原有會話、進程組和控制終端的控制，實現(xiàn)完全獨立。
盡管子進程在 fork() 時繼承了父進程的控制權(quán)，但 setsid() 能確保其完全脫離。

3、更改工作目錄為根目錄
子進程會繼承父進程的當(dāng)前工作目錄，而該目錄可能會導(dǎo)致文件系統(tǒng)無法卸載。通常，守護進程會將工作目錄更改為根目錄（/），以避免這種問題。也可以根據(jù)需要選擇其他目錄。

4、重設(shè)文件權(quán)限掩碼（umask）
文件權(quán)限掩碼 umask 控制新建文件的默認權(quán)限。由于子進程繼承了父進程的 umask，建議將其設(shè)置為 0，以確保子進程擁有最大權(quán)限，增強守護進程的靈活性。設(shè)置 umask 的方法是調(diào)用 umask(0)。

5、關(guān)閉不再需要的文件描述符
子進程會繼承父進程打開的所有文件描述符，這可能導(dǎo)致不必要的資源消耗。應(yīng)關(guān)閉不再需要的文件描述符，以確保守護進程不再持有任何繼承自父進程的描述符，從而減少資源浪費。

6、將文件描述符 0、1、2 定位到 /dev/null
守護進程的標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯誤通常會重定向到 /dev/null，這樣守護進程的輸出就不會顯示在任何地方，同時也不會試圖從交互式用戶那里接收輸入。

7、其他處理：忽略 SIGCHLD 信號
處理 SIGCHLD 信號不是絕對必要的，但對于某些并發(fā)服務(wù)器進程尤其重要。通過將 SIGCHLD 信號的處理方式設(shè)置為 SIG_IGN，可以避免僵尸進程的產(chǎn)生。這樣，當(dāng)子進程結(jié)束時，內(nèi)核將其交給 init 進程處理，減少了父進程的負擔(dān)，從而提高了服務(wù)器的并發(fā)性能。
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守護進程的使用和案例設(shè)計
為了深入理解如何創(chuàng)建和使用守護進程，我們將創(chuàng)建一個多功能的守護進程，具備以下功能：

資源監(jiān)控功能：守護進程每隔 30 秒獲取系統(tǒng)的 CPU、內(nèi)存和磁盤使用信息，并將其寫入 /var/log/resource_monitor.log。

定時清理功能：每隔 10 分鐘，清理 /tmp 目錄下的所有文件。

信號處理功能：守護進程能夠捕獲 SIGTERM 信號，安全退出，并能夠處理 SIGHUP 信號重新加載配置文件。

2.1、案例功能分析
系統(tǒng)資源監(jiān)控：

使用系統(tǒng)命令 stat 和 vmstat 來獲取 CPU 和內(nèi)存信息。

使用 df 命令獲取磁盤使用情況。

每次獲取的信息都寫入 /var/log/resource_monitor.log，便于運維人員檢查系統(tǒng)的健康狀態(tài)。

定時清理任務(wù)：

每隔 10 分鐘調(diào)用一個函數(shù)清理 /tmp 目錄下的文件。

使用系統(tǒng)函數(shù) unlink() 刪除文件。

信號處理：

捕獲 SIGTERM 信號，干凈地終止守護進程并進行資源釋放。

捕獲 SIGHUP 信號，重新加載配置文件（如改變?nèi)罩疚募穆窂剑?br />
2.2、守護進程代碼結(jié)構(gòu)

daemonize()：負責(zé)將進程變?yōu)槭刈o進程的常規(guī)步驟。

monitor_resources()：負責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)資源并將其寫入日志。

cleanup_tmp()：每隔 10 分鐘清理一次 /tmp 目錄中的文件。

handle_signal()：處理 SIGTERM 和 SIGHUP 信號。

reload_config()：當(dāng)捕獲 SIGHUP 時，重新加載配置文件。

2.3、代碼實現(xiàn)

#define LOG_FILE "/var/log/resource_monitor.log"#define CONFIG_FILE "/etc/daemon_config.conf"#define TMP_DIR "/tmp"
// 定義輪詢時間#define MONITOR_INTERVAL 30  // 資源監(jiān)控間隔 30 秒#define CLEANUP_INTERVAL 600 // 清理間隔 10 分鐘
int keep_running = 1;FILE *log_fp = NULL;
// 守護進程初始化函數(shù)void daemonize() { pid_t pid;
// 1. 創(chuàng)建子進程并終止父進程 pid = fork(); if (pid 0) exit(EXIT_FAILURE); if (pid > 0) exit(EXIT_SUCCESS);  // 父進程退出
// 2. 創(chuàng)建新的會話 if (setsid() 0) exit(EXIT_FAILURE);
// 3. 忽略 SIGCHLD 信號 signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
// 4. 再次 fork，防止守護進程重新獲得終端 pid = fork(); if (pid 0) exit(EXIT_FAILURE); if (pid > 0) exit(EXIT_SUCCESS);
// 5. 更改工作目錄到根目錄 chdir("/");
// 6. 重設(shè)文件權(quán)限掩碼 umask(0);
// 7. 關(guān)閉不再需要的文件描述符 close(STDIN_FILENO); close(STDOUT_FILENO); close(STDERR_FILENO);
// 8. 重定向標(biāo)準(zhǔn)輸入、輸出、錯誤到 /dev/null open("/dev/null", O_RDONLY); open("/dev/null", O_WRONLY); open("/dev/null", O_WRONLY);
// 打開系統(tǒng)日志 openlog("resource_daemon", LOG_PID, LOG_DAEMON);}
// 捕獲信號的處理函數(shù)void handle_signal(int signal) { switch (signal) {       case SIGHUP:          syslog(LOG_INFO, "Reloading configuration file...");          // 重新加載配置文件          if (log_fp) {             fclose(log_fp);          }          log_fp = fopen(LOG_FILE, "a");          if (log_fp == NULL) {             syslog(LOG_ERR, "Failed to open log file");             exit(EXIT_FAILURE);          }          break;       case SIGTERM:          syslog(LOG_INFO, "Daemon is shutting down...");          if (log_fp) {             fclose(log_fp);          }          closelog();          keep_running = 0;  // 設(shè)置標(biāo)志位，結(jié)束主循環(huán)          break; }}
// 資源監(jiān)控功能void monitor_resources() { FILE *fp; char buffer[128];
// 記錄當(dāng)前時間 time_t now = time(NULL); fprintf(log_fp, "Timestamp: %s", ctime(&now));
// 記錄 CPU 和內(nèi)存使用情況 fp = popen("vmstat 1 2 | tail -1", "r"); if (fp != NULL) {       fgets(buffer, sizeof(buffer) - 1, fp);       fprintf(log_fp, "CPU/Memory Usage: %s
", buffer);       pclose(fp); }
// 記錄磁盤使用情況 fp = popen("df -h /", "r"); if (fp != NULL) {       while (fgets(buffer, sizeof(buffer) - 1, fp) != NULL) {          fprintf(log_fp, "Disk Usage: %s", buffer);       }       pclose(fp); }
fflush(log_fp);  // 確保日志刷新到文件}
// 定時清理 /tmp 目錄void cleanup_tmp() { DIR *dir; struct dirent *entry; char file_path[256];
dir = opendir(TMP_DIR); if (dir == NULL) {       syslog(LOG_ERR, "Failed to open /tmp directory");       return; }
while ((entry = readdir(dir)) != NULL) {       if (entry->d_type == DT_REG) {  // 只刪除常規(guī)文件          snprintf(file_path, sizeof(file_path), "%s/%s", TMP_DIR, entry->d_name);          if (unlink(file_path) == 0) {             syslog(LOG_INFO, "Deleted file: %s", file_path);          } else {             syslog(LOG_ERR, "Failed to delete file: %s", file_path);          }       } }
closedir(dir);}
int main() { daemonize();
// 打開日志文件 log_fp = fopen(LOG_FILE, "a"); if (log_fp == NULL) {       syslog(LOG_ERR, "Failed to open log file");       exit(EXIT_FAILURE); }
// 捕獲信號處理 signal(SIGTERM, handle_signal);  // 用于進程關(guān)閉 signal(SIGHUP, handle_signal); // 用于重新加載配置
time_t last_cleanup = time(NULL);
// 主循環(huán) while (keep_running) {       monitor_resources();  // 監(jiān)控系統(tǒng)資源
      // 檢查是否需要清理 tmp 目錄       if (difftime(time(NULL), last_cleanup) >= CLEANUP_INTERVAL) {          cleanup_tmp();          last_cleanup = time(NULL);       }
      // 等待 30 秒后繼續(xù)       sleep(MONITOR_INTERVAL); }
// 清理資源并退出 if (log_fp) {       fclose(log_fp); } closelog();
return 0;}
2.4、代碼詳解
守護進程初始化 (daemonize)：

將進程變?yōu)槭刈o進程，使用了雙 fork() 技術(shù)，確保進程在后臺運行并與終端脫離關(guān)系。

使用 syslog 系統(tǒng)日志服務(wù)記錄進程啟動、關(guān)閉等信息。

信號處理 (handle_signal)：

通過 signal() 函數(shù)捕獲 SIGTERM 和 SIGHUP 信號。

SIGTERM 信號用于干凈地終止守護進程。

SIGHUP 信號用于重新加載配置文件，這里模擬了重新打開日志文件的過程。

資源監(jiān)控 (monitor_resources)：

使用 vmstat 命令監(jiān)控 CPU 和內(nèi)存使用情況，df 命令獲取磁盤使用狀態(tài)。

每次監(jiān)控結(jié)果都記錄到日志文件中。

定時清理 (cleanup_tmp)：

每隔 10 分鐘清理 /tmp 目錄下的文件。

僅刪除常規(guī)文件，忽略目錄等。

主循環(huán)：

守護進程每 30 秒調(diào)用監(jiān)控和清理函數(shù)，保持持續(xù)運行狀態(tài)。

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編譯和運行守護進程
將上述代碼保存為 resource_monitor.c，使用以下命令進行編譯和運行：

gcc resource_monitor.c -o resource_monitorsudo ./resource_monitor
注意，守護進程需要寫入 /var/log/resource_monitor.log 文件，因此需要使用 sudo 權(quán)限運行。
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檢查守護進程
查看日志文件內(nèi)容：

cat /var/log/resource_monitor.log
查看守護進程狀態(tài)：

ps -ef | grep resource_monitor
可以使用 kill 命令根據(jù)守護進程的 PID 將其終止：

kill

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