如何写一个Linux精灵进程
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发布时间：2022-04-24 10:43
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时间：2023-10-10 11:11
1.引言：什么是一个精灵进程
一个精灵进程（或服务）是一个后台进程，它被设计用来自己运行，并且很少或没有用户的干预。Apache服务器http精灵进程（httpd）就是精灵进程的一个例子，它在后台中等待，监听特定的端口，根据请求的类型提供页面或处理脚本。
在Linux中创建一个精灵进程使用了一个有序的规则集。知道它们如何工作，将会帮助你理解精灵进程不但可以在Linux 用户态中的工作，也会和内核调用一起运行。事实上，一些精灵进程和内核模块的接口，会和硬件设备一起工作，例如全局控制板，打印机以及PDA。它们是Linux的基本构建组件之一，这使得Linux有着难以置信的灵活性和力量。
通过这篇文档，将会使用C语言构建一个非常简单的精灵进程。我们将会一步一步的向里面添加代码，展示了设置和运行一个daemon的合适的顺序。
2.开始
首先，你需要使用下面的两个软件安装在你的Linux机器上，来开发精灵进程：
（1）GCC 3.2.2 或者更高的版本
（2）Linux 开发头文件和库
如果你的系统还没有安装这两个软件，那么你将会需要安装它们来开发这个文档中的例子。检测你的GCC的版本，可以使用命令：
[plain] view plain copy
gcc --version
3.计划你的精灵进程
3.1 精灵进程都干了写什么
一个精灵进程应该做一件事情，并且把它做好。这个事情可能会像管理多个域名上的成百个发件箱一样复杂，或者像写一个报告并且调用发送邮件程序将报告发送出去一样简单。
无论如何，关于这个精灵进程做什么，你都应该有一个好的计划。如果它要和其他进程协作（这些进程可能写了或者还没有写），那么也需要考虑其他的进程。
3.2 如何交流
精灵进程绝不应该通过一个终端和用户交流。事实上，一个精灵进程完全不应该和一个用户直接交流。所有的交流都应该通过一些接口（你可能写了或者没有写），它可能会像GTK+GUI一样复杂，也可能像信号集一样简单。
4.基本的精灵进程结构
当一个精灵进程启动之后，它必须做一些底层次的工作，让它自己准备好来做它真正的工作。这包括了下面几个步骤：
[cpp] view plain copy
（1）创建子进程，退出父进程
（2）改变文件的掩码
（3）打开日志文件，以便向里面写入执行信息
（4）创建唯一的会话ID（SID）
（5）改变当前的工作路径到一个安全的地方
（6）关闭标准文件描述符
（7）编写实际的精灵进程代码
4.1 创建子进程
一个精灵进程可以通过由系统自己启动，或者由用户通过终端或者脚本启动。当它启动后，这个进程就像系统中的其它可执行文件一样。为了让它真正的有自主权，必须创建一个子进程，这个子进程用来执行实际的代码。我们使用fork来创建子进程：
[cpp] view plain copy
pid_t pid;
/* Fork off the parent process */
pid = fork();
if (pid < 0) {
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* If we got a good PID, then
we can exit the parent process. */
if (pid > 0) {
exit(EXIT_SUCCESS);
}
注意在调用fork函数之后要立即进行出错检查，当写一个精灵进程的时候，你需要使你的代码尽可能的健壮。事实上，一个精灵进程的代码中相当多的部分就是出错检查。fork函数或者返回子进程的ID（大于0），或者出错返回-1。如果进程不能fork一个子进程，那么精灵进程应该就在这里结束。
如果fork成功的话，父进程必须结束。这对那些没有见过的人来说可能有些奇怪，但是通过fork，子进程从这里继续执行。
4.2 改变文件掩码
为了写那些被精灵进程创建的文件（包括日志文件），文件掩码必须改变来保证它们能够被正确的写或者读。这和在命令行运行umask命令有些相似。但是我们在这里使用编程的方式修改。我们可以使用umask()函数来完成这些：
[cpp] view plain copy
pid_t pid, sid;
/* Fork off the parent process */
pid = fork();
if (pid < 0) {
/* Log failure (use syslog if possible) */
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* If we got a good PID, then
we can exit the parent process. */
if (pid > 0) {
exit(EXIT_SUCCESS);
}
/* Change the file mode mask */
umask(0);
通过设置umask为0，我们将会对精灵进程产生的文件有足够的权限。尽管你可能不需要使用任何文件，在这里设置umask是一个不错的注意，就是为了防止你可能会访问文件系统中的文件。
4.3 打开日志文件
这部分是可选的，但是推荐你打开一个系统中的日志文件来写日志信息。这可能是你可以查看你的精灵进程调试信息的唯一的一个地方。
4.4 创建一个唯一的会话期ID
从这里开始，子进程必须从内核得到一个唯一的SID来进行运作。否则，子进程在系统中，将会成为一个孤儿进程。
[cpp] view plain copy
pid_t pid, sid;
/* Fork off the parent process */
pid = fork();
if (pid < 0) {
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* If we got a good PID, then
we can exit the parent process. */
if (pid > 0) {
exit(EXIT_SUCCESS);
}
/* Change the file mode mask */
umask(0);
/* Open any logs here */
/* Create a new SID for the child process */
sid = setsid();
if (sid < 0) {
/* Log any failure */
exit(EXIT_FAILURE);
}
setsid函数和fork函数的返回类型相同，我们可以使用同样的出错检查。
4.5 改变工作路径
当前的工作路径应该改变到一个总是存在的地方。因为许多Linux发行版本并没有完全遵守Linux文件系统结构标准，唯一的一个确定目录就是根目录，我们可以使用chdir函数：
[cpp] view plain copy
pid_t pid, sid;
/* Fork off the parent process */
pid = fork();
if (pid < 0) {
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* If we got a good PID, then
we can exit the parent process. */
if (pid > 0) {
exit(EXIT_SUCCESS);
}
/* Change the file mode mask */
umask(0);
/* Open any logs here */
/* Create a new SID for the child process */
sid = setsid();
if (sid < 0) {/* Log any failure here */
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* Change the current working directory */
if ((chdir("/")) < 0) {
/* Log any failure here */
exit(EXIT_FAILURE);
}
再一次的，你可以看到检测出错的代码。chdir函数在失败时会返回-1，所以一定要在改变目录后进行检查。
4.6 关闭文件描述符
设置精灵进程的最后一步是关闭标准的文件描述符（STDOUT，STDIN，STDERR），因为一个金陵进程必须不能使用终端，这些文件描述符就是多余的，并且是一个潜在的危险。close函数可以处理这些：
[cpp] view plain copy
pid_t pid, sid;
/* Fork off the parent process */
pid = fork();
if (pid < 0) {
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* If we got a good PID, then
we can exit the parent process. */
if (pid > 0) {
exit(EXIT_SUCCESS);
}
/* Change the file mode mask */
umask(0);
/* Open any logs here */
/* Create a new SID for the child process */
sid = setsid();
if (sid < 0) {
/* Log any failure here */
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* Change the current working directory */
if ((chdir("/")) < 0) {
/* Log any failure here */
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* Close out the standard file descriptors */
close(STDIN_FILENO);
close(STDOUT_FILENO);
close(STDERR_FILENO);
把常数文件描述符和定义的文件描述符结合起来是一个好主意，这就使得程序能够在不同的系统版本之间具有良好的可移植性。
5.编写精灵进程代码
5.1 初始化
到了这一步，你一经向Linux系统说明这个程序就是一个精灵进程，所以现在就是开始编写Linux精灵进程的代码了。初始化是第一步，因为这里可能会调用大量不同的函数，来设置你的精灵进程的任务，我将不会太过深入：
5.2 大循环
一个精灵进程的主要代码实在一个无限循环之中，从技术上说，它不是一个无限循环，但是它的结构如下：
[cpp] view plain copy
pid_t pid, sid;
/* Fork off the parent process */
pid = fork();
if (pid < 0) {
exit(EXIT_FAILURE);}
/* If we got a good PID, then
we can exit the parent process. */
if (pid > 0) {
exit(EXIT_SUCCESS);
}
/* Change the file mode mask */
umask(0);
/* Open any logs here */
/* Create a new SID for the child process */
sid = setsid();
if (sid < 0) {
/* Log any failures here */
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* Change the current working directory */
if ((chdir("/")) < 0) {
/* Log any failures here */
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* Close out the standard file descriptors */
close(STDIN_FILENO);
close(STDOUT_FILENO);
close(STDERR_FILENO);
/* Daemon-specific initialization goes here */
/* The Big Loop */
while (1) {
/* Do some task here ... */
sleep(30); /* wait 30 seconds */
}
这个典型的循环使用了while语句，带有一个无限循环的条件，在它的内部调用sleep函数使得它以一定的时间间隔来运行。
可以把它想象成为心跳一样：当你的心在跳动时，它就执行了一些工作，然后就等待下一次跳动。许多的精灵进程都遵从了相同的方法。
6.一个完整的程序
下面列出了一个完整的精灵程序示例代码，它展示了设置和执行必须的所有步骤。可以使用gcc编译，在命令行终端模式下运行。要终止的话，可以在找到它的pid之后使用kill命令。
我也包括了操作系统日志文件的头文件，推荐（至少）应该记录程序开始，停止，暂停，死亡等日志记录，此外使用fopen,fwrite,fclose来写你自己的日志文件。
[cpp] view plain copy
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <syslog.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
pid_t pid,sid;
/*fork*/
pid = fork();
if(pid<0)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
else if(pid>0)
{
exit(EXIT_SUCCESS);
}
/*change the file mode mask*/
umask(0);
/*open logs here*/
/*create new SID for the child process*/
sid = setsid();
if(sid<0)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
/*change the current working directory*/
if(chdir("/")<0)
{
exit(EXIT_FAILURE);
}
/*close the file standard file descriptors*/
close(STDIN_FILENO);
close(STDOUT_FILENO);
close(STDERR_FILENO);
/*deamon-specific initialization here*/
/*the big loop*/
while(1)
{
/*do some task here*/
sleep(30); //wait 30 seconds
}
exit(EXIT_SUCCESS);
return 0;
}
