Linux下的網(wǎng)絡(luò)編程分為兩部分：服務(wù)器編程和客戶機(jī)編程。一般服務(wù)器程序在接收客戶機(jī)連接請(qǐng)求之前，都要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)守護(hù)進(jìn)程。守護(hù)進(jìn)程是linux/Unix編程中一個(gè)非常重要的概念，因?yàn)樵趧?chuàng)建一個(gè)守護(hù)進(jìn)程的時(shí)候，我們要接觸到子進(jìn)程、進(jìn)程組、會(huì)晤期、信號(hào)機(jī)制以及文件、目錄、控制終端等多個(gè)概念，因此詳細(xì)地討論一下守護(hù)進(jìn)程，對(duì)初學(xué)者學(xué)習(xí)進(jìn)程間關(guān)系是非常有幫助的。
首先看一段將普通進(jìn)程轉(zhuǎn)換為守護(hù)進(jìn)程的代碼：
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/****************************************************************
function: daemonize
description: detach the server process from the current context, creating a pristine, predictable environment in which it will execute.
arguments: servfd file descriptor in use by server.
return value: none.
calls: none.
globals: none.
****************************************************************/
void daemonize (servfd)
int servfd;
{
int childpid, fd, fdtablesize;
/* ignore terminal I/O, stop signals */
signal(SIGTTOU,SIG_IGN);
signal(SIGTTIN,SIG_IGN);
signal(SIGTSTP,SIG_IGN);
/* fork to put us in the background (whether or not the user
specified ''&'' on the command line */
if ((childpid = fork()) < 0) {
fputs("failed to fork first childrn",stderr);
exit(1);
}
else if (childpid > 0)
exit(0); /* terminate parent, continue in child */
/* dissociate from process group */
if (setpgrp(0,getpid())<0) {
fputs("failed to become process group leaderrn",stderr);
exit(1);
}
/* lose controlling terminal */
if ((fd = open("/dev/tty",O_RDWR)) >= 0) {
ioctl(fd,TIOCNOTTY,NULL);
close(fd);
}
/* close any open file descriptors */
for (fd = 0, fdtablesize = getdtablesize(); fd < fdtablesize; fd++)
if (fd != servfd)
close(fd);
/* set working directory to allow filesystems to be unmounted */
chdir("/");
/* clear the inherited umask */
umask(0);
/* setup zombie prevention */
signal(SIGCLD,(Sigfunc *)reap_status);
}
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在linux系統(tǒng)中，如果要將一個(gè)普通進(jìn)程轉(zhuǎn)換為守護(hù)進(jìn)程，需要執(zhí)行的步驟如下：
1、調(diào)用fork（）函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程，然后中止父進(jìn)程，保留子進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。因?yàn)椋?dāng)一個(gè)進(jìn)程是以前臺(tái)進(jìn)程的方式由shell啟動(dòng)時(shí)，如果中止了父進(jìn)程，子進(jìn)程就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為后臺(tái)進(jìn)程。另外，在下一步時(shí)，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的會(huì)晤期，這就要求創(chuàng)建會(huì)晤期的進(jìn)程不是一個(gè)進(jìn)程組的組長(zhǎng)進(jìn)程。當(dāng)父進(jìn)程中止，子進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，就保證了進(jìn)程組的組ID與子進(jìn)程的進(jìn)程ID不會(huì)相等。
fork（）函數(shù)的定義為：
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#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
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fork（）函數(shù)被調(diào)用一次，會(huì)返回兩次值。這兩次返回的值分別是子進(jìn)程的返回值和父進(jìn)程的返回值，子進(jìn)程的返回值為“0”，父進(jìn)程的返回值為子進(jìn)程的進(jìn)程ID。如果出錯(cuò)返回“－1”。
1、保證進(jìn)程不會(huì)獲得任何控制終端。這是為了避免在關(guān)閉某些終端時(shí)會(huì)顯示有程序正在運(yùn)行而無法關(guān)閉的情況。這一步通常的做法是：調(diào)用函數(shù)setsid（）創(chuàng)建一個(gè)新的會(huì)晤期。
setsid（）函數(shù)的定義為：
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#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t setsid(void);
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在第一步里我們已經(jīng)保證了調(diào)用此函數(shù)的進(jìn)程不是進(jìn)程組的組長(zhǎng)，那么調(diào)用此函數(shù)將創(chuàng)建一個(gè)新的會(huì)晤。其結(jié)果是：首先，此進(jìn)程編程該會(huì)晤期的首進(jìn)程（session leader，系統(tǒng)默認(rèn)會(huì)晤期的首進(jìn)程是創(chuàng)建該會(huì)晤期的進(jìn)程）。而且，此進(jìn)程是該會(huì)晤期中的唯一進(jìn)程。然后，此進(jìn)程將成為一個(gè)新的進(jìn)程組的組長(zhǎng)，新進(jìn)程組的組ID就是該進(jìn)程的進(jìn)程ID。最后，保證此進(jìn)程沒有控制終端，即使在調(diào)用setsid（）之前此進(jìn)程擁有控制終端，在創(chuàng)建會(huì)晤期后這種聯(lián)系也將被解除。如果調(diào)用該函數(shù)的進(jìn)程是一個(gè)進(jìn)程組的組長(zhǎng)，那么函數(shù)將返回出錯(cuò)信息“－1”。
還有一個(gè)方法可以讓進(jìn)程無法獲得控制終端，如下：
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if((fd = fopen("/dev/tty",0_RDWR)) >= 0){
ioctl(fd,TIOCNOTTY,NULL);
close(fd);
}
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其中/dev/tty是一個(gè)流設(shè)備，也是我們的終端映射。調(diào)用close（）函數(shù)將終端關(guān)閉。
3、信號(hào)處理。一般要忽略掉某些信號(hào)。信號(hào)相當(dāng)于軟件中斷，Linux/Unix下的信號(hào)機(jī)制提供了一種處理異步事件的方法，終端用戶鍵入引發(fā)中斷的鍵，或是系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，這都會(huì)通過信號(hào)處理機(jī)制終止一個(gè)或多個(gè)程序的運(yùn)行。
不同情況下引發(fā)的信號(hào)不同，所有的信號(hào)都有自己的名字，這些名字都是以“SIG”開頭的，只是后面有所不同。我們可以通過這些名字了解到系統(tǒng)中到底發(fā)生了什么事。當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，我們可以要求系統(tǒng)進(jìn)行一下三種操作：
a、忽略信號(hào)。大多數(shù)信號(hào)都采用這種處理方法，但是對(duì)SIGKILL和SIGSTOP信號(hào)不能做忽略處理。
b、捕捉信號(hào)。這是一種最為靈活的操作方式。這種處理方式的意思就是：當(dāng)某種信號(hào)發(fā)生時(shí)，我們可以調(diào)用一個(gè)函數(shù)對(duì)這種情況進(jìn)行響應(yīng)的處理。最常見的情況是：如果捕捉到SIGCHID信號(hào)，則表示子進(jìn)程已經(jīng)終止，然后可作此信號(hào)的捕捉函數(shù)中調(diào)用waitpid（）函數(shù)取得該子進(jìn)程的進(jìn)程ID已經(jīng)他的終止?fàn)顟B(tài)。如果進(jìn)程創(chuàng)建了臨時(shí)文件，那么就要為進(jìn)程終止信號(hào)SIGTERM編寫一個(gè)信號(hào)捕捉函數(shù)來清除這些臨時(shí)文件。
c、執(zhí)行系統(tǒng)的默認(rèn)動(dòng)作。對(duì)絕大多數(shù)信號(hào)而言，系統(tǒng)的默認(rèn)動(dòng)作都是終止該進(jìn)程。
在Linux下，信號(hào)有很多種，我在這里就不一一介紹了，如果想詳細(xì)地對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行了解，可以查看頭文件<sigal.h>，這些信號(hào)都被定義為正整數(shù)，也就是它們的信號(hào)編號(hào)。在對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，必須要用到函數(shù)signal()，此函數(shù)的詳細(xì)描述為：
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#include <signal.h>
void (*signal (int signo, void (*func)(int)))(int);
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其中參數(shù)signo為信號(hào)名，參數(shù)func的值根據(jù)我們的需要可以是以下幾種情況：（1）常數(shù)SIG_DFL,表示執(zhí)行系統(tǒng)的默認(rèn)動(dòng)作。（2）常數(shù)SIG_IGN，表示忽略信號(hào)。（3）收到信號(hào)后需要調(diào)用的處理函數(shù)的地址，此信號(hào)捕捉程序應(yīng)該有一個(gè)整型參數(shù)但是沒有返回值。signal()函數(shù)返回一個(gè)函數(shù)指針，而該指針指向的函數(shù)應(yīng)該無返回值（void），這個(gè)指針其實(shí)指向以前的信號(hào)捕捉程序。
下面 回到我們的daemonize()函數(shù)上來。這個(gè)函數(shù)在創(chuàng)建守護(hù)進(jìn)程時(shí)忽略了三個(gè)信號(hào)：
signal(SIGTTOU,SIG_IGN);
signal(SIGTTIN,SIG_IGN);
signal(SIGTSTP,SIG_IGN);
這三個(gè)信號(hào)的含義分別是：SIGTTOU表示后臺(tái)進(jìn)程寫控制終端，SIGTTIN表示后臺(tái)進(jìn)程讀控制終端，SIGTSTP表示終端掛起。
4．關(guān)閉不再需要的文件描述符，并為標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出打開新的文件描述符（也可以繼承父進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出文件描述符，這個(gè)操作是可選的）。在我們這段例程中，因?yàn)槭谴矸?wù)器程序，而且是在執(zhí)行了listen()函數(shù)之后執(zhí)行這個(gè)daemonize()的，所以要保留已經(jīng)轉(zhuǎn)換成功的傾聽套接字，所以我們可以見到這樣的語句：
if (fd != servfd)
close(fd);
5．調(diào)用函數(shù)chdir("/")將當(dāng)前工作目錄更改為根目錄。這是為了保證我們的進(jìn)程不使用任何目錄。否則我們的守護(hù)進(jìn)程將一直占用某個(gè)目錄，這可能會(huì)造成超級(jí)用戶不能卸載一個(gè)文件系統(tǒng)。
6．調(diào)用函數(shù)umask(0)將文件方式創(chuàng)建屏蔽字設(shè)置為"0"。這是因?yàn)橛衫^承得來的文件創(chuàng)建方式屏蔽字可能會(huì)禁止某些許可權(quán)。例如我們的守護(hù)進(jìn)程需要?jiǎng)?chuàng)建一組可讀可寫的文件，而此守護(hù)進(jìn)程從父進(jìn)程那里繼承來的文件創(chuàng)建方式屏蔽字卻有可能屏蔽掉了這兩種許可權(quán)，則新創(chuàng)建的一組文件其讀或?qū)懖僮骶筒荒苌АＲ虼艘獙⑽募绞絼?chuàng)建屏蔽字設(shè)置為"0"。
在daemonize()函數(shù)的最后，我們可以看到這樣的信號(hào)捕捉處理語句：
signal(SIGCLD,(Sigfunc *)reap_status);
這不是創(chuàng)建守護(hù)進(jìn)程過程中必須的一步，它的作用是調(diào)用我們自定義的reap_status()函數(shù)來處理僵死進(jìn)程。reap_status()在例程中的定義為：
-----------------------------------------------------------------
/****************************************************************
function: reap_status
description: handle a SIGCLD signal by reaping the exit status of the perished child, and discarding it.
arguments: none.
return value: none.
calls: none.
globals: none.
****************************************************************/
void reap_status()
{
int pid;
union wait status;
while ((pid = wait3(&status,WNOHANG,NULL)) > 0)
; /* loop while there are more dead children */
}
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上面信號(hào)捕捉語句的原文為：
signal(SIGCLD, reap_status);
我們剛才說過，signal()函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)一定要有有一個(gè)整型參數(shù)但是沒有返回值。而reap_status()是沒有參數(shù)的，所以原來的語句在編譯時(shí)無法通過。所以我在預(yù)編譯部分加入了對(duì)Sigfunc()的類型定義，在這里用做對(duì)reap_status進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。而且在BSD系統(tǒng)中通常都使用SIGCHLD信號(hào)來處理子進(jìn)程終止的有關(guān)信息，SIGCLD是System V中定義的一個(gè)信號(hào)名，如果將SIGCLD信號(hào)的處理方式設(shè)定為捕捉，那么內(nèi)核將馬上檢查系統(tǒng)中是否存在已經(jīng)終止等待處理的子進(jìn)程，如果有，則立即調(diào)用信號(hào)捕捉處理程序。
一般在信號(hào)捕捉處理程序中都要調(diào)用wait()、waitpid()、wait3()或是wait4()來返回子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)。這些"等待"函數(shù)的區(qū)別是，當(dāng)要求函數(shù)"等待"的子進(jìn)程還沒有終止時(shí)，wait()將使其調(diào)用者阻塞；而在waitpid()的參數(shù)中可以設(shè)定使調(diào)用者不發(fā)生阻塞，wait()函數(shù)不被設(shè)置為等待哪個(gè)具體的子進(jìn)程，它等待調(diào)用者所有子進(jìn)程中首先終止的那個(gè)，而在調(diào)用waitpid()時(shí)卻必須在參數(shù)中設(shè)定被等待的子進(jìn)程ID。而wait3()和wait4()的參數(shù)分別比wait()和waitpid()還要多一個(gè)"rusage"。例程中的reap_status()就調(diào)用了函數(shù)wait3()，這個(gè)函數(shù)是BSD系統(tǒng)支持的，我們把它和wait4()的定義一起列出來：
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#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>
pid_t wait3(int *statloc, int options, struct rusage *rusage);
pid_t wait4(pid_t pid, int *statloc, int options, struct rusage *rusage);
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其中指針statloc如果不為"NULL"，那么它將指向返回的子進(jìn)程終止?fàn)顟B(tài)。參數(shù)pid是我們指定的被等待的子進(jìn)程的進(jìn)程ID。參數(shù)options是我們的控制選擇項(xiàng)，一般為WNOHANG或是WUNTRACED。例程中使用了選項(xiàng)WNOHANG，意即如果不能立即返回子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)（譬如由于子進(jìn)程還未結(jié)束），那么等待函數(shù)不阻塞，此時(shí)返回"0"。 WUNTRACED選項(xiàng)的意思是如果系統(tǒng)支持作業(yè)控制，如果要等待的子進(jìn)程的狀態(tài)已經(jīng)暫停，而且其狀態(tài)自從暫停以來還從未報(bào)告過，則返回其狀態(tài)。參數(shù)rusage如果不為"NULL"，則它將指向內(nèi)核返回的由終止進(jìn)程及其所有子進(jìn)程使用的資源摘要，該摘要包括用戶CPU時(shí)間總量、缺頁次數(shù)、接收到信號(hào)的次數(shù)等。