Linux daemon进程的应用、实现和原理

什么情况下用daemon进程

生产环境下，除了我们ssh登录上去，然后手动跑的那部分以外，其他都是自动运行的，这些大部分都应该是后台执行的。如何才能后台执行呢？

1. nohup ./XXX & 
2. 由系统的其他daemon进程启动。这样的话，你的程序是它的子进程，跟终端没关系。退出终端也不会导致进程退出。如写在crontab里。 
3. 写成daemon程序，可以手动执行，退出终端时程序不退出。

如何选择呢？

（1）首先，清理过期日志这一类需求，可以写一个死循环一直运行，也可以写在crontab里，每次执行完就退出（如果每分钟一次可以满足的话）；

（2）crontab的需要接受最多1分钟的时延，如果实时性要求更高一些，那么就需要考虑写个死循环了，这个程序可以由crontab来start和restart，只有在挂了重启时才会出现1分钟时延；

* * * * * /usr/bin/flock -nx /home/chenming/lock/test1.lock -c '/home/chenming/test1 >/dev/null 2>&1'

（3）服务不能中断的（nginx、redis、apache，所有在线服务），一般都是daemon程序。但理论上用（2）似乎也可以；当然这两者细节上有很多区别。

怎么用daemon进程

linux C/C++可以直接调用int daemon(int, int)函数，不需要自己重新实现。示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc < 3) {
        printf("Usage: $0 no_ch_dir no_close_fd\n");
        exit(0);
    }

    int no_ch_dir = atoi(argv[1]);
    int no_close_fd = atoi(argv[2]);

    std::cout << "main pid : " << getpid() << std::endl;
    std::cout << "main parent pid : " << getppid() << std::endl;
    std::cout << "main pwd : " << get_current_dir_name() << std::endl;
    if (daemon(no_ch_dir, no_close_fd) != 0) {
        // 一般都用daemon(0,0)
        // 成功返回0，失败返回-1
        // daemon(0,0)：chdir到/，关闭0,1,2描述符。
        std::cout << "stdout: daemon = -1" << std::endl;
        std::cerr << "stderr: daemon = -1" << std::endl;
        return 1;
    }
    std::cout << "stdout: daemon = 0" << std::endl;
    std::cerr << "stderr: daemon = 0" << std::endl;
 
    std::cout << "sub pid : " << getpid() << std::endl;
    std::cout << "sub parent pid : " << getppid() << std::endl;
    std::cout << "sub pwd : " << get_current_dir_name() << std::endl;
    while (1);
    return 0;
}

编译运行：

[chenming@localhost ~]$ g++ test1.cc -o test1
[chenming@localhost ~]$ ./test1 0 0
main pid : 7978
main parent pid : 1382
main pwd : /home/chenming
[chenming@localhost ~]$ ps -ef | grep test1
94:chenming  7864  7573  0 16:09 pts/0    00:00:16 vim test1.cc
95:chenming  7897     1 97 16:14 ?        00:33:07 ./test1 0 0
97:chenming  7979     1 47 16:48 ?        00:00:04 ./test1 0 0
99:chenming  7981  1382  8 16:49 pts/1    00:00:00 grep -inE --color test1
[chenming@localhost ~]$ ll /proc/7979/fd
total 0
lrwx------. 1 chenming chenming 64 May  1 16:49 0 -> /dev/null
lrwx------. 1 chenming chenming 64 May  1 16:49 1 -> /dev/null
lrwx------. 1 chenming chenming 64 May  1 16:49 2 -> /dev/null
[chenming@localhost ~]$ lsof -p 7979
COMMAND  PID     USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF   NODE NAME
test1   7979 chenming  cwd    DIR  253,0     4096      2 /
test1   7979 chenming  rtd    DIR  253,0     4096      2 /
test1   7979 chenming  txt    REG  253,0     8355 142259 /home/chenming/test1
test1   7979 chenming  mem    REG  253,0   122232  52742 /lib/libgcc_s-4.4.7-20120601.so.1
test1   7979 chenming  mem    REG  253,0   142600  38788 /lib/ld-2.12.so
test1   7979 chenming  mem    REG  253,0  1906308  38865 /lib/libc-2.12.so
test1   7979 chenming  mem    REG  253,0   202040  47921 /lib/libm-2.12.so
test1   7979 chenming  mem    REG  253,0   942040  52866 /usr/lib/libstdc++.so.6.0.13
test1   7979 chenming    0u   CHR    1,3      0t0   3903 /dev/null
test1   7979 chenming    1u   CHR    1,3      0t0   3903 /dev/null
test1   7979 chenming    2u   CHR    1,3      0t0   3903 /dev/null

man 3 daemon可以查看到函数签名：

#include <unistd.h>

int daemon(int nochdir, int noclose);

怎么写daemon进程

1.fork，父进程退出

2.setsid。跟终端脱离关系。

3.umask、关掉0,1,2文件描述符。

4.chdir

5.信号处理

这里只有1和 2是必须的。3一般都会做；5大部分不做。

自己实现一个：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int daem(int no_ch_dir, int no_close_fd) {
    int pid = fork();
    if (pid < 0) {
        return -1;
    }else if (pid > 0){
        exit(0);
    }

    if (setsid() < 0) {
        return -1;
    }

    if (no_ch_dir == 0) {
        chdir("/");
    }

    umask(0);

    if (no_close_fd == 0) {
        close(0);
        close(1);
        close(2);
    }
    return 0;
}

redis的实现：

void daemonize(void) {
    int fd;

    if (fork() != 0) exit(0); /* parent exits */
    setsid(); /* create a new session */

    /* Every output goes to /dev/null. If Redis is daemonized but
     * the 'logfile' is set to 'stdout' in the configuration file
     * it will not log at all. */
    if ((fd = open("/dev/null", O_RDWR, 0)) != -1) {
        dup2(fd, STDIN_FILENO);
        dup2(fd, STDOUT_FILENO);
        dup2(fd, STDERR_FILENO);
        if (fd > STDERR_FILENO) close(fd);
    }
}

memcached的实现：

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

#include "memcached.h"

int daemonize(int nochdir, int noclose)
{
    int fd;

    switch (fork()) {
    case -1:
        return (-1);
    case 0:
        break;
    default:
        _exit(EXIT_SUCCESS);
    }

    if (setsid() == -1)
        return (-1);

    if (nochdir == 0) {
        if(chdir("/") != 0) {
            perror("chdir");
            return (-1);
        }
    }

    if (noclose == 0 && (fd = open("/dev/null", O_RDWR, 0)) != -1) {
        if(dup2(fd, STDIN_FILENO) < 0) {
            perror("dup2 stdin");
            return (-1);
        }
        if(dup2(fd, STDOUT_FILENO) < 0) {
            perror("dup2 stdout");
            return (-1);
        }
        if(dup2(fd, STDERR_FILENO) < 0) {
            perror("dup2 stderr");
            return (-1);
        }

        if (fd > STDERR_FILENO) {
            if(close(fd) < 0) {
                perror("close");
                return (-1);
            }
        }
    }
    return (0);
}

nginx的实现：

#include <ngx_config.h>
#include <ngx_core.h>


ngx_int_t
ngx_daemon(ngx_log_t *log)
{
    int  fd;

    switch (fork()) {
    case -1:
        ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno, "fork() failed");
        return NGX_ERROR;

    case 0:
        break;

    default:
        exit(0);
    }

    ngx_pid = ngx_getpid();

    if (setsid() == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno, "setsid() failed");
        return NGX_ERROR;
    }

    umask(0);

    fd = open("/dev/null", O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno,
                      "open(\"/dev/null\") failed");
        return NGX_ERROR;
    }

    if (dup2(fd, STDIN_FILENO) == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno, "dup2(STDIN) failed");
        return NGX_ERROR;
    }

    if (dup2(fd, STDOUT_FILENO) == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno, "dup2(STDOUT) failed");
        return NGX_ERROR;
    }

#if 0
    if (dup2(fd, STDERR_FILENO) == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno, "dup2(STDERR) failed");
        return NGX_ERROR;
    }
#endif

    if (fd > STDERR_FILENO) {
        if (close(fd) == -1) {
            ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, log, ngx_errno, "close() failed");
            return NGX_ERROR;
        }
    }

    return NGX_OK;
}