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3. 守护进程 ​

Linux 系统启动时会启动很多系统服务进程，例如 第 1.3 节“网络登录过程” 讲的 inetd，这些系统服务进程没有控制终端，不能直接和用户交互。其它进程都是在用户登录或运行程序时创建，在运行结束或用户注销时终止，但系统服务进程不受用户登录注销的影响，它们一直在运行着。这种进程有一个名称叫守护进程（Daemon）。

下面我们用 ps axj 命令查看系统中的进程。参数 a 表示不仅列当前用户的进程，也列出所有其他用户的进程，参数 x 表示不仅列有控制终端的进程，也列出所有无控制终端的进程，参数 j 表示列出与作业控制相关的信息。

bash
$ ps axj
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
    0     1     1     1 ?           -1 Ss       0   0:01 /sbin/init
    0     2     0     0 ?           -1 S<       0   0:00 [kthreadd]
    2     3     0     0 ?           -1 S<       0   0:00 [migration/0]
    2     4     0     0 ?           -1 S<       0   0:00 [ksoftirqd/0]
...
    1  2373  2373  2373 ?           -1 S<s      0   0:00 /sbin/udevd --daemon
...
    1  4680  4680  4680 ?           -1 Ss       0   0:00 /usr/sbin/acpid -c /etc
...
    1  4808  4808  4808 ?           -1 Ss     102   0:00 /sbin/syslogd -u syslog
...

凡是 TPGID 一栏写着 -1 的都是没有控制终端的进程，也就是守护进程。在 COMMAND 一列用 [] 括起来的名字表示内核线程，这些线程在内核里创建，没有用户空间代码，因此没有程序文件名和命令行，通常采用以 k 开头的名字，表示 Kernel。init 进程我们已经很熟悉了，udevd 负责维护 /dev 目录下的设备文件，acpid 负责电源管理，syslogd 负责维护 /var/log 下的日志文件，可以看出，守护进程通常采用以 d 结尾的名字，表示 Daemon。

创建守护进程最关键的一步是调用 setsid 函数创建一个新的 Session，并成为 Session Leader。

c
#include <unistd.h>

pid_t setsid(void);

该函数调用成功时返回新创建的 Session 的 id（其实也就是当前进程的 id），出错返回 -1。注意，调用这个函数之前，当前进程不允许是进程组的 Leader，否则该函数返回 -1。要保证当前进程不是进程组的 Leader 也很容易，只要先 fork 再调用 setsid 就行了。fork 创建的子进程和父进程在同一个进程组中，进程组的 Leader 必然是该组的第一个进程，所以子进程不可能是该组的第一个进程，在子进程中调用 setsid 就不会有问题了。

成功调用该函数的结果是：

  • 创建一个新的 Session，当前进程成为 Session Leader，当前进程的 id 就是 Session 的 id。
  • 创建一个新的进程组，当前进程成为进程组的 Leader，当前进程的 id 就是进程组的 id。
  • 如果当前进程原本有一个控制终端，则它失去这个控制终端，成为一个没有控制终端的进程。所谓失去控制终端是指，原来的控制终端仍然是打开的，仍然可以读写，但只是一个普通的打开文件而不是控制终端了。

例 34.2. 创建守护进程

c
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void daemonize(void) {
    pid_t pid;

    /*
     * Become a session leader to lose controlling TTY.
     */
    if ((pid = fork()) < 0) {
        perror("fork");
        exit(1);
    } else if (pid != 0) /* parent */
        exit(0);
    setsid();

    /*
     * Change the current working directory to the root.
     */
    if (chdir("/") < 0) {
        perror("chdir");
        exit(1);
    }

    /*
     * Attach file descriptors 0, 1, and 2 to /dev/null.
     */
    close(0);
    open("/dev/null", O_RDWR);
    dup2(0, 1);
    dup2(0, 2);
}

int main(void) {
    daemonize();
    while (1);
}

为了确保调用 setsid 的进程不是进程组的 Leader，首先 fork 出一个子进程，父进程退出，然后子进程调用 setsid 创建新的 Session，成为守护进程。按照守护进程的惯例，通常将当前工作目录切换到根目录，将文件描述符 0、1、2 重定向到 /dev/null。Linux 也提供了一个库函数 daemon(3) 实现我们的 daemonize 函数的功能，它带两个参数指示要不要切换工作目录到根目录，以及要不要把文件描述符 0、1、2 重定向到 /dev/null。

bash
$ ./a.out
$ ps
  PID TTY          TIME CMD
11494 pts/0    00:00:00 bash
13271 pts/0    00:00:00 ps
$ ps xj | grep a.out
    1 13270 13270 13270 ?           -1 Rs    1000   0:05 ./a.out
11494 13273 13272 11494 pts/0    13272 S+    1000   0:00 grep a.out
（关闭终端窗口重新打开，或者注销重新登录）
$ ps xj | grep a.out
    1 13270 13270 13270 ?           -1 Rs    1000   0:21 ./a.out
13282 13338 13337 13282 pts/1    13337 S+    1000   0:00 grep a.out
$ kill 13270

运行这个程序，它变成一个守护进程，不再和当前终端关联。用 ps 命令看不到，必须运行带 x 参数的 ps 命令才能看到。另外还可以看到，用户关闭终端窗口或注销也不会影响守护进程的运行。