守护进程 Daemon 是什么？

什么是守护进程?

守护进程(Daemon) 是一种在后台运行的特殊进程， 它独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件。守护进程常常在系统启动时开始运行， 在系统关闭时才结束。它们为系统提供了各种各样的服务， 是现代操作系统中不可或缺的组成部分。

守护进程的特征

1. 生存期长： 通常在系统启动时创建， 系统关闭时才结束。
2. 在后台运行： 没有控制终端， 不与用户直接交互。
3. 脱离控制终端： 不受终端登出、关闭等操作的影响。
4. 通常以超级用户(root) 权限运行。
5. 周期性执行任务或等待响应某些事件。

守护进程的创建步骤

创建一个守护进程通常需要以下步骤：

1. 创建子进程， 父进程退出
2. 在子进程中创建新会话
3. 改变当前工作目录
4. 重设文件权限掩码
5. 关闭打开的文件描述符

1. 创建子进程， 父进程退出

这一步通过 fork() 系统调用来实现。父进程退出后， 子进程成为孤儿进程， 被 init 进程(PID 为 1 的进程) 收养。

pid_t pid = fork();

if(pid < 0) {
 exit(EXIT_FAILURE);
} else if(pid > 0) {
 exit(EXIT_SUCCESS);
}

2. 在子进程中创建新会话

使用 setsid() 函数创建新的会话， 使子进程成为新会话的首进程。这样可以确保进程不再与原来的控制终端相关联。

if(setsid() < 0) {
 exit(EXIT_FAILURE);
}

3. 改变当前工作目录

通常将工作目录改为根目录， 以避免占用可能被卸载的文件系统。

if(chdir("/") < 0) {
 exit(EXIT_FAILURE);
}

4. 重设文件权限掩码

将文件权限掩码设置为 0，确保守护进程创建的文件具有正确的权限。

umask(0);

5. 关闭打开的文件描述符

关闭所有从父进程继承的打开的文件描述符， 包括标准输入、标准输出和标准错误。

for(int i = 0; i < MAXFD; i++) {
 close(i);
}

守护进程的应用场景

守护进程在现代操作系统中有广泛的应用，常见的应用场景如下：

• 系统日志(syslogd)： 记录系统事件和应用程序日志。
• 网络服务(httpd， sshd)： 提供 Web 服务、远程登录等功能。
• 定时任务(crond)： 定期执行预定的任务。
• 打印服务(cupsd)： 管理打印任务和打印机。
• 数据库服务(mysqld)： 管理数据库的运行和数据存取。
• 设备管理(udevd)： 动态管理/dev 目录下的设备文件。
• 名称解析(named)： 提供 DNS 服务。

守护进程的管理

在 Unix/Linux 系统中， 有多种方法可以管理守护进程：

• 系统启动脚本： 通过/etc/init.d/目录下的脚本启动和停止守护进程。
• systemd： 现代 Linux 系统中使用的初始化系统和服务管理器。
• 进程管理工具： 如 supervisord， 可以监控和控制多个进程。

使用 systemd 管理守护进程的示例：

# 启动服务
Sudo systemctl start my_daemon. Service
# 停止服务
Sudo systemctl stop my_daemon. Service
# 重启服务
Sudo systemctl restart my_daemon. Service
# 查看服务状态
Sudo systemctl status my_daemon. Service

守护进程的调试

调试守护进程可能比调试普通进程更具挑战性，因为它们在后台运行且没有控制终端。可以尝试的一些调试守护进程的方法如下：

• 日志文件： 守护进程应该将重要的事件和错误信息记录到日志文件中。
• 信号处理：实现信号处理函数，允许通过发送信号来触发特定的行为（如重新加载配置）。
• 调试模式： 添加一个调试模式， 在此模式下守护进程可以在前台运行并输出调试信息。
• 核心转储： 配置系统以在守护进程崩溃时生成核心转储文件。
• 系统调用跟踪： 使用 strace 工具跟踪守护进程的系统调用。

守护进程的安全性问题

在开发和部署守护进程时，需要考虑一些安全性问题，包括如下：

• 最小权限原则： 守护进程应该以最小必要的权限运行。
• 资源限制： 使用 setrlimit() 函数限制进程可以使用的系统资源。
• chroot 监狱： 使用 chroot() 将进程限制在文件系统的特定部分。
• 安全的编程实践： 避免缓冲区溢出、格式字符串漏洞等常见安全问题。
• 输入验证： 仔细验证和清理所有外部输入。
• 加密敏感数据： 对存储和传输的敏感数据进行加密。

守护进程是操作系统中不可或缺的组成部分，向上层应用提供了各种重要的系统服务。在内核开发中理解守护进程的工作原理、创建方法和管理技巧对于开发人员来说是非常重要的。