重读UNP（UNIX网络编程）13章到31章笔记整理（结合TLPI和APUE两书的笔记整理）(一)

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因为UNP第三部分（第三版13-31章）的内容结合APUE（UNIX环境高级编程）和TLPI（The Linux Programming Interface）来看才能比较清晰，所以笔记整理会穿插很多这两本书的内容

引申知识，作业控制以及相关命令

daemon_command

. . .

注: 但是如上方到后台执行的进程，其父进程还是当前终端shell的进程，而一旦父进程退出，则会发送hangup信号给所有子进程，子进程收到hangup以后也会退出。

13.4节

本节主要讲守护进程的相关知识

创建守护进程的步骤

自定义一个daemon_init函数，涉及到知识点为“如何创建一个daemon（守护进程）”，实现步骤如下(两fork一set, u工文dev)：

(1)首先要做的是调用umask将文件模式创建屏蔽字设置为一个已知值(通常是0)。
由继承得来的文件模式创建屏蔽字可能会被设置为拒绝某些权限。如果守护进程要创建文件，那么它可能要设置特定的权限。例如，若守护进程要创建组可读、组可写的文件，继承的文件模式创建屏蔽字可能会屏蔽上述两种权限中的一种，而使其无法发挥作用。另一方面，如果守护进程调用的库函数创建了文件，那么将文件模式创建屏蔽字设置为一个限制性更强的值（如007）可能会更明智，因为库函数可能不允许调用者通过一个显式的函数参数来设置权限。

(2)调用fork，然后使父进程exit。
这样做实现了下面几点。第一，如果该守护进程是作为一条简单的shell命令启动的，那么父进程终止会让shell认为这条命令已经执行完毕。
第二，虽然子进程继承了父进程的进程组ID，但获得了一个新的进程ID，这就保证了子进程不是一个进程组的组长进程。这是下面将要进行的setsid调用的先决条件。

(3)调用setsid创建一个新会话。
使调用进程：(a)成为新会话的首进程，(b)成为一个新进程组的组长进程．(c)没有控制终端。也可概括为 : 开启一个新会话并释放它与控制终端之间的所有关联关系

(4)再次fork并杀掉首进程.
这样就确保了子进程不是一个会话首进程， 根据linux中获取终端的规则（只有会话首进程才能请求一个控制终端）， 这样进程永远不会重新请求一个控制终端

(5)将当前工作目录更改为根目录。
从父进程处继承过来的当前工作目录可能在一个挂载的文件系统中。因为守护进程通常在系统再引导之前是一直存在的，所以如果守护进程的当前工作目录在一个挂载文件系统中，那么该文件系统就不能被卸载。
或者，某些守护进程还可能会把、与前工作目录更改到某个指定位置，并在此位置进行它们的
全部工作。例如，如果守护进程的当前工作目录是/usr/home目录，那么管理员在卸载/usr分区时会报错的。为了避免这个问题，可以调用chdir()函数将工作目录设置为根目录/。

(6)关闭不再需要的文件描述符。
这使守护进程不再持有从其父进程继承来的任何文件描述符（父进程可能是shell进程，或某个其他进程）。
可以使用open_max函数（见2.17节）或
getrlimit函数（见7.11节）来判定最高文件描述符值，并关闭直到该值的所有描述符。

(7) (这一步不是必要的)某些守护进程打开/dev/null使其具有文件描述符0、l和2．这样，任何一个试图读标准输入、写标准输出或标准错误的库例程都不会产生任何效果。
因为守护进程并不与终端设备相关联，所以其输出无处显示，也无处从交互式用户那里接收输入。
即使守护进程是从交互式会话启动的，但是守护进程是在后台运行的，所以登录会话的终止并不影响守护进程。如果其他用户在同一终端设备上登录，我们不希望在该终端上见到守护进程的输出，用户也不期望他们在终端上的输入被守护进程读取。
(

在关闭了文件描述符0、1和2之后，daemon通常会打开/dev/null并使用dup2()（或类似
的函数）使所有这些描述符指向这个设备。之所以要这样做是因为下面两个原因 :

  • 它确保了当daemon调用了在这些描述符上执行I/O的库函数时不会出乎意料地
    失败。
  • 它防止了daemon后面使用描述符1或2打开…个文件的情况，因为库函数会将这些
    描述符当做标准输出和标准错误来写入数据（进而破坏了原有的数据）。

)

进程组与会话

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                   会      话
                 /     |      \
               /       |       \
             /         |         \
     前台进程组     后台进程组1     后台进程组2 ...
   /    |   \     /    |   \      /    |   \
进程1 进程2 ...  进程3 进程4 ...       ...

进程组

　　进程组就是一系列相互关联的进程集合，系统中的每一个进程也必须从属于某一个进程组；每个进程组中都会有一个唯一的 ID(process group id)，简称 PGID；PGID 一般等同于进程组的创建进程的 Process ID，而这个进进程一般也会被称为进程组先导 (process group leader)，同一进程组中除了进程组先导外的其他进程都是其子进程；
　　进程组的存在，方便了系统对多个相关进程执行某些统一的操作，例如，我们可以一次性发送一个信号量给同一进程组中的所有进程。

又例如:

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$ ps -o pid,pgid,ppid,comm | cat
    PID  PGID  PPID  COMMAND
    10179  10179 10177 bash
    10263  10263 10179 ps
    10264  10263 10179 cat

下边通过简单的示例来理解进程组

bash：进程和进程组ID都是 10179，父进程其实是 sshd(10177)
ps：进程和进程组ID都是 10263，父进程是 bash(10179)，因为是在 Shell 上执行的命令
cat：进程组 ID 与 ps 的进程组 ID 相同，父进程同样是 bash(10179)

会话

　　会话（session）是一个若干进程组的集合，同样的，系统中每一个进程组也都必须从属于某一个会话；一个会话只拥有最多一个控制终端（也可以没有），该终端为会话中所有进程组中的进程所共用。一个会话中前台进程组只会有一个，只有其中的进程才可以和控制终端进行交互；除了前台进程组外的进程组，都是后台进程组；和进程组先导类似，会话中也有会话先导 (session leader) 的概念，用来表示建立起到控制终端连接的进程。在拥有控制终端的会话中，session leader 也被称为控制进程(controlling process)，一般来说控制进程也就是登入系统的 shell 进程(login shell)；


执行睡眠后台进程 sleep 50 & 之后，通过　ps 命令查看该进程及 shell 信息如上图：

  • PPID 指父进程 id；
  • PID 指进程 id；
  • PGID 指进程组 id
  • SID 指会话 id；
  • TTY 指会话的控制终端设备；
  • COMMAND 指进程所执行的命令
  • TPGID 指前台进程组的 PGID。

dup介绍

函数原型 : int dup( int oldfd )

dup() 调用复制一个打开的文件描述符 oldfd , 并返回一个新描述符, 二者都指向同一打开的文件句柄. 系统会保证新描述符一定是编号值最低的未用文件描述符.

假设发起如下调用 :

newfd = dup(1);

再假定在正常情况下, shell已经代表程序打开了文件描述符0, 1和2, 且没有其他描述符在用, dup()调用会创建文件描述符1的副本, 返回的文件描述符编号值为3.

如果希望返回的文件描述符为2, 可以使用如下技术 :

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close(2);
newfd = dup(1);

只有当描述符 0 已经打开时, 这段代码方可工作.

dup2介绍

如果想进一步简化上述代码, 同时总是能获得所期望的文件描述符, 可以调用dup2().

函数原型 : int dup2( int oldfd, int newfd )

dup2函数跟dup函数相似，但dup2函数允许调用者规定一个有效描述符和目标描述符的id

。dup2函数成功返回时，目标描述符（dup2函数的第二个参数）将变成源描述符（dup2函数的

第一个参数）的复制品，换句话说，两个文件描述符现在都指向同一个文件，并且是函数第一

个参数指向的文件。

下面我们用一段代码加以说明：

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int oldfd;   
oldfd = open("app_log", (O_RDWR | O_CREATE), 0644 );    
dup2( oldfd, 1 );    
close( oldfd );

本例中，我们打开了一个新文件，称为“app_log”，并收到一个文件描述符，该描述符

叫做fd1。我们调用dup2函数，参数为oldfd和1，这会导致用我们新打开的文件描述符替换掉

由1代表的文件描述符（即stdout，因为标准输出文件的id为1）。任何写到stdout的东西，现

在都将改为写入名为“app_log”的文件中。

umask介绍

当我们登录系统之后创建一个文件总是有一个默认权限的，那么这个权限是怎么来的呢？这就是umask干的事情。umask设置了用户创建文件的默认 权限，它与chmod的效果刚好相反，umask设置的是权限“补码”，而chmod设置的是文件权限码。

如何计算umask

umask 命令允许你设定文件创建时的缺省模式，对应每一类用户(文件属主、同组用户、其他用户)存在一个相应的umask值中的数字。对于文件来说，这一数字的最 大值分别是6。系统不允许你在创建一个文本文件时就赋予它执行权限，必须在创建后用chmod命令增加这一权限。目录则允许设置执行权限，这样针对目录来 说，umask中各个数字最大可以到7。

例如，对于umask值0 0 2，相应的文件和目录缺省创建权限是什么呢？

第一步，我们首先写下目录具有全部权限的模式，即777 (所有用户都具有读、写和执行权限)。
第二步，在下面一行按照umask值写下相应的位，在本例中是0 0 2。
第三步，在接下来的一行中记下上面两行中没有匹配的位。这就是目录的缺省创建权限。
稍加练习就能够记住这种方法。
第四步，对于文件来说，在创建时不能具有执行权限，只要拿掉相应的执行权限比特即可。
这就是上面的例子， 其中umask值为0 0 2：
1) 文件的最大权限 rwx rwx rwx (777)
2) umask值为0 0 2 — — -w-
3) 目录权限 rwx rwx r-x (775) 这就是目录创建缺省权限
4) 文件权限 rw- rw- r– (664) 这就是文件创建缺省权限

下面是另外一个例子，假设这次u m a s k值为0 2 2：
1) 文件的最大权限 rwx rwx rwx (777)
2 ) u m a s k值为0 2 2 — -w- -w-
3) 目录权限 rwx r-x r-x (755) 这就是目录创建缺省权限
4) 文件权限 rw- r– r– (644) 这就是文件创建缺省权限

创建守护进程的例子程序

下面是becomeDaemon()函数的实现，becomeDaeomon()函数接收一个位掩码参数flags，它允许调用者有选择地执行其中的步
骤，具体可参考注释。

become_daemon.h
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#ifndef BECOME_DAEMON_H             /* Prevent double inclusion */
#define BECOME_DAEMON_H

/* Bit-mask values for 'flags' argument of becomeDaemon() */

#define BD_NO_CHDIR           01    /* Don't chdir("/") */
#define BD_NO_CLOSE_FILES     02    /* Don't close all open files */
#define BD_NO_REOPEN_STD_FDS  04    /* Don't reopen stdin, stdout, and
                                       stderr to /dev/null */
#define BD_NO_UMASK0         010    /* Don't do a umask(0) */

#define BD_MAX_CLOSE  8192          /* Maximum file descriptors to close if
                                       sysconf(_SC_OPEN_MAX) is indeterminate */

int becomeDaemon(int flags);

#endif
become_daemon.c
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#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include "become_daemon.h"
#include "tlpi_hdr.h"

int                                     /* Returns 0 on success, -1 on error */
becomeDaemon(int flags)
{
    int maxfd, fd;

    switch (fork()) {                   /* Become background process */
    case -1: return -1;
    case 0:  break;                     /* Child falls through... */
    default: _exit(EXIT_SUCCESS);       /* while parent terminates */
    }

    if (setsid() == -1)                 /* Become leader of new session */
        return -1;

    switch (fork()) {                   /* Ensure we are not session leader */
    case -1: return -1;
    case 0:  break;
    default: _exit(EXIT_SUCCESS);
    }

    if (!(flags & BD_NO_UMASK0))
        umask(0);                       /* Clear file mode creation mask */

    if (!(flags & BD_NO_CHDIR))
        chdir("/");                     /* Change to root directory */

    if (!(flags & BD_NO_CLOSE_FILES)) { /* Close all open files */
        maxfd = sysconf(_SC_OPEN_MAX);
        if (maxfd == -1)                /* Limit is indeterminate... */
            maxfd = BD_MAX_CLOSE;       /* so take a guess */

        for (fd = 0; fd < maxfd; fd++)
            close(fd);
    }

    if (!(flags & BD_NO_REOPEN_STD_FDS)) {

        // /* Standard file descriptors. */
        // #define STDIN_FILENO 0 /* Standard input. */
        // #define STDOUT_FILENO 1 /* Standard output. */
        // #define STDERR_FILENO 2 /* Standard error output. */

        close(STDIN_FILENO);            /* Reopen standard fd's to /dev/null */

        fd = open("/dev/null", O_RDWR); // open 返回的文件描述符一定是最小的未被使用的描述符。

        if (fd != STDIN_FILENO)         /* 'fd' should be 0 */
            return -1;
        if (dup2(STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO)
            return -1;
        if (dup2(STDIN_FILENO, STDERR_FILENO) != STDERR_FILENO)
            return -1;
    }

    return 0;
}

nohup和setsid用法

如果我们要在退出shell的时候继续运行进程，则需要

  • setsid将父进程设为init进程
  • 使用nohup忽略SIGHUP信号

注: (SIGHUP 信号在 用户终端连接 (正常或非正常) 结束 时发出, 通常是在终端的控制进程结束时, 通知同一 session 内的各个作业, 这时它们与控制终端不再关联. 系统对 SIGHUP 信号的默认处理是终止收到该信号的进程。所以若程序中没有捕捉该信号，当收到该信号时，进程就会退出。)，

setid

nohup详解

nohup介绍用途: 不挂断地运行命令。

语法：nohup Command [Arg …] [　& ]

  • 无论是否将 nohup 命令的输出重定向到终端，输出都将附加到当前目录的 nohup.out 文件中。
  • 如果当前目录的 nohup.out 文件不可写，输出重定向到 $HOME/nohup.out 文件中。
  • 如果没有文件能创建或打开以用于追加，那么 Command 参数指定的命令不可调用。

退出状态：该命令返回下列出口值：

  • 126 可以查找但不能调用 Command 参数指定的命令。
  • 127 nohup 命令发生错误或不能查找由 Command 参数指定的命令。否则 nohup 命令的退出状态是 Command 参数指定命令的退出状态。

nohup和&的关系

使用nohup 运行程序:

  • 输出重定向，默认重定向到当前目录下 nohup.out 文件
  • 使用 Ctrl + C 发送 SIGINT 信号，程序关闭
  • 关闭 Shell Session 发送 SIGHUP 信号，程序免疫使用

& 运行程序：

  • 程序转入后台运行
  • 结果会输出到终端
    -使用 Ctrl + C 发送 SIGINT 信号，程序免疫
  • 关闭 Shell session 发送 SIGHUP 信号，程序关闭

nohup和&使用实例

一般两个一起组合使用不会受 Ctrl C 和 Shell 关闭的影响： 

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# 最简单的后台运行
nohup command &
# 输出默认重定向到当前目录下 nohup.out 文件
nohup python main.py &  
# 自定义输出文件(标准输出和错误输出合并到 main.log)
nohup python main.py >> main.log 2>&1 & 
# 与上一个例子相同作用的简写方法
nohup python main.py &> main.log &
# 不记录输出信息
nohup python main.py &> /dev/null &
# 不记录输出信息并将程序的进程号写入 pidfile.txt 文件中，方便后续杀死进程
nohup python main.py &> /dev/null & echo $! > pidfile.txt

由于使用 nohup 时，会自动将输出写入 nohup.out 文件中，如果文件很大的话，nohup.out 就会不停的增大，
我们可以利用 Linux 下一个特殊的文件 /dev/null 来解决这个问题，这个文件就相当于一个黑洞，任何输出到这个文件的东西都将消失 只保留输出错误信息 nohup command >/dev/null 2>log & 所有信息都不要 nohup command >/dev/null 2>&1 &

这里解释一下后面的 2>&1 。参考重定向知识

其他相关命令

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# 结束当前任务
ctrl+c
# 将一个正在前台执行的命令放到后台，并且处于暂停状态
ctrl+z
# 查看任务，返回任务编号 和 进程号
jobs -l
# 将一个在后台暂停的命令，变成在后台继续执行。如果后台中有多个命令，可以用 bg %jobnumber 将选中的命令调出。
bg %jobnumber
# 将后台中的命令调至前台继续运行。如果后台中有多个命令，可以用 fg %jobnumber（是命令编号，不是进程号）将选中的命令调出
fg %jobnumber

实战

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b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ nohup ./o_multi_thread_process &
[1] 3487
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ nohup: ignoring input and appending output to ‘nohup.out’
^C
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ jobs
[1]+  Running                 nohup ./o_multi_thread_process &
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ ps -ef | grep multi
b         3487  3004  0 20:05 pts/3    00:00:00 ./o_multi_thread_process
b         3488  3487  0 20:05 pts/3    00:00:00 ./o_multi_thread_process
b         3491  3004  0 20:05 pts/3    00:00:00 grep --color=auto multi
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ bg %1
bash: bg: job 1 already in background
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ fg %1
nohup ./o_multi_thread_process
^Z
[1]+  Stopped                 nohup ./o_multi_thread_process
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ bg %1
[1]+ nohup ./o_multi_thread_process &
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ jobs -l
[1]+  3487 Running                 nohup ./o_multi_thread_process &
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ fg %1
nohup ./o_multi_thread_process
^C
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ jobs
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ ps -ef | grep multi
b         3499  3004  0 20:11 pts/3    00:00:00 grep --color=auto multi
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ setsid ./o_multi_thread_process &
[1] 3502
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ ProcessA: 3503 step1
ProcessA: 3503 thread 139947724490496 step2
ProcessA: 3503 thread 139947724490496 step3
ProcessB: 3504 step1
ProcessB: 3504 step2
ProcessB: 3504 step3
^C
[1]+  Done                    setsid ./o_multi_thread_process
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ ps -ef | grep multi
b         3503  1256  0 20:12 ?        00:00:00 ./o_multi_thread_process
b         3504  3503  0 20:12 ?        00:00:00 ./o_multi_thread_process
b         3507  3004  0 20:12 pts/3    00:00:00 grep --color=auto multi
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ jobs

disown用法

那么对于已经在后台运行的进程，如果我们要在退出shell的时候继续运行进程, 该怎么办呢？可以使用disown命令

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b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ ./o_multi_thread_process &
[1] 3523
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ ProcessA: 3523 step1
ProcessA: 3523 thread 140501901821696 step2
ProcessA: 3523 thread 140501901821696 step3
ProcessB: 3524 step1
ProcessB: 3524 step2
ProcessB: 3524 step3
^C
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ jobs -l
[1]+  3523 Running                 ./o_multi_thread_process &
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ disown -h %1
b@b-VirtualBox:~/my_temp_test$ jobs
[1]+  Running                 ./o_multi_thread_process &

重定向知识

在 shell 脚本中，默认情况下，总是有三个文件处于打开状态，标准输入 (键盘输入)、标准输出（输出到屏幕）、标准错误（也是输出到屏幕），它们分别对应的文件描述符是 0，1，2 。

  • 的意思是把标准输出重定向，与 1> 相同

  • 2>&1 的意思是把 标准错误输出 重定向到 标准输出.
  • &>file 的意思是把标准输出 和 标准错误输出 都重定向到文件 file 中
  • /dev/null 是一个文件，这个文件比较特殊，所有传给它的东西它都丢弃掉

举例说明:

当前目录只有一个文件 a.txt.

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[root@redhat box]# ls  
a.txt  
[root@redhat box]# ls a.txt b.txt  
ls: b.txt: No such file or directory

由于没有 b.txt 这个文件, 于是返回错误值, 这就是所谓的 2 输出
a.txt 而这个就是所谓的 1 输出

再接着看:

[root@redhat box]# ls a.txt b.txt 1>file.out 2>file.err
执行后, 没有任何返回值. 原因是, 返回值都重定向到相应的文件中了, 而不再前端显示

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[root@redhat box]# cat file.out  
a.txt  
[root@redhat box]# cat file.err  
ls: b.txt: No such file or directory

一般来说, “1>” 通常可以省略成 “>”.
即可以把如上命令写成: ls a.txt b.txt >file.out 2>file.err
有了这些认识才能理解 “1>&2” 和 “2>&1”.

1>&2 正确返回值传递给 2 输出通道 &2 表示 2 输出通道
如果此处错写成 1>2, 就表示把 1 输出重定向到文件 2 中.
2>&1 错误返回值传递给 1 输出通道, 同样 & 1 表示 1 输出通道.
举个例子.

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[root@redhat box]# ls a.txt b.txt 1>file.out 2>&1
[root@redhat box]# cat file.out  
ls: b.txt: No such file or directory  
a.txt

现在, 正确的输出和错误的输出都定向到了 file.out 这个文件中, 而不显示在前端.
补充下, 输出不只 1 和 2, 还有其他的类型, 这两种只是最常用和最基本的.

例如：
rm -f $(find / -name core) &> /dev/null，

/dev/null 是一个文件，这个文件比较特殊，所有传给它的东西它都丢弃掉。

例如：
注意，为了方便理解，必须设置一个环境使得执行 grep da * 命令会有正常输出和错误输出，然后分别使用下面的命令生成三个文件：

1
2
3
4
grep da * > greplog1  
grep da * > greplog2 1>&2     
grep da * > greplog3 2>&1
grep da * 2> greplog4 1>&2

  • 查看 greplog1 会发现里面只有正常输出内容
  • 查看 greplog2 会发现里面什么都没有
  • 查看 greplog3 会发现里面既有正常输出内容又有错误输出内容
  • 查看 greplog4 会发现里面既有正常输出内容又有错误输出内容