Linux進程學習總結—孤兒進程和守護進程

 轉載自http://blog.csdn.net/tigerjb/article/details/6007073

通過前面的學習我們瞭解了如何通過fork()函數和vfork()函數來建立一個進程。現在 我們繼續深入來學習兩個特殊的進程：孤兒進程和守護進程

一.孤兒進程
1.什麼是 孤兒進程
如果一個子進程的父進程先於子進程 結束， 子進程就成為一個孤兒進程，它由 init 進程收養，成為 init 進程的子進程。

2.那麼如何讓一個進程變為一個孤兒進程呢？
我們可以先建立一個進程，然後殺死其父進程，則其就變成了孤兒進程。
pid =  fork();
if(pid > 0) {
                 exit(0);
}
3. 函數執行個體：
1 #include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3 #include<sys/types.h>
4 #include<stdlib.h>
5
6 int main()
7 {
8 pid_t pid;
9 pid = fork();
10 if(!pid){
11 while(1){
12 printf("A background process,PID:%d/n,ParentID:%d/n" ,getpid(),getppid());

13 sleep(3);
14
15 }
16 }
17 else if(pid > 0){
18 printf("I am parent process,my pid is %d/n",getpid() );

19 exit(0);
20 }
21 else {
22 printf("Process creation failed!/n");
23 }
24 return 0;
25
26 }
程式運行結果
I am parent process,my pid is 2026

A background process,PID:2027
,ParentID:2026
think@ubuntu:~/work/process_thread/fork2$ A background process,PID:2027

,ParentID:1
A background process,PID:2027
,ParentID:1
A background process,PID:2027
,ParentID:1
A background process,PID:2027
,ParentID:1
A background process,PID:2027
,ParentID:1
A background process,PID:2027
,ParentID:1
Tiger-John說明：

通過以上方法，就可以實現把一個進程變為孤兒進程 。 當要結束一個孤兒進程時只能在終端輸入命令： kill  2027(kill 孤兒進程號）來結束其運行。

二守護進程
１ . 什麼是守護進程呢？
（ daemon) 是指在後台運行，沒有控制終端與之相連的進程。它獨立於控制終端，通常周期性地執行某種任務 。

Ｔiger-John說明：
那麼，守護進程為什麼要脫離後台去運行呢？

守護進程脫離於終端是為了避免進程在執行過程中的資訊在任何終端上顯示並且進程也不會被任何終端所產生的終端資訊所打斷

２. 為什麼要引入守護進程：
由於在 Linux 中，每一個系統與使用者進行交流的介面稱為終端，每一個從此終端開始啟動並執行進程都會依附於這個終端，這個終端就稱為這些進程的控制終端，當控制終端被關閉時，相應的進程都會自動關閉。但是守護進程卻能夠突破這種限制，它從被執行開始運轉，直到整個系統關閉時才退出。如果想讓某個進程不因為使用者或終端或其他地變化而受到影響，那麼就必須把這個進程變成一個守護進程。

３ .守護進程的特性
1>守護進程最重要的特性是後台運行 。
2>其次，守護進程必須與其運行前的環境隔離開來。這些環境包括未關閉的檔案描述符，控制終端，會話和進程組，工作目錄以及檔案建立掩模等。這些環境通常是守護進程從執行它的父進程（特別是 shell ）中繼承下來的。

3>最後，守護進程的啟動方式有其特殊之處。它可以在 Linux 系統啟動時從啟動指令碼 /etc/rc.d 中啟動，可以由作業規划進程 crond 啟動，還可以由使用者終端（通常是 shell ）執行。

4. 守護進程的啟動方式有多種：
a. 它可以在 Linux 系統啟動時從啟動指令碼 /etc/rc.d 中啟動
b. 可以由作業規划進程 crond 啟動；
c. 還可以由使用者終端（通常是 shell ）執行。
Tiger-John 總結：

　守護進程是 Linux 中的後台服務進程。它是一個生存期較長的進程，通常獨立於控制終端並且周期性地執行某種任務或等待處理某些發生的事件。守護進程常常在系統引導裝入時啟動，在系統關閉時終止。 Linux 系統有很多守護進程，大多數服務都是通過守護進程實現的，同時，守護進程還能完成許多系統任務，例如，作業規划進程 crond 、列印進程 lqd 等（這裡的結尾字母 d 就是 Daemon 的意思）。
5. 如何編寫守護進程呢
第一步：建立子進程，父進程退出
１>. 由於守護進程是脫離控制終端的，因此，完成第一步後就會在 Shell 終端裡造成一程式已經運行完畢的假象。之後的所有工作都在子進程中完成，而使用者在 Shell 終端裡則可以執行其他命令，從而在形式上做到了與控制終端的脫離。
2> 在 Linux 中父進程先於子進程退出會造成子進程成為孤兒進程，而每當系統發現一個孤兒進程時就會由 1 號進程（ init) 收養它。

方法是調用 fork 產生一個子進程，然後使得父進程退出
pid = fork();
if( 0 == pid)
exit(0); // 如果是父進程，就結束父進程，子進程結束。
第二步：在子進程中建立新會話：
這個步驟是建立守護進程中最重要的一步，使用系統函數 setsid
Tiger-John 補充：
幾個相關概念
a. 進程組：是一個或多個進程的集合。進程組有進程組 ID 來唯一標識。除了進程號（ PID ）之外，進程組 ID （ GID) 也是一個進程的必備屬性。每個進程組都有一個組長進程，其組長進程的進程號等於進程組 ID 。且該進程組 ID 不會因組長進程的退出而受到影響。

b. 會話周期：會話期是一個或多個進程組的集合。通常，一個會話開始與使用者登入，終止於使用者退出，在此期間該使用者啟動並執行所用進程都屬於這個會話期。

c. 登入工作階段可以包含多個進程組。這些進程組共用一個控制終端。這個控制終端通常是建立進程的登入終端。

Tiger-John 說明：
為什麼要涉及它們呢？
因為控制終端，登入工作階段和進程組通常是從父進程繼承下來的。我們就是要擺脫它們，使之不受它們的影響。

那麼如何去實現呢，此時我們在第一步的基礎上可以調用 setsid （）函數。
1>setsid 函數用於建立一個新的會話，並擔任該交談群組的組長。調用 setsid 有下面的 3 個作用：

讓進程擺脫原會話的控制
讓進程擺脫原進程組的控制
讓進程擺脫原進程組的控制
讓進程擺脫原控制終端的控制
2>. 在建立守護進程時為什麼要調用 setsid 函數呢？
由於建立守護進程的第一步調用了 fork 函數來建立子進程，再將父進程退出。由於在調用了 fork 函數時，子進程全盤拷貝了父進程的會話期，進程組，控制終端等，雖然父進程退出了，但會話期，進程組，控制終端等並沒有改變，因此，還不是真正意義上的獨立開來，而 setsid 函數能夠使進程完全獨立出來，從而擺脫其他進程的控制。

Tiger-John 說明：

a. 當進程組是交談群組長時 setsid() 調用失敗。但是通過第一步已經保證了進程不是交談群組長。

b.setsid( ）調用成功後，進程成為新的交談群組長和新的進程組長，並於原來的登入工作階段和進程組脫離。由於會話過程對控制終端的獨佔性，進程同時與控制終端脫離。

c. 此時我們還要禁止進程重新開啟控制終端
進程雖然已經成為無終端的交談群組長。但它可以重新申請開啟一個控制終端。可以通過使進程不再成為交談群組長來禁止進程重新開啟控制終端：

那麼如何?呢？
我們可以再次建立一個子進程，退出父進程，保證該進程不是進程組長，同時讓該進程無法再開啟一個新的終端

pid = fork() ;
exit(0) ；
第三步：改變目前的目錄為根目錄
1>使用 fork 建立的子進程繼承了父進程的當前工作目錄。由於在進程運行中，目前的目錄所在的檔案系統是不能卸載的，這對以後的使用會造成很多的不便。因此，我們一般是讓” /” 作為守護進程的當前工作目錄，這樣就可以避免上述的問題。如果有特殊需要，也可以把當前工作目錄換成其他的路徑。

2>改變工作目錄的常見函數是 chdir().
第四步：重設檔案許可權掩碼
1>檔案許可權掩碼是指屏蔽掉檔案許可權中的對應位。由於使用 fork 函數建立的子進程繼承了父進程的檔案許可權掩碼，這就給子進程使用檔案帶來了很多的麻煩。因此，把檔案許可權掩碼設定為 0 ，可以很大程度上增強該守護進程的靈活性。

2>設定檔案許可權掩碼的函數是 umask. 通常使用的方法是 umask(0).
第五步：關閉檔案描述符
1> 因為用 fork 函數建立的子進程會從父進程那裡繼承一些已經開啟了的檔案。這些被開啟的檔案可能永遠不會被守護進程讀寫，但它們一樣消耗系統資源，而且可能導致所在的檔案系統無法卸下。

2> 在上面的第二步之後，守護進程已經與所屬的控制終端失去了聯絡。因此從終端輸入的字元不可能到達守護進程，守護進程中常規方法（如 printf ）輸出的字元也不可能在終端上顯示出來。所以，檔案描述符為 0 ， 1 和 2 的 3 個檔案（常說的輸入，輸出和報錯）已經失去了意義，也應該關掉。

3>函數執行個體：
for(i=0;i<MAXFILE;i++)
close(i);
第六步：處理 SIGCHLD 訊號
1>處理 SIGCHLD 訊號並不是必須的。但對於某些進程，特別是伺服器處理序往往在請求到來時產生子進程處理請求。如果父進程不等待子進程結束，子進程將成為殭屍進程（ zombie) 從而佔用系統資源。如果父進程等待子進程結束，將增加父進程的負擔，影響服務進程的並發效能。

2>函數實現：
signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
這樣，核心在子進程結束時不會產生殭屍進程。

6具體函數實現：

編寫一個守護進程要包括兩部分：主程式 test.c 和初始化程式 init.c 。

初始化程式中的 init_daemon 函數負責產生守護進程。利用 init_daemon 函數可以產生自己的守護進程。

daemon.c

1 #include<stdio.h>
2 #include<signal.h>
3 #include<sys/param.h>
4 #include<sys/types.h>
5 #include<sys/stat.h>
6 #include<stdlib.h>
7
8 int init_daemon(void)
9 {

10         pid_t pid;
11         int i;

12
13         pid = fork();
14         if(pid > 0){          //第一步，結束父進程，使得子進程成為後台
15                 exit(0);
16         }
17         else if(pid < 0){
18                 return -1;
19         }
20 /＊第二步建立一個新的進程組，在這個新的進程組中，子進程成為這個進程組的首進程，以使該進程脫離所用終端＊／   
21         setsid();
22 /＊再次建立一個子進程，退出父進程，保證該進程不是進程組長，同時讓該進程無法再開啟一個新的終端＊／
 23         pid = fork();
 24         if(pid > 0){
 25                 exit(0);
 26         }
 27         else if(pid < 0){
 28                 return -1;
 29         }
 30 //第三步：關閉所用從父進程繼承的不再需要的檔案描述符
 31         for(i = 0;i < NOFILE;close(i++));
 32 //第四步：改變工作目錄，使得進程不與任何檔案系統聯絡
 33         chdir("/");
 34 //第五步：將檔案檢測字設定為0
 35         umask(0);
 36 //第六步：忽略SIGCHLD訊號
 37         signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
 38         return 0;
 39 }

test.c
 1 #include<stdio.h>
 2 #include<time.h>
 3 #include<syslog.h>
 4 extern int init_daemon(void);
 5
 6 int main()
 7 {
 8         time_t now;
 9         init_daemon();//初始化Daemon
 10         syslog(LOG_USER | LOG_INFO,"測試守護進程！/n");
 11         while(1){
 12                 sleep(8);//睡眠一分鐘
 13                 time(&now);
 14                 syslog(LOG_USER | LOG_INFO,"系統時間：/t%s/t/t/n",ctime(&now    ));
 15                 }
 16 }
 17

程式在 ubuntu ２ .6 版本上進過調試
think@ubuntu:/etc$ gcc -g -o test daemon.c test.c
think@ubuntu:/etc$ ./test
編譯成功後可以用 ps -ef 查看進程狀態，
think@ubuntu:/etc$ ps -ef
UID PID 　 PPID C 　 STIME 　 TTY TIME 　 CMD
think 2995 1 　　 0 　 11:05 　　 ? 00:00:00 　 ./test
從此處可以看出該進程具備守護進程的所用特徵
查看系統日誌
think@ubuntu:~$ cat /var/log/syslog
Nov 13 11:05:37 ubuntu test: 測試守護進程！
Nov 13 11:05:45 ubuntu test: 系統時間： #011Sat Nov 13 11:05:45 2010#012#011#011
Nov 13 11:05:53 ubuntu test: 系統時間： #011Sat Nov 13 11:05:53 2010#012#011#011
Nov 13 11:06:01 ubuntu test: 系統時間： #011Sat Nov 13 11:06:01 2010#012#011#011
Nov 13 11:06:09 ubuntu test: 系統時間： #011Sat Nov 13 11:06:09 2010#012#011#011
Nov 13 11:06:17 ubuntu test: 系統時間： #011Sat Nov 13 11:06:17 2010#012#011#011
Nov 13 11:06:25 ubuntu test: 系統時間： #011Sat Nov 13 11:06:25 2010#012#011