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【进程与线程】如何编写一个守护进程

news 2025/7/6 3:48:52

如何编写一个守护进程。我们首先需要理解守护进程是什么。守护进程是在后台运行的进程，通常没有控制终端，用于执行系统任务，比如服务器或者定时任务。 用户可能想创建一个长期运行的服务，比如Web服务器或者日志监控程序。

首先，守护进程的创建通常包括几个步骤：fork子进程，让父进程退出，这样终端会认为命令执行完毕，子进程继续运行。然后调用setsid创建新的会话，脱离终端。接着改变工作目录到根目录，避免占用可卸载的文件系统。还要设置文件创建掩码，通常是0，以拥有更大的灵活性。关闭不需要的文件描述符，比如标准输入、输出、错误输出，防止它们占用资源。

基于这些步骤，创建具体的代码示例。要确保每一步都有对应的代码，并且解释清楚每个步骤的作用。例如，fork之后父进程退出，子进程成为孤儿进程，由init进程接管。setsid的作用是让子进程成为新的会话组长，脱离原终端的控制。改变工作目录是为了避免守护进程的当前目录被卸载，导致问题。设置umask让守护进程创建文件时有默认的权限。关闭文件描述符是为了释放资源，可能还需要重定向到/dev/null或者日志文件。另外，守护进程的代码编写中可能对信号处理有需求，比如处理SIGHUP信号，重新加载配置。所以在代码中可能需要添加信号处理函数。此外，守护进程可能需要记录日志，可以通过syslog或者写入日志文件实现。例如，使用openlog和syslog函数。

守护进程遇到的常见问题包括：守护进程无法正确脱离终端，导致随着终端关闭而终止；文件描述符没有正确关闭，导致资源泄漏；没有正确处理信号，导致无法优雅退出或重新加载配置；工作目录未改变，导致无法卸载文件系统；日志记录不当，难以调试问题。

在 Linux 系统中，守护进程（Daemon） 是一种在后台长期运行的进程，通常独立于控制终端并周期性地执行任务（如服务、日志监控等）。这篇文章是编写守护进程的标准步骤和代码示例：

(1) 进程第1次 fork，为进程调用 setsid 作准备。
(2) 进程调用 setsid，进程成为新的会话过程的领头进程。
(3) 忽略信号 SIGHUP，第2次 fork，使进程成为一个新的进程组的领导者。
(4) 关闭所有的文件描述符。
(5) 消除 umask 的影响。
(6) 修改守护进程的当前目录。
(7) 重新定位标准 I/O 描述符。
(8) 保证服务器的互斥运行。
(9) 使用 syslog 来记录守护进程的错误信息。

其中，核心步骤为：

1> 第一次fork为setsid()创建新会话做准备     ---> 利用子进程初步和终端进程区分开
2> 利用创建的子进程创建出新的会话           ---> 进脱离终端的控制
//有的资料就将创建出新会话进程作为守护进程使用，是可以的
//为了让守护进程进一步脱离和终端的联系，我们需要进行第二次fork
3>第二次调用fork()                          ---> 初步得到守护进程//到这一步，守护进程已经创建好了，后序的操作是进一步修饰守护进程
-------------------------------------------------------------------------------
4> 关闭所有打开的文件描述符                 ---> 守护进程不能有输入也不能有输出
5> 消除 uamsk 的影响                          ---> 对守护进程的进一步处理
6> 更改守护进程的工作路径 "/"               ---> 确保守护进程能够运行
7> 将文件描述符重定向 /dev/null             ---> 防止关闭的文件描述符再次打开

第一次 fork

创建子进程，父进程退出。
由于守护进程是脱离控制终端的，因此，完成第一步后就会在 Shell 终端里造成一程序已经运行完毕的假象。之后的所有后续工作都在子进程中完成，而用户在Shell 终端里则可以执行其他的命令，从而在形式上做到了与控制终端的脱离。
由于父进程已经先于子进程退出，会造成子进程没有父进程，从而变成一个孤儿进程。在Linux中，每当系统发现一个孤儿进程，就会自动由 1号进程收养。原先的子进程就会变成 init进程的子进程。

pid=fork(); if (pid < 0){fprintf(stderr, “error in first fork.\n”);exit(1);
}if(pid>0){ /*父进程退出*/exit(0);
}

在子进程中创建新会话

进程组
进程组是一个或多个进程的集合。进程组由进程组 ID 来唯一标识。除了进程号(PID)之外，进
程组ID也一个进程的必备属性之一。
每个进程组都有一个组长进程，组长进程的进程号等于进程组 ID。

会话期
会话组是一个或多个进程组的集合。
通常一个会话开始于用户登录，终止于用户退出，在此期间该用户运行的所有进程都属于这个会话期。

进程组对话期与终端

请添加图片描述

setsid函数作用

setsid函数用于创建一个新的会话，并自任该会话组的组长（新会话的领头进程）
- 让进程摆脱原会话的控制；
- 让进程摆脱原进程组的控制；
- 让进程摆脱原控制终端的控制；

setsid函数能够使进程完全独立出来，从而脱离所有其他进程的控制。
子进程继续运行，父进程退出的时候，将会产生 SIGHUP信号；第一 fork() 的子进程是新的会话过程的领头进程，如再打一个终端，将成为他的控制终端，故需再次 fork()。
请添加图片描述

忽略信号SIGHUP，第二次fork

进程脱离了控制终端，
与退出的父进程属于同一组；
进程调用 setgrp()，
是进程脱离原来的进程组。
已经调整好自身位置。

关闭所有文件描述符

服务进程必须关闭它所继承的文件描述符：

max_fd = sysconf(_SC_OPEN_MAX);
for (i = 0; i < max_fd;i++)close(i);

请添加图片描述

消除umask的影响

每个进程都有一个umask：文件权限掩码是指屏蔽掉文件权限中的对应位。由于使用 fork 新建的子进程继承了父进程的文件权限掩码，这就给该子进程使用文件带来了诸多的麻烦。
通常的使用方法为umask(0)：增加该守护进程的灵活性；umask (0) 清除旧有的文件掩码。
最后的权限： mode & ~umask

守护进程的当前目录的作用：
当进程产生错误的时候，将错误信息记录在当前目录的core文件；守护进程的特点一般会一直会打开当前目录，解决方法，找一个不可能被卸载的目录。
通常的做法是让 “/” 作为守护进程的当前工作目录。

使用fork创建的子进程继承了父进程的当前工作目录。由于在进程运行过程中，当前目录所在的
文件系统是不能卸载的，这对以后的使用会造成诸多的麻烦(比如进入单用户模式)。

解决方法，找一个不可能被卸载的目录 chdir (“/”)。

重新定位标准IO描述符

所有文件描述符都已关闭。守护进程已不再和终端相关联，无标准输入、标准出错文件描述符：

printf, perror 等输出语句将出错。

打开特殊设备，重定位标准的输入、输出描述符

open(“/dev/null”,O_RDWR);dup(1);dup(2);

创建守护进程的完整流程

完整代码实现（C语言）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <syslog.h>void daemon_init() {pid_t pid;// 1. 创建子进程并终止父进程pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork failed");exit(EXIT_FAILURE);} else if (pid > 0) {exit(EXIT_SUCCESS); // 父进程退出}// 2. 创建新会话，脱离终端控制if (setsid() < 0) {perror("setsid failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 3. 忽略 SIGHUP 信号（防止会话组长终止导致进程退出）signal(SIGCHLD, SIG_IGN);signal(SIGHUP, SIG_IGN);// 4. 再次 fork，确保进程不会成为会话组长（非必需但更安全）pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork failed");exit(EXIT_FAILURE);} else if (pid > 0) {exit(EXIT_SUCCESS); // 父进程退出}// 5. 修改工作目录为根目录chdir("/");// 6. 设置文件权限掩码（通常设为0）umask(0);// 7. 关闭所有打开的文件描述符for (int x = sysconf(_SC_OPEN_MAX); x >= 0; x--) {close(x);}// 8. 重定向标准输入/输出/错误到 /dev/null 或日志文件open("/dev/null", O_RDWR); // stdindup(0);                    // stdoutdup(0);                    // stderr// 9. 初始化日志系统（可选）openlog("mydaemon", LOG_PID, LOG_DAEMON);syslog(LOG_NOTICE, "Daemon started successfully");
}int main() {daemon_init();// 守护进程主循环while (1) {syslog(LOG_NOTICE, "Daemon is running...");sleep(10);}closelog();return EXIT_SUCCESS;
}

编译与运行

编译代码：

gcc daemon.c -o mydaemon

启动守护进程：

./mydaemon

验证守护进程：
查看进程列表：

ps -ef | grep mydaemon

检查系统日志（Ubuntu 默认在 /var/log/syslog）：

tail -f /var/log/syslog | grep mydaemon

关键步骤详解

两次 fork()
- 第一次 fork 脱离终端。
- 第二次 fork 确保进程不是会话组长（避免重新获取终端控制）。
文件描述符处理
- 关闭所有文件描述符，避免资源泄漏。
- 重定向标准输入/输出/错误到 /dev/null 或日志文件。
信号处理
- 忽略 SIGHUP 和 SIGCHLD，防止意外终止。
- 可添加自定义信号处理（如 SIGTERM 实现优雅退出）。
日志记录
- 使用 syslog 记录日志，便于系统级管理。

另外，部分系统（如 Linux）提供 daemon() 函数简化守护进程创建：

使用 daemon() 函数简化

#include <unistd.h>int main() {if (daemon(0, 0) < 0) { // 参数：nochdir（0=切换根目录）, noclose（0=重定向到/dev/null）perror("daemon failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 守护进程主逻辑while (1) {sleep(10);}return 0;
}
// 注意事项
// 资源管理：确保守护进程释放所有非必要资源（如文件描述符）。
// 日志监控：通过日志文件或 syslog 跟踪守护进程行为。
// 信号处理：实现 SIGTERM 或 SIGINT 的优雅退出逻辑。

综上。希望该内容能对你有帮助，感谢！

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我是一个十分热爱技术的程序员，希望这篇文章能够对您有帮助，也希望认识更多热爱程序开发的小伙伴。
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