在linux中开发守护程序

linux下的守护程序（daemon）对应于windows下的服务程序。长期运行于后台。通常不提供UI支持，随系统启动而启动。守护程序的启动和停止指令通常为（以apache2为例）：service apache2 start/stop在前面的博客中有一篇《基于linux TCP的select服务器》，本文以该服务器的代码为基础，将其改造为一个daemon程序，实现用service *** start / stop来控制其启动和停止。并进而实现开机启动。在《unix环境高级编程》中，守护程序的创建异常复杂。主要包含以下步骤：（1）创建子进程，父进程退出。（2）在子进程中中创建新会话（3）设置当前目录为根目录（4）重设文件权限掩码（5）关闭文件描述符因为《unix环境高级编程》和《Linux/UNIX系统编程手册》中均提供了例子。故本文不对此过程作演示。既然创建daemon程序的流程已固定，是否我们每次都要造轮子呢？好在linux中提供了一个系统调用可以直接使进程变为守护程序:int daemon(int nochdir, int noclose);下面来看守护程序的代码：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <unordered_map>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

//int->fd
//string->ip&port
unordered_map<int, string> clients_addr;

int main(int argc, char const *argv[])
{
daemon(0,0);
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK | SOCK_CLOEXEC, IPPROTO_TCP );
struct sockaddr_in serv;
serv.sin_family = AF_INET;
serv.sin_port = htons(5000);
serv.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

int on = 1;
int connfd;
if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
{
perror("setsockopt");
exit(EXIT_FAILURE);
}

if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv)) < 0)
{
perror("bind");
exit(EXIT_FAILURE);
}

if (listen(listenfd, 3) < 0)
{
perror("listen");
exit(EXIT_FAILURE);
}

sockaddr_in peer_addr;
socklen_t peer_addr_len = sizeof(peer_addr);
int maxfd = listenfd;

fd_set fdall, fdread;
FD_ZERO(&fdall);
FD_SET(listenfd, &fdall);
// printf("listen fd = %d\n",listenfd);
while (1)
{
fdread = fdall;
int ret = select(maxfd + 1, &fdread, NULL, NULL, NULL);
if (ret == -1)
{
perror("select");
exit(EXIT_FAILURE);
}

if (ret == 0)
{
continue;
}

for (int i = 0; i <= maxfd; i++)
{
if (FD_ISSET(i, &fdread))
{
if (i == listenfd)
{
connfd = accept4(listenfd, (struct sockaddr *)&peer_addr, &peer_addr_len, SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK);
char ip_str_buf[1024];
sprintf(ip_str_buf, "%s:%d", inet_ntoa(peer_addr.sin_addr), ntohs(peer_addr.sin_port));

clients_addr[connfd] = ip_str_buf;
cout << clients_addr[connfd] << "-->" << "login" << endl;

FD_SET(connfd, &fdall);
if (maxfd < connfd)
{
maxfd = connfd;
}
}
else
{
char msg_buf[1024] = {0x00};
ret = recv(i, msg_buf, sizeof(msg_buf), 0);
if (ret == -1)
{
perror("recv");
exit(EXIT_FAILURE);
}

if (ret == 0)
{
close(i);
FD_CLR(i, &fdall);
cout << clients_addr[i] << "-->" << "log out" << endl;
}
else
{
cout << clients_addr[i] << "-->" << msg_buf << endl;
ret = send(i, msg_buf, sizeof(msg_buf), 0);
}

}
}

}

}

return 0;
}

和之前博文中代码没有大的区别，只是在程序入口处增加了一个daemon系统调用。

代码中需要注意的是：

（1）没有给出客户端代码。客户端测试可用telnet或netcat。（建议使用netcat，因为telnet只支持TCP，而netcat对TCP/UDP都提供了支持）

（2）使用了C++11标准中的容器unordered_map(哈希表)来存储ip地址。这意味着编译时需要添加-std=c++11或-std=c++0x选项。在使用只支持C++03/98的旧编译器时可使用std::map（红黑树）来替代本文中的unordered_map。

此时服务端代码已经完成。下一步是实现service *** start/stop命令对其进行管理的支持。

linux通过shell脚本来完成此工作。

在etc/init.d中创建一个shell脚本daemon_test (不要忘记添加可执行权限！)

#!bin/bash
prog=/home/vagrant/learn_linux/daemon/daemon_test
lock=/home/vagrant/learn_linux/daemon/test.lock

start(){
$prog start
echo "daemon_test starting"
touch $lock
}
stop(){
sudo  pkill daemon_test
rm -rf $lock
}
status(){
if [ -e $lock ];then
echo "daemon_test running"
else
echo "daemon_test already stoped"
fi
}
restart(){
stop
start
}
case "$1" in
"start")
start
;;
"stop")
stop
;;
"status")
status
;;
"restart")
restart
;;
*)
# echo "??:$0 start|stop|status|restart"
;;
esac

脚本代码中需要注意的地方：

（1）脚本中的prog是进程文件的绝对路径，lock是锁定文件的绝对路径。

（2）在stop函数中通常使用killproc指令来结束进程。我的系统（ubuntu 14.04.3）对这个命令没有支持。因此使用pkil来代替。

此时就可以用service daemon_test start/stop来管理守护程序了。

还剩下最后一步：将守护程序设置为开机启动。

有三种办法：（1）RHEL/centos支持的chkconfig。（2）debian/ubuntu支持的update-rc.d （3）即将成为linux事实标准的systemd

我的系统（ubuntu 14.04.3）只提供了对（2）的支持。故暂选择使用 update-rc.d ：

update-rc.d daemon_test defaults 99

如此守护程序daemon_test便可开机启动了。

在程序作了改动或代码重新编译之后，要先删掉开机启动项然后重新添加才能生效。删除指令如下：

update-rc.d -f daemon_test remove

至此本文的目的已达到。

PS：（1）笔者曾接触过windows下服务程序的开发。仅仅从windows 服务与linux daemon的开发对比来看，不得不说还是linux对程序员更友好。。。

（2）本文中前面的守护进程代码没有对信号做处理，错误处理也可抽出来。因仅作示例之用，没做优化。

（3）文中使用的编译器是gcc(g++) 4.6.3。

（4）本文中提到的服务/守护程序不等于通常所说客户/服务器模型中的“服务端程序”。两者不是一个概念。

（5） daemon调用不是posix标准的一部分，最早出现在bsd 4.4中。