【Linux操作系统】守护进程的创建和逐步实现代码分析

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2024-03-24 18:58 20阅读 0赞

> 在Unix和Linux系统中，守护进程是一种在后台运行的进程，它独立于终端并且能够持续执行某些任务。创建守护进程是一项常见的任务，它可以用于各种场景，如网络服务、定时任务等。本篇博客将介绍如何在C语言中创建守护进程，并提供了一些示例代码。通过学习本篇博客，你将了解到创建守护进程的一般步骤和注意事项，以及如何编写守护进程的主要逻辑。无论你是初学者还是有一定经验的开发者，本篇博客都将为你提供有用的指导，帮助你创建可靠的守护进程。

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#### 文章目录 ####

*   *  前提知识点
     *  创建守护进程的步骤
     *  守护进程创建
     *   *  1. 创建子进程并复制文件描述符和信号处理函数
         *  2. 创建新的会话并成为会话的首进程
         *  3. 关闭不再需要的文件描述符
         *  4. 修改工作目录为根目录
         *  5. 重设文件权限掩码
         *  6. 执行守护进程的主要逻辑
     *  守护进程创建总代码
     *  总结

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### 前提知识点 ###

1.  **进程和进程控制**：了解进程的基本概念和进程控制相关的系统调用，如`fork`、`exec`、`wait`等。
2.  **文件描述符**：理解文件描述符的概念和作用，以及相关的系统调用，如`open`、`close`、`dup`等。
3.  **信号处理**：了解信号的概念和信号处理的机制，包括信号的发送、接收和处理等。
4.  **文件权限和文件系统**：掌握Linux文件权限的概念和设置方法，以及文件系统的基本操作。

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***这部分所有的知识都不做解释了，我之前的博客都有涉及到的，可以去翻一下，这个博客主要说守护进程：  
　[进程的创建共享和管理][Link 1]  
　[文件描述符][Link 2]  
　[信号描述][Link 3]  
　[文件权限和文件系统][Link 4]***

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### 创建守护进程的步骤 ###

1.  创建子进程，并通过`fork`系统调用复制父进程的文件描述符表和信号处理函数。
2.  在子进程中调用`setsid`系统调用创建新的会话，并成为会话的首进程。
3.  关闭不再需要的文件描述符，如标准输入、标准输出和标准错误输出等。
4.  修改工作目录为根目录，以防止守护进程占用文件系统。
5.  重设文件权限掩码，以便守护进程创建文件时具有合适的权限。
6.  处理信号，如`SIGCHLD`、`SIGHUP`等，可以选择忽略或自定义处理函数。
7.  运行守护进程的主要逻辑，如服务监听、数据处理等。
8.  退出守护进程。

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### 守护进程创建 ###

***下面我们将逐步介绍每个步骤的具体实现和相应的代码。***

#### 1. 创建子进程并复制文件描述符和信号处理函数 ####

首先，我们需要创建一个子进程，并通过`fork`系统调用复制父进程的文件描述符表和信号处理函数。

在上面的代码中，我们通过fork系统调用创建了一个子进程，并在父进程中直接退出，使子进程成为孤儿进程。在子进程中，我们通过`signal`函数将`SIGCHLD`信号的处理函数设置为`signal_handler`函数。

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#### 2. 创建新的会话并成为会话的首进程 ####

接下来，我们需要在子进程中调用setsid系统调用创建新的会话，并成为会话的首进程：

在上面的代码中，我们通过`setsid`系统调用创建了一个新的会话，并使子进程成为该会话的首进程。这样做可以使守护进程与终端脱离关系，不受终端关闭的影响。

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#### 3. 关闭不再需要的文件描述符 ####

在守护进程中，我们需要关闭不再需要的文件描述符，如标准输入、标准输出和标准错误输出等。

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <signal.h>
    
    void signal_handler(int signum) {
        
        // 信号处理函数的具体实现
    }
    
    int main() {
        
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
        
            perror("fork error");
            exit(1);
        } else if (pid > 0) {
        
            exit(0);  // 父进程退出
        }
        
        // 子进程继续执行
        // 复制信号处理函数
        signal(SIGCHLD, signal_handler);
        
        // 创建新的会话并成为会话的首进程
        if (setsid() < 0) {
        
            perror("setsid error");
            exit(1);
        }
        
        // 关闭不再需要的文件描述符
        close(STDIN_FILENO);  // 关闭标准输入
        close(STDOUT_FILENO);  // 关闭标准输出
        close(STDERR_FILENO);  // 关闭标准错误输出
        
        // 子进程的主要逻辑
        // ...
        
        return 0;
    }

在上面的代码中，我们使用`close`系统调用关闭了标准输入、标准输出和标准错误输出的文件描述符。

--------------------

#### 4. 修改工作目录为根目录 ####

为了防止守护进程占用文件系统，我们需要将工作目录修改为根目录。

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <signal.h>
    
    void signal_handler(int signum) {
        
        // 信号处理函数的具体实现
    }
    
    int main() {
        
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
        
            perror("fork error");
            exit(1);
        } else if (pid > 0) {
        
            exit(0);  // 父进程退出
        }
        
        // 子进程继续执行
        // 复制信号处理函数
        signal(SIGCHLD, signal_handler);
        
        // 创建新的会话并成为会话的首进程
        if (setsid() < 0) {
        
            perror("setsid error");
            exit(1);
        }
        
        // 关闭不再需要的文件描述符
        close(STDIN_FILENO);  // 关闭标准输入
        close(STDOUT_FILENO);  // 关闭标准输出
        close(STDERR_FILENO);  // 关闭标准错误输出
        
        // 修改工作目录为根目录
        if (chdir("/") < 0) {
        
            perror("chdir error");
            exit(1);
        }
        
        // 子进程的主要逻辑
        // ...
        
        return 0;
    }

在上面的代码中，我们使用chdir系统调用将工作目录修改为根目录。

--------------------

#### 5. 重设文件权限掩码 ####

为了使守护进程创建文件时具有合适的权限，我们需要重设文件权限掩码。下面是一个示例代码：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <signal.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    
    void signal_handler(int signum) {
        // 信号处理函数的具体实现
    }
    
    int main() {
        
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
        
            perror("fork error");
            exit(1);
        } else if (pid > 0) {
        
            exit(0);  // 父进程退出
        }
        
        // 子进程继续执行
        // 复制信号处理函数
        signal(SIGCHLD, signal_handler);
        
        // 创建新的会话并成为会话的首进程
        if (setsid() < 0) {
        
            perror("setsid error");
            exit(1);
        }
        
        // 关闭不再需要的文件描述符
        close(STDIN_FILENO);  // 关闭标准输入
        close(STDOUT_FILENO);  // 关闭标准输出
        close(STDERR_FILENO);  // 关闭标准错误输出
        
        // 修改工作目录为根目录
        if (chdir("/") < 0) {
        
            perror("chdir error");
            exit(1);
        }
        
        // 重设文件权限掩码
        umask(0);
        
        // 子进程的主要逻辑
        // ...
        
        return 0;
    }

在上面的代码中，我们使用`umask`系统调用将文件权限掩码重设为0。

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#### 6. 执行守护进程的主要逻辑 ####

守护进程的主要逻辑可以根据实际需求进行编写。下面是一个示例代码：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <signal.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    
    void signal_handler(int signum) {
        
        // 信号处理函数的具体实现
    }
    
    int main() {
        
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
        
            perror("fork error");
            exit(1);
        } else if (pid > 0) {
        
            exit(0);  // 父进程退出
        }
        
        // 子进程继续执行
        // 复制信号处理函数
        signal(SIGCHLD, signal_handler);
        
        // 创建新的会话并成为会话的首进程
        if (setsid() < 0) {
        
            perror("setsid error");
            exit(1);
        }
        
        // 关闭不再需要的文件描述符
        close(STDIN_FILENO);  // 关闭标准输入
        close(STDOUT_FILENO);  // 关闭标准输出
        close(STDERR_FILENO);  // 关闭标准错误输出
        
        // 修改工作目录为根目录
        if (chdir("/") < 0) {
        
            perror("chdir error");
            exit(1);
        }
        
        // 重设文件权限掩码
        umask(0);
        
        // 子进程的主要逻辑
        while (1) {
        
            // 守护进程的具体逻辑
            sleep(1);
        }
        
        return 0;
    }

在上面的代码中，我们使用`while`循环来持续执行守护进程的主要逻辑。在这个示例中，守护进程每隔1秒钟就会执行一次`sleep`函数，模拟一些需要持续执行的操作。

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### 守护进程创建总代码 ###

下面是将上面创建守护进程的每一部分代码整合成一个完整的代码，并对每一部分进行解释：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <signal.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    
    void signal_handler(int signum) {
        
        // 信号处理函数的具体实现
    }
    
    int main() {
        
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
        
            perror("fork error");
            exit(1);
        } else if (pid > 0) {
        
            exit(0);  // 父进程退出
        }
        
        // 子进程继续执行
        // 复制信号处理函数
        signal(SIGCHLD, signal_handler);
        
        // 创建新的会话并成为会话的首进程
        if (setsid() < 0) {
        
            perror("setsid error");
            exit(1);
        }
        
        // 关闭不再需要的文件描述符
        close(STDIN_FILENO);  // 关闭标准输入
        close(STDOUT_FILENO);  // 关闭标准输出
        close(STDERR_FILENO);  // 关闭标准错误输出
        
        // 修改工作目录为根目录
        if (chdir("/") < 0) {
        
            perror("chdir error");
            exit(1);
        }
        
        // 重设文件权限掩码
        umask(0);
        
        // 子进程的主要逻辑
        while (1) {
        
            // 守护进程的具体逻辑
            sleep(1);
        }
        
        return 0;
    }

--------------------

**代码解释：**

1.  `fork()`函数创建一个子进程，如果返回值小于0，则表示创建子进程失败；如果返回值大于0，则表示当前为父进程，需要退出；如果返回值等于0，则表示当前为子进程，继续执行。
2.  `signal()`函数复制信号处理函数，将SIGCHLD信号与`signal_handler()`函数关联起来。
3.  `setsid()`函数创建新的会话并成为会话的首进程。如果返回值小于0，则表示创建会话失败。
4.  `close()`函数关闭不再需要的文件描述符，包括标准输入、标准输出和标准错误输出。
5.  `chdir()`函数修改工作目录为根目录。如果返回值小于0，则表示修改工作目录失败。
6.  `umask()`函数重设文件权限掩码为0，确保守护进程创建的文件具有合适的权限。
7.  `while`循环是守护进程的主要逻辑，可以根据实际需求进行编写。在这个示例中，守护进程每隔1秒钟就会执行一次`sleep()`函数，模拟一些需要持续执行的操作。

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### 总结 ###

本篇博客回答了如何在C语言中创建守护进程的问题。创建守护进程的一般步骤包括：

1.  使用`fork()`函数创建子进程，父进程退出，子进程继续执行。
2.  使用`setsid()`函数创建新的会话并成为会话的首进程。
3.  关闭不再需要的文件描述符，包括标准输入、标准输出和标准错误输出。
4.  修改工作目录为根目录。
5.  重设文件权限掩码。
6.  编写守护进程的主要逻辑，并使用`while`循环持续执行。

需要注意的是，创建守护进程时需要仔细处理信号处理函数、文件描述符、工作目录和文件权限等方面的问题，确保守护进程能够正常运行，并且不会对系统造成不必要的影响。

[c46d02b249fb4564b5a1152df6cd2a31.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/f887ce9d7f0041cdbff7bb1a69a1fa2f.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/Goforyouqp/article/details/132276890
[Link 2]: https://blog.csdn.net/Goforyouqp/article/details/132186579
[Link 3]: https://blog.csdn.net/Goforyouqp/article/details/132335651
[Link 4]: https://blog.csdn.net/Goforyouqp/article/details/132211498