服务器进程守护，如何确保关键服务持续运行？

服务器进程守护

背景与定义

守护进程（Daemon）是后台运行的进程，通常在系统启动时启动，并在后台执行特定的任务，这些进程独立于控制终端并且周期性地执行某些任务或等待处理某些事件，守护进程不受用户登录状态的影响，可以在不需要用户交互的情况下长时间稳定地运行，Linux系统中常见的守护进程包括网络服务、数据库管理等。

主要特征

1、长期运行：守护进程通常在系统启动时启动，并持续运行直至系统关闭或被强行终止。

2、无终端控制：它们不与任何终端关联，因此不会受到终端输出的干扰。

3、独立性：守护进程与用户的登录会话是独立的，这使得它们能够在后台静静运行。

4、父进程为init：守护进程的父进程通常是系统的初始化进程（init），因此守护进程也被称为孤儿进程。

5、PID文件：守护进程通常会将其进程ID写入一个文件，以便后续管理和终止。

创建步骤

编写守护进程通常需要以下关键步骤：

创建子进程并终止父进程

使用fork()创建子进程后，父进程应调用exit()终止自身，这一过程实现了以下几点：

如果守护进程是通过简单的shell命令启动，父进程的退出将使shell认为命令已执行完毕。

子进程继承了父进程的进程组ID，但它有自己独立的进程ID，确保子进程不是进程组的组长，为后续调用setsid()准备条件。

2. 子进程调用setsid()创建会话

在子进程中调用setsid()是关键步骤，这将：

创建一个新的会话，子进程成为新会话的首领。

创建新的进程组，子进程成为组长。

摆脱原有会话、进程组和控制终端的控制，实现完全独立，尽管子进程在fork()时继承了父进程的控制权，但setsid()能确保其完全脱离。

更改工作目录为根目录

子进程会继承父进程的当前工作目录，而该目录可能会导致文件系统无法卸载，守护进程会将工作目录更改为根目录（/），以避免这种问题，也可以根据需要选择其他目录。

重设文件权限掩码（umask）

文件权限掩码（umask）控制新建文件的默认权限，由于子进程继承了父进程的umask，建议将其设置为0，以确保子进程拥有最大权限，增强守护进程的灵活性，设置umask的方法是调用umask(0)。

关闭不再需要的文件描述符

子进程会继承父进程打开的所有文件描述符，这可能导致不必要的资源消耗，应关闭不再需要的文件描述符，以确保守护进程不再持有任何继承自父进程的描述符，从而减少资源浪费。

6. 将文件描述符0、1、2定位到/dev/null

守护进程的标准输入、标准输出和标准错误通常会重定向到/dev/null，这样守护进程的输出就不会显示在任何地方，同时也不会试图从交互式用户那里接收输入。

代码示例

以下是一个简单的C++实现守护进程的示例代码：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
const std::string nullfile = "/dev/null";
void Daemon(const std::string &cwd = "") {
    // 1. 忽略其他异常信号 
    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    signal(SIGSTOP, SIG_IGN);
    // 2. 将自己变成独立的会话
    if (fork() > 0) //>0说明是父进程，让父进程直接退出
        exit(0);
    setsid(); //子进程
    // 3. 更改当前调用进程的工作目录
    if (!cwd.empty())
        chdir(cwd.c_str());
    // 4. 标准输入，标准输出，标准错误重定向至/dev/null 垃圾桶
    int fd = open(nullfile.c_str(), O_RDWR);
    if (fd > 0) {
        dup2(fd, 0);
        dup2(fd, 1);
        dup2(fd, 2);
        close(fd);
    }
}

案例设计

为了深入理解如何创建和使用守护进程，我们将创建一个多功能的守护进程，具备以下功能：

1、资源监控功能：每隔30秒获取系统的CPU、内存和磁盘使用信息，并将其写入日志文件/var/log/resource_monitor.log。

2、定时清理功能：每隔10分钟，清理/tmp目录下的所有文件。

3、信号处理功能：守护进程能够捕获SIGTERM信号，安全退出，并能够处理SIGHUP信号重新加载配置文件。

案例功能分析

系统资源监控

使用系统命令stat和vmstat来获取CPU和内存信息，使用df命令获取磁盘使用情况，每次获取的信息都写入/var/log/resource_monitor.log，便于运维人员检查系统的健康状态。

定时清理任务

每隔10分钟调用一个函数清理/tmp目录下的文件，使用系统函数unlink()删除文件。

信号处理

捕获SIGTERM信号，干净地终止守护进程并进行资源释放，捕获SIGHUP信号，重新加载配置文件（如改变日志文件的路径）。

守护进程代码结构

daemonize()：负责将进程变为守护进程的常规步骤。

monitor_resources()：负责监控系统资源并将其写入日志。

cleanup_tmp()：每隔10分钟清理一次/tmp目录中的文件。

handle_signal()：处理SIGTERM和SIGHUP信号。

reload_config()：当捕获SIGHUP时，重新加载配置文件。

归纳与展望

守护进程作为操作系统中的重要组成部分，承担着系统服务、网络服务、数据库管理等多种核心任务，通过合理设计和编写守护进程，可以确保服务器在后台持续运行，并在意外崩溃或重启后自动恢复，未来的发展将更加注重守护进程的安全性、稳定性和资源管理效率，以适应不断变化的技术需求和应用场景。

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