网络入门---守护进程

什么是守护进程

在前面的学习过程中我们知道了如何使用TCP协议和UDP协议来实现通信，比如说登录xshell运行了服务端：

然后再登录一个xshell运行客户端并向服务端发送信息：

服务端就会将接收到的消息打印出来：

但是这里就存在这么一个疑问？我们把运行服务端的xshell关掉这里的通信还能正常的实现吗？



可以看到把运行服务端的xshell关闭之后客户端也会跟着出现问题，那么这是不符合我们的预期的，我们希望看到的是：服务端的运行不受xshell的登录或者注销的影响，除非我们手动的使用kill指令将其关闭，那么我们把不受用户登录或者注销的进程称之为守护进程，那么本篇文章就要将我们之前写的程序变成守护进程。

会话的理解

首先我们的linux服务器就就是下面图片的一个大方框，xshell就是下面图片中的一个小方框：

每当我们登录xshell的时候，xshell就会在linux主机上创建一个会话，在会话里面就有一个进程用来做命令行解释器也就是bash：

然后在这个会话里面我们还可以创建其他的进程（也可以叫做任务或者作业）

在一个会话里面只能同时存在一个前台任务和一个或者多个后台任务，比如说当前的前台任务就是命令行解释器bash，我们可以通过bash执行各种指令：

但是将TCP的服务端运行之后我们可以看到这些指令是无法执行了：

那么这就是因为一个会话只能有一个前台进程，运行了服务端可执行程序之后服务端就变成了前台，bash就来到了后台，所以这个时候我们输入的指令是无法被bash读取的，我们先让程序终止然后在运行程序的指令后面添加&符号就可以让一个程序在后端运行不影响bash的指令读取：

使用jobs指令可以查看当前会话有几个后台进程正在运行，因为我们就运行了一个所以下面的图片就只显示了一个：

我们可以再使用sleep指令在后台多运行几个进程，然后就可以看到jobs显示的后台任务会变多：

最前面的数字表示这是几号作业，tcpserver就是2号作业，sleep 3 4 5就是3号作业，sleep 6 7 8就是4号作业，数字后面的Running就表示当前的作业是运行状态，使用grep指令查看进程就可以看到下面这样的内容：

仔细的观察不难发现进程sleep3 4 5的pid分别为3574 3575 3576是一段连续数字，进程sleep 6 7 8的pid分别为3651 3652 3653又是另外一段连续的数字，进程的pid如果是连续的话就说明这些进程之间的关系是兄弟关系，这些兄弟进程就属于同一个进程组，也就是说sleep345是一个进程组，sleep678又是另外一个进程组，一个进程组中可能会存在多个兄弟进程，但是一个进程组中必须得有一个老大，这个老大就是进程组中第一个被创建的进程，大家网上翻一下就不难发现sleep 30000是进程组中第一个被创建的，sleep 60000也是进程组中第一个被创建，每个进程都有一个PGID来记录当前组的组长是谁，如果自己的PID和PGID相等的话就说明你就是组长，该组其他的兄弟进程的PGID就记录着你的PID：

一个进程组的所用成员共同来完成一个作业，这就好比工地中的甲方会讲工地上的各种任务分给多个包工头，那么包工头就是组长，包工头又会号召很多其他的工人来共同完成不同的任务。图片中还有一个SID：

虽然当前的sleep进程分为两个不同的进程组，但是这些进程组成员的SID都是一样的都为2373，那么这个SID就是xshell给我们创建的会话id，SID的全称就是session id。使用指令fg加作业号可以将后台的作业调整到前台来运行：

使用ctrl +z就可以将前台作业全部暂停，暂停之后就会默认将bash调到前台继续运行，并且通过jobs指令也可以看到3号作业的状态由之前的running变成stoped

使用指令bg加作业号就可以将后台暂停的作业变成运行状态：

所以通过上面的实验我们证明了一个会话中可以存在多个进程，这些进程中只能有一个是前台进程但是可以有多个后台进程，并且不同的进程可以通过指令来做到前后台转换，创建一个会话的时候会创建多个进程或者作业，那么当我们关闭xshell时这个会话就会被销毁，那销毁之后这个会话创建出来的是前台进程还是后台进程都将不复存在这也是为什么上面xshell关闭之后服务端不能正常运行的原因，那么要想服务端不受xshell关闭的影响我们就得自成会话，自成进程组和终端设备无关就好比要想不受老板的骂要想不被强制加班就得主动辞职自己创建一个公司当老板：

setsid函数

实现守护进程有很多的方式，其中操作系统以及给我们提供了专门用来实现守护进程的接口deamon

但是该接口在实现的过程中会遇到很多未定义的问题，所以我们接下来在实现守护进程的时候就不使用该接口而是自己模拟实现一个daemon函数。要想实现守护进程就必须得调用setsid函数：

该函数的作用就是哪个进程调用setsid函数哪个进程就能够自成一个会话，会话的id就是该进程的pid，该进程也就变成了组长，进程调用该函数有一个前提就是该进程不能是组长，只有非组长进程才能调用setsid函数，这就好比只有普通员工跳槽辞职创建公司当老板，哪有公司老板辞职又去创建公司的呢！

daemonSelf函数模拟实现

该函数我们主要完成下面三件事情，第一：让调用进程忽略掉异常的信号，因为有些客户端可能会搞事情，比如说客户端给服务端发送了一条消息，服务端刚准备发送一条消息给客户端时，客户端就关闭这就好比向一个已经关闭的文件中写入内容，这时就会收到异常的信号从而影响到服务端的运行，所以第一步就是忽略掉一些异常信号，第二：因为组长进程无法调用setsid函数所以第二件事就是如何让当前的调用进程不再是组长。第三：因为守护进程是脱离终端的那所以就不需要向终端的上面显示数据和读取数据，所以就需要关闭或者重定向之前进程默认打开的一些文件。

void daemonSelf()
{
    //忽略掉一些异常信号

    //让自己不再是组长

    //关闭之前默认打开的文件
}

第一件事情很简单直接使用signal函数将SIGPIPE信号忽略即可：

void daemonSelf()
{
    //忽略掉一些异常信号
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

    //让自己不再是组长

    //关闭之前默认打开的文件
}

对于第二件事我们可以创建使用fork函数创建一个子进程，因为父进程先被创建所以他就是组长，子进程不是，那么我们就可以通过if语句和exit让父进程直接退出，子进程执行setsid函数，setsid可能会执行失败，所以创建一个变量记录函数的返回值并判断会不会出现错误：

void daemonSelf()
{
    //忽略掉一些异常信号
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

    //让自己不再是组长 
    if (fork() > 0)
        exit(0);
    // 子进程 -- 守护进程，精灵进程，本质就是孤儿进程的一种！
    pid_t n = setsid();
    assert(n != -1);
    //关闭之前默认打开的文件
}

第三件事我们不能直接关闭默认打开的0 1 2文件，因为我们不能完全保证调用的程序中不会向这些文件发送或者读取问题，一旦出现了就可能会出现问题，所以我们这里就采用这样的方法，系统中存在这么一个文件：/dev/null，他是一个黑洞文件任何进程都可以向他发送任何的数据，但是任何进程也不能从这个文件中读取到任何的数据

所以为了防止出现上面所述的问题，我们可以将0 1 2重定向到黑洞文件里面，所以我们这里先使用open函数打开黑洞文件，如果打开成功就使用dup2重定向，如果打开失败就只能关闭0 1 2，那么这里的代码如下：

#define DEV "/dev/null"

void daemonSelf(const char *currPath = nullptr)
{
    // 1. 让调用进程忽略掉异常的信号
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

    // 2. 如何让自己不是组长，setsid
    if (fork() > 0)
        exit(0);
    // 子进程 -- 守护进程，精灵进程，本质就是孤儿进程的一种！
    pid_t n = setsid();
    assert(n != -1);

    // 3. 守护进程是脱离终端的，关闭或者重定向以前进程默认打开的文件
    int fd = open(DEV, O_RDWR);
    if(fd >= 0)
    {
        dup2(fd, 0);
        dup2(fd, 1);
        dup2(fd, 2);

        close(fd);
    }
    else
    {
        close(0);
        close(1);
        close(2);
    }
}

完成了上面三步我们就基本上实现了该函数的主要内容，但是在函数最后我们还可以做一些其他的事情比如说切换当前进程的执行路径等等，那么完整的代码就如下：

#pragma once

#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <cstdlib>
#include <cassert>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define DEV "/dev/null"

void daemonSelf(const char *currPath = nullptr)
{
    // 1. 让调用进程忽略掉异常的信号
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

    // 2. 如何让自己不是组长，setsid
    if (fork() > 0)
        exit(0);
    // 子进程 -- 守护进程，精灵进程，本质就是孤儿进程的一种！
    pid_t n = setsid();
    assert(n != -1);

    // 3. 守护进程是脱离终端的，关闭或者重定向以前进程默认打开的文件
    int fd = open(DEV, O_RDWR);
    if(fd >= 0)
    {
        dup2(fd, 0);
        dup2(fd, 1);
        dup2(fd, 2);

        close(fd);
    }
    else
    {
        close(0);
        close(1);
        close(2);
    }

    // 4. 可选：进程执行路径发生更改

    if(currPath) chdir(currPath);
}

测试

#include"tcpserver.hpp"
#include<memory>
#include<stdlib.h>
#include"daemon.hpp"
#include"log.hpp"
static void Usage(string proc)
{
    cout << "\nUsage:\n\t" << proc << " serverport\n\n";
}
int main(int args,char* argv[])
{
    int sock=3;
    if(args!=2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(1);
    }
    uint16_t port=atoi(argv[1]);
    unique_ptr<tcpserver> tcil(new tcpserver(port));
    tcil->inittcpserver();
    daemonSelf();
    tcil->start();
    return 0;
}

在服务端运行之前我们先调用daemon函数使其变成守护进程，然后运行服务端：

可以看到运行之后bash依然存在，然后我们再运行客户端：

是可以直接运行的，并且我们关掉服务端再输入消息时也不会有任何的影响：

那么这就是守护进程的概念和模拟实现，希望大家能够理解。