Linux守護(hù)進(jìn)程

電子設(shè)計(jì)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(wèn)號(hào)（?），這表示該進(jìn)程沒(méi)有控制終端，通常意味著它是一個(gè)守護(hù)進(jìn)程。同時(shí)，COMMAND 一欄中用中括號(hào)（[]）括起來(lái)的進(jìn)程表示內(nèi)核線(xiàn)程。

這些線(xiàn)程是在內(nèi)核空間中創(chuàng)建的，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的用戶(hù)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(kāi)頭，表示它們是內(nèi)核線(xiàn)程（Kernel）。
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編寫(xiě)守護(hù)進(jìn)程的步驟
編寫(xiě)守護(hù)進(jìn)程通常包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟，以確保其能夠在后臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行，并完成預(yù)定的任務(wù)。

1、創(chuàng)建子進(jìn)程并終止父進(jìn)程
使用 fork() 創(chuàng)建子進(jìn)程后，父進(jìn)程應(yīng)調(diào)用 exit() 終止自身。這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了以下幾點(diǎn)：

如果守護(hù)進(jìn)程是通過(guò)簡(jiǎn)單的 shell 命令啟動(dòng)，父進(jìn)程的退出將使 shell 認(rèn)為命令已執(zhí)行完畢。

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

2、子進(jìn)程調(diào)用 setsid() 創(chuàng)建會(huì)話(huà)
在子進(jìn)程中調(diào)用 setsid() 是關(guān)鍵步驟。這將：

創(chuàng)建一個(gè)新的會(huì)話(huà)，子進(jìn)程成為新會(huì)話(huà)的首領(lǐng)。

創(chuàng)建新的進(jìn)程組，子進(jìn)程成為組長(zhǎng)。

擺脫原有會(huì)話(huà)、進(jìn)程組和控制終端的控制，實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立。
盡管子進(jìn)程在 fork() 時(shí)繼承了父進(jìn)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(jìn)程會(huì)繼承父進(jìn)程的當(dāng)前工作目錄，而該目錄可能會(huì)導(dǎo)致文件系統(tǒng)無(wú)法卸載。通常，守護(hù)進(jìn)程會(huì)將工作目錄更改為根目錄（/），以避免這種問(wèn)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(rèn)權(quán)限。由于子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的 umask，建議將其設(shè)置為 0，以確保子進(jìn)程擁有最大權(quán)限，增強(qiáng)守護(hù)進(jìn)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(jìn)程會(huì)繼承父進(jìn)程打開(kāi)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(hù)進(jìn)程不再持有任何繼承自父進(jìn)程的描述符，從而減少資源浪費(fèi)。

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

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

資源監(jiān)控功能：守護(hù)進(jìn)程每隔 30 秒獲取系統(tǒng)的 CPU、內(nèi)存和磁盤(pán)使用信息，并將其寫(xiě)入 /var/log/resource_monitor.log。

定時(shí)清理功能：每隔 10 分鐘，清理 /tmp 目錄下的所有文件。

信號(hào)處理功能：守護(hù)進(jìn)程能夠捕獲 SIGTERM 信號(hào)，安全退出，并能夠處理 SIGHUP 信號(hào)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(lái)獲取 CPU 和內(nèi)存信息。

使用 df 命令獲取磁盤(pán)使用情況。

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

定時(shí)清理任務(wù)：

每隔 10 分鐘調(diào)用一個(gè)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(hào)處理：

捕獲 SIGTERM 信號(hào)，干凈地終止守護(hù)進(jìn)程并進(jìn)行資源釋放。

捕獲 SIGHUP 信號(hào)，重新加載配置文件（如改變?nèi)罩疚募穆窂剑?font class="jammer">6 v8 s7 _) X6 h1 I2 C$ @- J% x5 l

2.2、守護(hù)進(jìn)程代碼結(jié)構(gòu)

daemonize()：負(fù)責(zé)將進(jìn)程變?yōu)槭刈o(hù)進(jìn)程的常規(guī)步驟。

monitor_resources()：負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)資源并將其寫(xiě)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(hào)。

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

2.3、代碼實(shí)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(xún)時(shí)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(hù)進(jìn)程初始化函數(shù)void daemonize() { pid_t pid;
// 1. 創(chuàng)建子進(jìn)程并終止父進(jìn)程 pid = fork(); if (pid 0) exit(EXIT_FAILURE); if (pid > 0) exit(EXIT_SUCCESS);  // 父進(jìn)程退出
// 2. 創(chuàng)建新的會(huì)話(huà) if (setsid() 0) exit(EXIT_FAILURE);
// 3. 忽略 SIGCHLD 信號(hào) signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
// 4. 再次 fork，防止守護(hù)進(jìn)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(cuò)誤到 /dev/null open("/dev/null", O_RDONLY); open("/dev/null", O_WRONLY); open("/dev/null", O_WRONLY);
// 打開(kāi)系統(tǒng)日志 openlog("resource_daemon", LOG_PID, LOG_DAEMON);}
// 捕獲信號(hào)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(shí)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(pán)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(shí)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(kāi)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(hào)處理 signal(SIGTERM, handle_signal);  // 用于進(jìn)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(hù)進(jìn)程初始化 (daemonize)：

將進(jìn)程變?yōu)槭刈o(hù)進(jìn)程，使用了雙 fork() 技術(shù)，確保進(jìn)程在后臺(tái)運(yùn)行并與終端脫離關(guān)系。

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

信號(hào)處理 (handle_signal)：

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

SIGTERM 信號(hào)用于干凈地終止守護(hù)進(jìn)程。

SIGHUP 信號(hào)用于重新加載配置文件，這里模擬了重新打開(kāi)日志文件的過(guò)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(pán)使用狀態(tài)。

每次監(jiān)控結(jié)果都記錄到日志文件中。

定時(shí)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(hù)進(jìn)程每 30 秒調(diào)用監(jiān)控和清理函數(shù)，保持持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。

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編譯和運(yùn)行守護(hù)進(jìn)程
將上述代碼保存為 resource_monitor.c，使用以下命令進(jìn)行編譯和運(yùn)行：

gcc resource_monitor.c -o resource_monitorsudo ./resource_monitor
注意，守護(hù)進(jìn)程需要寫(xiě)入 /var/log/resource_monitor.log 文件，因此需要使用 sudo 權(quán)限運(yùn)行。
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檢查守護(hù)進(jìn)程
查看日志文件內(nèi)容：

cat /var/log/resource_monitor.log
查看守護(hù)進(jìn)程狀態(tài)：

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

kill

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