Linux--setsid() 與進程組、會話、守護進程

本文轉載自查看原文 2013-10-09 20:30 4220 linux_C

建立新會話：setsid()函數---

守護進程（Daemon）是運行在后台的一種特殊進程。它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。守護進程是一種很有用的進程。 Linux的大多數服務器就是用守護進程實現的。比如，Internet服務器inetd，Web服務器httpd等。同時，守護進程完成許多系統任務。比如，作業規划進程crond，打印進程lpd等。

守護進程的編程本身並不復雜，復雜的是各種版本的Unix的實現機制不盡相同，造成不同 Unix環境下守護進程的編程規則並不一致。需要注意，照搬某些書上的規則（特別是BSD4.3和低版本的System V）到Linux會出現錯誤的。下面將給出Linux下守護進程的編程要點和詳細實例。

一．守護進程及其特性

守護進程最重要的特性是后台運行。在這一點上DOS下的常駐內存程序TSR與之相似。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文件描述符，控制終端，會話和進程組，工作目錄以及文件創建掩模等。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。最后，守護進程的啟動方式有其特殊之處。它可以在Linux系統啟動時從啟動腳本/etc/rc.d中啟動，可以由作業規划進程crond啟動，還可以由用戶終端（通常是 shell）執行。

總之，除開這些特殊性以外，守護進程與普通進程基本上沒有什么區別。因此，編寫守護進程實際上是把一個普通進程按照上述的守護進程的特性改造成為守護進程。如果對進程有比較深入的認識就更容易理解和編程了。

二．守護進程的編程要點

前面講過，不同Unix環境下守護進程的編程規則並不一致。所幸的是守護進程的編程原則其實都一樣，區別在於具體的實現細節不同。這個原則就是要滿足守護進程的特性。同時，Linux是基於Syetem V的SVR4並遵循Posix標准，實現起來與BSD4相比更方便。編程要點如下；

1. 在后台運行。

為避免掛起控制終端將Daemon放入后台執行。方法是在進程中調用fork使父進程終止，讓Daemon在子進程中后台執行（保證不是該會話組長進程）。

if(pid=fork())exit(0); //是父進程，結束父進程，子進程繼續

2. 脫離控制終端，登錄會話和進程組

有必要先介紹一下Linux中的進程與控制終端，登錄會話和進程組之間的關系：進程屬於一個進程組，進程組號（GID）就是進程組長的進程號（PID）。登錄會話可以包含多個進程組。這些進程組共享一個控制終端。這個控制終端通常是創建進程的登錄終端。控制終端，登錄會話和進程組通常是從父進程繼承下來的。我們的目的就是要擺脫它們，使之不受它們的影響。方法是在第1點的基礎上，調用setsid()使進程成為新會話的會話組長：

setsid();

說明：當進程是會話組長時setsid()調用失敗。但第一點已經保證進程不是會話組長。setsid()調用成功后，進程成為新的會話組長和新的進程組長，並與原來的登錄會話和進程組脫離。由於會話過程對控制終端的獨占性，進程同時與控制終端脫離。

3. 禁止進程重新打開控制終端

現在，進程已經成為無終端的會話組長。但它可以重新申請打開一個控制終端。可以通過使進程不再成為會話組長來禁止進程重新打開控制終端：

if(pid=fork()) exit(0); //結束第一子進程，第二子進程繼續（第二子進程不再是會話組長）

4. 關閉打開的文件描述符

進程從創建它的父進程那里繼承了打開的文件描述符。如不關閉，將會浪費系統資源，造成進程所在的文件系統無法卸下以及引起無法預料的錯誤。按如下方法關閉它們：

for(i=0;i<xxx;i++) 關閉打開的文件描述符close(i);

5. 改變當前工作目錄

進程活動時，其工作目錄所在的文件系統不能卸下。一般需要將工作目錄改變到根目錄。對於需要轉儲核心，寫運行日志的進程將工作目錄改變到特定目錄如 /tmp,chdir("/")

6. 重設文件創建掩模

進程從創建它的父進程那里繼承了文件創建掩模。它可能修改守護進程所創建的文件的存取位。為防止這一點，將文件創建掩模清除：umask(0);

7. 處理SIGCHLD信號

處理SIGCHLD信號並不是必須的。但對於某些進程，特別是服務器進程往往在請求到來時生成子進程處理請求。如果父進程不等待子進程結束，子進程將成為僵屍進程（zombie）從而占用系統資源。如果父進程等待子進程結束，將增加父進程的負擔，影響服務器進程的並發性能。在Linux下可以簡單地將 SIGCHLD信號的操作設為SIG_IGN。

signal(SIGCHLD,SIG_IGN);

這樣，內核在子進程結束時不會產生僵屍進程。這一點與BSD4不同，BSD4下必須顯式等待子進程結束才能釋放僵屍進程。

三．守護進程實例

守護進程實例包括兩部分：主程序test.c和初始化程序init.c。主程序每隔一分鍾向/tmp目錄中的日志test.log報告運行狀態。初始化程序中的init_daemon函數負責生成守護進程。讀者可以利用init_daemon函數生成自己的守護進程。

1． init.c清單

 1 #include < unistd.h >
 2 
 3 #include < signal.h >
 4 
 5 #include < sys/param.h >
 6 
 7 #include < sys/types.h >
 8 
 9 #include < sys/stat.h >
10 
11 void init_daemon(void)
12 
13 {
14 
15  int pid;
16 
17  int i;
18 
19  if(pid=fork())
20 
21   exit(0);//是父進程，結束父進程,擺脫會話組長身份。
22 
23  else if(pid< 0)
24 
25   exit(1);//fork失敗，退出
26 
27  //是第一子進程，后台繼續執行
28 
29  setsid();
30 
31  //第一子進程成為新的會話組長和進程組長
32 
33  //並與控制終 端分離
34 
35  if(pid=fork())
36 
37   exit(0);//是第一子進程，結束第一子進程
38 
39  else if(pid< 0)
40 
41   exit(1);//fork失敗，退出
42 
43  //是第二子進程，繼續
44 
45  //第二子進程不再是會話組長，也就不會請求打開控制終端。
46 
47  for(i=0;i< NOFILE;++i)
48 
49   //關閉打開的文件描述符
50 
51   close(i);
52 
53   chdir("/tmp"); //改變工作目錄到/tmp
54 
55   umask(0);//重設 文件創建掩模
56 
57   return;
58 
59  }

2． test.c清單

 1 #include < stdio.h >
 2 
 3 #include < time.h >
 4 
 5 void init_daemon(void);//守護進程初始化函數
 6 
 7 main()
 8 
 9 {
10 
11  FILE *fp;time_t t;
12 
13  init_daemon();//初始化為Daemon
14 
15  while(1)//每隔一分鍾向test.log報告運行狀態
16 
17  {
18 
19    sleep(60);//睡 眠一分鍾
20 
21    if((fp=fopen("test.log","a")) >=0)
22 
23    {t=time(0);
24 
25     fprintf(fp,"Im here at %sn",asctime(localtime(&t)) );
26 
27     fclose(fp);}
28 
29    }
30 
31 }

以上程序在RedHat Linux6.0下編譯通過。步驟如下：

編譯：gcc -g -o test init.c test.c

執行：./test

查看進程：ps -ef

從輸出可以發現test守護進程的各種特性滿足上面的要求。

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轉自：http://www.cnblogs.com/forstudy/archive/2012/04/03/2427683.html

進程組

　　一個或多個進程的集合

　　進程組ID: 正整數

　　兩個函數

　　getpgid(0)=getpgrp()

eg：顯示子進程與父進程的進程組id

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <unistd.h>
 4 
 5 int main() {
 6     pid_t pid;
 7 
 8     if ((pid=fork())<0) {
 9         printf("fork error!");
10     }else if (pid==0) {
11         printf("The child process PID is %d.\n",getpid());
12         printf("The Group ID is %d.\n",getpgrp());
13         printf("The Group ID is %d.\n",getpgid(0));
14         printf("The Group ID is %d.\n",getpgid(getpid()));
15         exit(0);
16     }
17 
18     sleep(3);
19     printf("The parent process PID is %d.\n",getpid());
20     printf("The Group ID is %d.\n",getpgrp());
21 
22     return 0;
23 }

進程組id = 父進程id，即父進程為組長進程

組長進程

　　組長進程標識: 其進程組ID==其進程ID

　　組長進程可以創建一個進程組，創建該進程組中的進程，然后終止

　　只要進程組中有一個進程存在，進程組就存在，與組長進程是否終止無關

　　進程組生存期: 進程組創建到最后一個進程離開(終止或轉移到另一個進程組)

一個進程可以為 自己或子進程設置進程組ID

　　setpgid()加入一個現有的進程組或創建一個新進程組

eg：父進程改變自身和子進程的組id

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <unistd.h>
 4 
 5 int main() {
 6     pid_t pid;
 7 
 8     if ((pid=fork())<0) {
 9         printf("fork error!");
10         exit(1);
11     }else if (pid==0) {
12         printf("The child process PID is %d.\n",getpid());
13         printf("The Group ID of child is %d.\n",getpgid(0)); // 返回組id
14         sleep(5);
15         printf("The Group ID of child is changed to %d.\n",getpgid(0));
16         exit(0);
17     }
18 
19     sleep(1);
20     setpgid(pid,pid); // 改變子進程的組id為子進程本身
21     
22     sleep(5);
23     printf("The parent process PID is %d.\n",getpid());
24     printf("The parent of parent process PID is %d.\n",getppid());
25     printf("The Group ID of parent is %d.\n",getpgid(0));
26     setpgid(getpid(),getppid()); // 改變父進程的組id為父進程的父進程
27     printf("The Group ID of parent is changed to %d.\n",getpgid(0));
28 
29     return 0;
30 }

會話: 一個或多個進程組的集合

　　開始於用戶登錄

　　終止與用戶退出

　　此期間所有進程都屬於這個會話期

建立新會話：setsid()函數

　　該調用進程是組長進程，則出錯返回

　　　　先調用fork, 父進程終止，子進程調用

　　該調用進程不是組長進程，則創建一個新會話

　　　　•該進程變成新會話首進程(session header)

　　　　•該進程成為一個新進程組的組長進程。

　　　　•該進程沒有控制終端，如果之前有，則會被中斷

組長進程不能成為新會話首進程，新會話首進程必定會成為組長進程...

會話ID:會話首進程的進程組ID

獲取會話ID: getsid()函數

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <unistd.h>
 4 
 5 int main() {
 6     pid_t pid;
 7 
 8     if ((pid=fork())<0) {
 9         printf("fork error!");
10         exit(1);
11     }else if (pid==0) {
12         printf("The child process PID is %d.\n",getpid());
13         printf("The Group ID of child is %d.\n",getpgid(0));
14         printf("The Session ID of child is %d.\n",getsid(0));
15         sleep(10);
16         setsid(); // 子進程非組長進程，故其成為新會話首進程，且成為組長進程。該進程組id即為會話進程
17         printf("Changed:\n");
18         printf("The child process PID is %d.\n",getpid());
19         printf("The Group ID of child is %d.\n",getpgid(0));
20         printf("The Session ID of child is %d.\n",getsid(0));
21         sleep(20);
22         exit(0);
23     }
24 
25     return 0;
26 }

在子進程中調用setsid()后，子進程成為新會話首進程，且成為一個組長進程，其進程組id等於會話id

守護進程

　　Linux大多數服務都是通過守護進程實現的，完成許多系統任務

　　0: 調度進程，稱為交換進程(swapper),內核一部分，系統進程

　　1: init進程, 內核調用，負責內核啟動后啟動Linux系統

　　沒有終端限制

　　讓某個進程不因為用戶、終端或者其他的變化而受到影響，那么就必須把這個進程變成一個守護進程

守護進程編程步驟

　　1. 創建子進程，父進程退出

　　　　• 所有工作在子進程中進行

　　　　• 形式上脫離了控制終端

　　2. 在子進程中創建新會話

　　　　• setsid()函數

　　　　• 使子進程完全獨立出來，脫離控制

　　　　• chdir()函數

　　　　• 防止占用可卸載的文件系統

　　　　• 也可以換成其它路徑

　　4. 重設文件權限掩碼

　　　　• umask()函數

　　　　• 防止繼承的文件創建屏蔽字拒絕某些權限

　　　　• 增加守護進程靈活性

　　5. 關閉文件描述符

　　　　• 繼承的打開文件不會用到，浪費系統資源，無法卸載

　　　　• getdtablesize()

　　　　• 返回所在進程的文件描述符表的項數，即該進程打開的文 件數目

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <string.h>
 4 #include <unistd.h>
 5 #include <sys/wait.h>
 6 #include <sys/types.h>
 7 #include <fcntl.h>
 8 
 9 int main() {
10     pid_t pid;
11     int i,fd;
12     char *buf="This is a daemon program.\n";
13 
14     if ((pid=fork())<0) {
15         printf("fork error!");
16         exit(1);
17     }else if (pid>0)  // fork且退出父進程
18         exit(0);
19     
20     setsid();    // 在子進程中創建新會話。
21     chdir("/");  // 設置工作目錄為根
22     umask(0);    // 設置權限掩碼
23     for(i=0;i<getdtablesize();i++)  //getdtablesize返回子進程文件描述符表的項數
24         close(i);                // 關閉這些不將用到的文件描述符
25 
26     while(1) {// 死循環表征它將一直運行
27 // 以讀寫方式打開"/tmp/daemon.log"，返回的文件描述符賦給fd
28         if ((fd=open("/tmp/daemon.log",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600))<0) {
29             printf("Open file error!\n");
30             exit(1);
31         }
32         // 將buf寫到fd中
33         write(fd,buf,strlen(buf)+1);
34         close(fd);
35         sleep(10);
36         printf("Never output!\n");
37     }
38 
39     return 0;
40 }

因為stdout被關掉了，所以“Never ouput!”不會輸出。

查看/tmp/daemon.log，說明該程序一直在運行

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