永不休眠：Linux 守护进程的工作原理

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永不休眠：Linux 守护进程的工作原理

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• 前言
• 进程信息字段含义
• • 进程组ID（`PGID`）
  • 会话ID（`SID`）
• 前后台进程
• • 定义
  • • 后台进程的特点
  • 前后台进程的操作
  • • `jobs`显示后台作业
    • `fg`将后台作业带回前台
    • `bg`将后台作业带回前台
• 守护进程
• • 守护进程的特点
  • 编写守护进程

前言

在 Linux 系统中，守护进程（Daemon）是指那些在后台运行的进程，通常不与用户直接交互，而是提供某种服务或者完成系统任务。守护进程通常在系统启动时启动，并在系统运行时持续存在。

进程信息字段含义

进程组ID（PGID）

• PGID（进程组 ID） 表示进程所在的进程组的标识符。在该输出中，所有进程的 PGID 都是 25091，说明这些进程都属于同一个进程组。

• 这个进程组的 leader（进程组长） 是 PID 25091（它的 PGID 值是它自己的 PID），也就是说，这个进程（PID 25091）是该进程组的领导者。该进程组中的其他进程（例如 PID 25092、25093）都是由该进程创建的，它们与进程组共享同一个 PGID。

为什么 PGID 相同?

• 进程组是一个将多个相关进程组织在一起的机制。在这个例子中，sleep 100 进程的多个实例（PID 25091、25092、25093）都属于同一个进程组，它们的 PGID 是相同的。
• 这种设计允许操作系统同时管理多个进程，比如向整个进程组发送信号，进行进程组控制等。

会话ID（SID）

• 在这里面我们创建了三个会话，SID 分别为 22449、22403、25410分别控制着不同的终端（ TTY）

在此会话中我们执行

sleep 100 | sleep 100 | sleep 100

观察进程 sleep 的 SID = 24003：

• 所有显示的 sleep 进程的 SID 都是 24003。这表明所有这些 sleep 进程属于同一个会话，即它们共享相同的会话 ID。
• SID 表示这些进程是同一个会话中的进程，会话中的所有进程都具有相同的 SID。

bash : 会话的领导者：

• 会话的 SID 通常等于会话的 leader（会话领导进程）的 PID。因此，SID = 24003 表明会话中的领导进程的 PID 是 24003。这个进程的 PID 会作为会话的 SID。
• 这些 sleep 进程的 SID 为 24003，表明它们是由 PID = 24003 启动的进程所创建，并且它们共享该会话。

前后台进程

定义

• 前台进程 是那些直接与用户交互并占用当前终端的进程，通常它们会接收用户输入并显示输出。

#include <iostream>
#include <unistd.h>

using namespace std;

int main ()
{
while(1)
{
cout << "hello proc "<<endl;
sleep(1);
}
return 0;
}

• 执行代码在前台进程，执行指令（./文件名）：

• 后台进程 则是在后台运行的进程，它们不直接与用户交互，不占用终端，通常用于执行长时间运行的任务，如守护进程或定时任务。

• 如果在后台进程的执行的指令就是：

./文件名 &

后台进程的特点

• 不占用终端：后台进程不会占用当前的控制终端（即用户的输入输出设备）。当你将一个进程放入后台运行时，终端仍然可以用来执行其他命令。

• 不与用户交互：后台进程不直接与用户交互，因此它不会阻塞终端的使用。例如，你可以在后台运行一个长时间的下载任务，而继续在前台执行其他任务（如编辑文件、查看文件等）。

• 异步执行：后台进程通常是异步执行的，即它们独立于当前正在运行的进程执行，不会干扰前台进程的执行

前后台进程的操作

jobs显示后台作业

• 当前证明有11个任务在同时跑。

fg将后台作业带回前台

fg -进程编号

分析：

• 后台运行程序：执行了 ./a.out &，该命令将程序 a.out 在后台运行，并返回了进程号 [1] 27998，表示后台程序正在运行。
• 查看输出：输入了 hello proc，终端多次显示了这个字符串，可能是 a.out 程序的输出内容。
• 调到前台：使用 fg 1 将后台运行的程序（作业号 1）调到前台，使其开始在前台运行。此时可以看到程序输出持续显示。
• 终止程序：按下 CTRL + C（中断信号），终止了在前台运行的程序。

bg将后台作业带回前台

bg -进程编号

分析：

• ./a.out：执行这个命令来运行已编译的程序 a.out。程序打印了三次 hello proc 到终端。

• ^Z：这是一个键盘快捷键，用来暂停（停止）正在运行的程序。程序被挂起，并显示消息 [1]+ Stopped，表示该进程已暂停。

• bg 1：bg 命令用于将停止的进程（此处为作业号 1）恢复到后台继续运行。这样程序就可以继续执行，而不会占用终端。

• ./a.out &：程序现在在后台运行，输出继续显示 hello proc。

守护进程

守护进程（Daemon）是计算机中在后台运行的一个长期存在的进程，通常在操作系统启动时自动启动，并在系统关闭时停止。它不与用户直接交互，而是负责执行一些后台任务，如定时任务、系统监控、服务提供等。

守护进程的特点

编写守护进程

#pragma once // 防止该头文件被多次包含

#include <iostream> // 引入输入输出流库
#include <unistd.h> // 引入Unix标准函数库（比如fork, setsid等）
#include <string> // 引入C++标准字符串库
#include <signal.h> // 引入信号处理库（signal相关函数）
#include <sys/types.h> // 包含系统数据类型（pid_t等）
#include <sys/stat.h> // 引入文件状态和权限库
#include <fcntl.h> // 引入文件控制库

const std::string nullfile = "/dev/null"; // 定义一个常量 nullfile，表示 Unix 系统中的空设备文件 /dev/null

void daemon(const std::string chdir = "")
{
// 忽略一些常见的信号
signal(SIGCHLD, SIG_IGN); // 忽略子进程结束信号（不需要等待子进程）
signal(SIGPIPE, SIG_IGN); // 忽略管道破裂信号
signal(SIGSTOP, SIG_IGN); // 忽略停止信号（通常用户发送的 Ctrl+Z）

// 将当前进程变为独立会话的领导者
if (fork() > 0)
{
// 父进程退出，子进程继续
exit(1);
}
setsid(); // 创建新的会话，脱离终端，成为会话领导者

// 如果传入了工作目录路径，尝试更改目录权限
if (!chdir.empty())
chmod(chdir.c_str(), 0777); // chmod 需要传递权限值参数，这里假设为 0777

// 打开 /dev/null 设备文件，以只读方式打开
int fd = open(nullfile.c_str(), O_RDONLY);
if (fd > 0)
{
// 将标准输入、输出和错误输出重定向到 /dev/null
dup2(0, fd); // 将标准输入（fd 0）重定向到 /dev/null
dup2(1, fd); // 将标准输出（fd 1）重定向到 /dev/null
dup2(2, fd); // 将标准错误输出（fd 2）重定向到 /dev/null
close(fd); // 关闭文件描述符
}
}

• 忽略异常信号：守护进程通常不会干扰终端信号，因此忽略了与子进程、管道破裂和停止信号相关的信号。
• 脱离终端：通过 fork() 和 setsid() 创建一个新的会话，使得守护进程不再受控制终端影响。
• 修改工作目录：尝试修改工作目录（但代码存在错误，应改为 chdir()）。
• 重定向输入输出：将标准输入、输出和错误输出重定向到 /dev/null，避免进程与终端交互。