如何让程序真正地在后台运行？

来源：公众号【编程珠玑】

作者：守望先生

ID：shouwangxiansheng

如何实现一个守护进程？如何让程序在后台运行?这是后台开发面试常问的一道题，那么守护进程到底是什么？又该如何实现？

守护进程

守护进程通常生存期长，很多是在系统启动时启动，系统退出时才关闭。它们的特点通常没有控制终端，后台运行。

有人可能会会心一笑，后台运行程序，我知道呀。还有两种方式呢

$ ./hello &

看，多么简单。但是运行之后，你试着关闭当前终端，你会发现程序会停止运行，因为一旦关闭终端，程序会收到一个信号SIGHUP，而收到该信号默认的动作就是程序退出。

没关系啊，我还有招：

$ nohup ./hello & #注意这里&是必要的，否则不会变成后台进程
$ jobs
[1]+  Running                 nohup ./hello &

我使用nohup命令总可以了吧？

挺好的，nohup会忽略SIGHUP命令，并有了&的加持，即便终端关了，也能继续执行。但它的终端输出还会记录默认还在nohup.out文件中，同时，如果将huponexit关闭，它同样难逃命运：

$ shopt -s huponexit  #shopt -u huponexit 设置为off
$ shopt |grep onexit
huponexit       on

一旦终端退出（ctrl+D）后，nohup也救不了。

下面要介绍的守护进程一一种完全脱离终端，有着自己的会话。
如果你在你的Linux系统中执行下面的命令：

$ ps -elf

就会发现一些进程的tty列是？，当然这并不是说明它们是守护进程，而那些用[]括起来的，是内核守护进程

想象一下，如果没有任何人登录的服务器上面的运行程序，难道每次执行的时候都要使用nuhup+&？况且，一旦系统的huponexit选项是打开的，这种方式仍然无法避免终端关闭程序就退出的命运！

那么就需要实现用户守护进程了，或者说daemon化。

如何实现

其实现过程基本遵循以下原则：

• 调用umask设置文件模式，通常设置为0。为了便于后续创建文件，不使用继承而来的父进程的设置，需要设置新的权限掩码。
• 调用fork，创建子进程，并且父进程退出
• 调用setdid创建新的会话（一个或多个进程组的集合），由于当前进程不是一个进程组的组长，因此会创建一个新的会话，却成为组长进程，同时没有控制终端。
• 将当前工作目录切换为根目录。同样的，其工作目录可能是从父进程继承而来的，可以自己另立山头。
• 关闭不需要的文件描述符。同样的，可能从父进程继承了一些打开的文件描述符，而这些描述符可能再也不需要，因此可以关闭。
• 重定向标准输出，标准输入和标准错误到/dev/null（相关阅读：Linux下你还知道这些特殊文件？）

实际上，从上面的描述可以发现，这些规则都有几乎相同的目标，那就是不想成为富二代，摆脱父亲的控制。（在fork的介绍中，我们说到，儿子从父亲那里继承了很多东西）

• 重新设置权限掩码，避免受父进程影响
• 创建新的会话，脱离终端
• 使用新的工作目录
• 关闭不需要的文件描述符
• 关闭标准输入，标准输出和标准错误

所以通过这些也可以明白，有些规则并不是完全强制的，可根据实际程序的情况进行设置，不过按照常规做法是一个比较好的选择。

具体实现

参考代码如下：

//来源：公众号【编程珠玑】
//https://www.yanbinghu.com
#include<stdio.h>
#include<sys/resource.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
/*实现仅供参考，可根据实际情况调整*/
int daemonize()
{
    /*清除文件权限掩码*/
    umask(0);

    /*父进程退出*/
    pid_t pid;
    if((pid=fork()) < 0)
    {
        /*for 出错*/
        perror("fork error");
        return -1;
    }
    else if(0 != pid)/*父进程*/
    {
        printf("father exit\n");
        exit(0);
    }
    /*子进程，成为组长进程，并且摆脱终端*/
    setsid();

    /*修改工作目录*/
    if(chdir("/") < 0)
    {
        perror("change dir failed");
        return -1;
    }


    struct rlimit rl;
    /*先获取文件描述符最大值*/
    if(getrlimit(RLIMIT_NOFILE,&rl) < 0)
    {
        perror("get file decription failed");
        return -1;
    }
    /*如果无限制，则设置为1024*/
    if(rl.rlim_max == RLIM_INFINITY)
        rl.rlim_max = 1024;

    /*为了使得终端有输出，保留了文件描述符0，1，2;实际上父进程可能没有打开2以上的文件描述符*/
    int i;
    for(i = 3;i < rl.rlim_max;i++)
        close(i);
    return 0;
}
int main(void)
{
    if(0 == daemonize())
    {
        printf("daemonize ok\n");
        sleep(20);
    }
    else
    {
        printf("daemonize failed\n");
        sleep(20);
    }
    return 0;
}

编译运行，你就会发现，它已经可以欢脱地运行啦。

代码中有几个点，需要关注一下。为了保留printf的输出，我在daemonize函数中，并没有关闭所有的文件描述符，0，1，2可以参考《如何理解 Linux shell中“2>&1”？》，当然了，如果想让printf的输出保存到文件，也有方法，可以参考《如何优雅地将printf的打印保存在文件中？》，这里就不再赘述了。

实际实现

实际上，已经有一个接口可以帮我们做这些事情：

#include <unistd.h>
int daemon(int nochdir, int noclose);

即daemon函数，它有两个参数

• nochdir 为0时，表示修改其根目录为/，否则不变
• noclose，为0时，表示将标准输入，标准输出，标准错误重定向到/dev/null。

简单例子：

//来源：公众号【编程珠玑】
//https://www.yanbinghu.com
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main(void)
{
    if(0 == daemon(1,1))
    {
        printf("daemon ok\n");
        sleep(20);
    }
    else
    {
        printf("daemon failed\n");
        sleep(20);
    }
    return 0;
}

如果你还要实现单例化，可以参考《如何让你的程序同时只能运行一个？》，使得同时只有一个该进程运行。

总结

以上就进程后台运行以及是守护进程实现的介绍，关键点有

• 创建子进程，父进程退出
• 创建新的会话，脱离终端

附上daemon的源码：

int daemon(nochdir, noclose)
    int nochdir, noclose;
{
    int fd;

    switch (fork()) 
    {
    case -1:
        return (-1);
    case 0:
        break;
    default:
        _exit(0);
    }

    if (setsid() == -1)
        return (-1);

    if (!nochdir)
        (void)chdir("/");

    if (!noclose && (fd = open(_PATH_DEVNULL, O_RDWR, 0)) != -1) 
    {
        (void)dup2(fd, STDIN_FILENO);
        (void)dup2(fd, STDOUT_FILENO);
        (void)dup2(fd, STDERR_FILENO);
        if (fd > 2)
            (void)close (fd);
    }
    return (0);
}

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