《Unix 网络编程》13：守护进程和 inetd 超级服务器

守护进程和 inetd 超级服务器

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系列文章导航：《Unix 网络编程》笔记

守护进程

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基本知识

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守护进程的特点：

必须亲自脱离与控制终端的关联，从而避免与作业控制、终端会话管理、终端产生信号等发生任何不期望的交互
同时要避免在后台运行的守护进程非预期地输出到终端

守护进程的启动

由系统初始化脚本启动，通常位于 /etc/rc 或 /etc 目录下，由这些脚本启动的守护进程一开始就有用超级用户特权

如：inetd 超级服务器、Web 服务器、sendmail 服务器
由 inetd 超级服务器启动，它监听网络请求
cron 守护进程按照规则定期执行一些程序，由它执行的程序同样作为守护进程运行
at 命令用于在未来某个时刻执行一些程序
守护进程还可以从用户终端或在前台或者后台启动，这么做往往是为了测试

daemon_init

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这是我们自己写的一个函数，把一个普通进程转变为守护进程
部分 Unix 变体上提供一个名为 daemon 的 C 库函数，实现类似的功能

由于这段代码涉及的知识点比较多，所以首先需要补充一点操作系统的知识：Linux 进程、进程组、会话周期、控制终端

按照上文中的描述阅读下述代码：

在父进程（此时是一个进程组的组长）中使用fork()产生子进程（将来的守护进程由它产生）

调用setsid()，用于生成一个新的会话注意如果当前进程是会话组长时，调用失败。第一点已经可以保证进程不是会话组长了，所以setsid()调用成功后，进程成为新的会话组长和新的进程组长，并与原来的登录会话和进程组脱离。由于会话对控制终端的独占性，进程同时与控制终端脱离

禁止进程重新打开控制终端第二步之后，进程已经成为无终端的会话组长。但它可以重新申请打开一个控制终端。可以通过使进程不再成为会话组长来禁止进程重新打开控制终端，在上面的控制终端中已经提到了只有会话组长才能打开控制终端；

#include <syslog.h>
#include "unp.h"

#define MAXFD 64

extern int daemon_proc; /* defined in error.c */

int daemon_init(const char* pname, int facility) {
    int i;
    pid_t pid;

    if ((pid = Fork()) < 0) // 失败
        return (-1);
    else if (pid)   // 父进程
        _exit(0); /* parent terminates */

    /* child 1 continues... */

    // setsid 使得当前进程变为：
    // - 新会话的会话头进程
    // - 新进程组的进程组头进程
    if (setsid() < 0)
        return (-1);

    // 忽略 SIGHUP 信号
    // 会话头进程终止后，所有其他会话进程都会收到一个该信号
    Signal(SIGHUP, SIG_IGN);
    if ((pid = Fork()) < 0)
        return (-1);
    else if (pid)
        _exit(0); /* child 1 terminates */

    /* child 2 continues... */

    // 告知错误处理函数使用 syslog 而不是 fprintf
    daemon_proc = 1; /* for err_XXX() functions */

  	// 改变工作目录，否则就是在当前目录下运行，可能产生破坏
    chdir("/");

    // 关闭前 64 个描述符，即使有些本身就没有打开
    for (i = 0; i < MAXFD; i++)
        close(i);

    /* redirect stdin, stdout, and stderr to /dev/null */
    // 这样设置会占用标准输入、标准输出和标准错误输出的描述符
    // 防止在服务器环境下，套接字占用这些描述符，而后误将系统信息发送给这些描述符
    open("/dev/null", O_RDONLY);
    open("/dev/null", O_RDWR);
    open("/dev/null", O_RDWR);

    openlog(pname, LOG_PID, facility);

    return (0); /* success */
}

守护进程在没有控制终端的环境下运行，它绝对不会收到来自内核的 SIGHUP 信号，许多守护进程因此把这个信号作为来自系统管理员的一个通知，表示其配置文件已发生改动，守护进程应该重新读取其配置文件。同理还有 SIGINT 和 SIGWINCH 等等

改进时间服务器

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int main(int argc, char** argv) {
    int listenfd, connfd;
    socklen_t addrlen, len;
    struct sockaddr* cliaddr;
    char buff[MAXLINE];
    time_t ticks;

  	// 如果有一些显而易见的错误，则立即抛出，而不是在日志中抛出
    if (argc < 2 || argc > 3)
        err_quit("usage: daytimetcpsrv2 [ <host> ] <service or port>");

    // 使用我们的函数启动
    daemon_init(argv[0], 0);

    if (argc == 2)
        listenfd = Tcp_listen(NULL, argv[1], &addrlen);
    else
        listenfd = Tcp_listen(argv[1], argv[2], &addrlen);

    cliaddr = Malloc(addrlen);

    for (;;) {
        len = addrlen;
        connfd = Accept(listenfd, cliaddr, &len);
        err_msg("connection from %s", Sock_ntop(cliaddr, len));

        ticks = time(NULL);
        snprintf(buff, sizeof(buff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks));
        Write(connfd, buff, strlen(buff));

        Close(connfd);
    }
}

日志消息

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syslogd

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Unix 系统中的 syslogd 守护进程通常由某个系统初始化脚本启动，并且在系统工作期间一直运行

启动的步骤：

读取配置：通常为 /etc/syslog.conf ，配置了对消息的处理
创建Unix域数据报套接字：给他绑定路径名 /var/run/log （或 /dev/log）
创建一个 UDP 套接字：绑定端口 514
打开路径名 /dev/klog：来自内核中的任何出错消息从这个“设备”输入
监听：调用 select，监听 2 ~ 4 步骤的描述符
- 如果收到消息，读入并按照配置进行处理
- 如果收到 SIGHUP 信号，则重新读取配置文件（这让我想到了 NGINX 重载配置文件时服务无需暂停）

较新的 syslogd 实现禁止创建 UDP 套接字，因为这样可能会让系统遭到 DOS 攻击，其文件系统可能被填满，从而占满内存空间，或挤掉合法的日志消息

我们一般不会直接向其发送消息，而是通过 syslog 函数写入日志！

syslog

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守护进程记录消息可以使用 syslog 函数：

#include <syslog.h>

void syslog(int priority, // 优先级
           const char *message, // 消息
           ...)

参数解释：

priority：好理解，大多日志都有日志级别的功能
facility：用于标识发送进程类型（函数的参数列表中没有？因为这个要和 priority 用逻辑或使用）
message：消息内容，类似 printf，不同的是其增加了 %m 规范，用以输出当前 errno 值对应的错误信息

案例

syslog(LOG_INFO|LOG_LOCAL2, "rename(%s, %s): %m", file1, fil)

/etc/syslog.conf

kern.* 				/dev/debug					# 内核的所有消息发送到控制台
local7.debug 	/var/log/cisco.log	# 来自 local7 的所有消息添加到文件 cisco.log 的尾部

一些细节

当 syslog 被应用程序首次调用时，它创建一个 Unix 域数据报套接字，然后调用 connect 连接到由 syslogd 守护进程创建的 Unix 域数据报套接字的众所周知路径名（如 /var/run/log ）这个套接字一直保持打开，直到进程终止
可以用 openlog 和 closelog 来操作上述步骤，在首次调用 syslog 前调用 openlog，不需要发送日志时调用 closelog

openlog 和 closelog

#include <syslog.h>
void openlog(const char* ident, // 日志的前缀，通常是程序名
             int options, 			// 可选值
             int facility);			// 设置默认的打印设施的值
void closelog(void);

options	说明
LOG_CONS	若无法发送到 syslogd 则登记到控制台
LOG_NDELAY	openlog 默认是懒汉加载，这个选项设置不延迟打开，立刻创建套接字
LOG_PERROR	既发送到 syslogd 守护进程，又登记到标准错误输出
LOG_PID	随每个日志消息等级进程 ID

inetd 守护进程

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引入 inetd

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原来的系统服务模型

Unix 上的很多服务，如 SSH、FTP、Telnet 等，我们都可以把它当作一个 Server 端

在系统启动的过程中，这些进程从 /etc/rc 文件中启动，而且每个进程都执行几乎相同的启动任务：

创建一个套接字，绑定端口
等待连接或数据报的到来
派生子进程，子进程提供服务，父进程继续监听

这种方式的缺点

所有这些守护进程含有几乎相同的启动代码
每个守护进程在进程表中占据一个表项，然而大多数时间他们处于睡眠状态

inted 守护进程

为了解决这种问题，4.3BSD 提供一个因特网超级服务器（即 inetd 守护进程）：

通过由 inetd 处理普通守护进程的大部分启动细节以简化守护进程的编写，这么一来每个服务器不再有调用 daemon_init 函数的必要
单个进程（inetd）就能为多个服务等待外来的客户请求，以取代每个服务器一个进程的做法

inetd 配置文件

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inetd 使用前文提到的方法把自己变成一个守护进程，然后读取并处理自己的配置文件，通常在 /etc/inetd.conf ，该文件包括如下内容：

字段	说明
service-name	必须在 /etc/services 文件中定义
socket-type	stream（TCP）、dgram（UDP）
protocol	必须在 /etc/protocols 文件中定义：tcp或udp
wait-flag	对于 TCP 一般为 nowait，对于 UDP 一般为 wait
login-name	来自 /etc/passwd 的用户名，一般为 root
server-program	调用 exec 指定的完整路径名
server-program-arguments	调用 exec 指定的命令行参数

inetd 工作流程

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其工作流程如下：

读入配置文件，为每个服务创建一个合适的套接字
为每个套接字调用 bind，指定端口和通配地址

端口号可以通过 getservbyname 获取，用配置文件中的 service-name 和 protocal 字段做参数
对于每个 TCP 套接字，调用 listen 以接受外来的连接请求，对于 UDP 则不执行
创建完所有套接字后，调用 select 等待其中任何一个套接字变得可读

对于 TCP：

当 select 返回可读后，如果该套接字是一个 TCP 套接字，而且其 wait-flag 为 nowait，则调用 accept 接受这个新连接
inetd 守护进程调用 fork 派生进程，并由子进程处理服务请求，与前面的并发服务器类似，关闭相应的描述符
子进程关闭除了要处理的套接字描述符外的所有的描述符，并根据配置文件，切换到相应的用户，用 exec 执行相应的操作

如果设置为 wait，对于 TCP 来说，父进程会用 FD_CLR 禁止这个套接字，保存子进程 ID，当子进程终止（SIGCHILD）后才继续监听

对于 UDP：

因为数据报服务器只有一个套接字，所以只能一个一个来处理，也就是说通过接受子进程终止的 SIGCHLD 信号后才继续监听

因为假如 fork 后一个子进程，而父进程先于该子进程再次执行，则会由于还没读取数据而再次触发 select 的事件，从而再次 fork 一个无用的子进程

xinetd

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xinetd 提供与 inetd 一致的基本服务，不过还提供了数目众多的其他特性，包括根据客户的地址登记、接受或拒绝连接的选项等等

daemond_inetd

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这个函数的唯一作用就是为错误处理函数设置 daemon_proc 标志，使得运行信息输出在日志中

extern int daemon_proc; /* defined in error.c */

void daemon_inetd(const char* pname, int facility) {
    daemon_proc = 1; /* for our err_XXX() functions */
    openlog(pname, LOG_PID, facility);
}

修改后的服务器代码：

int main(int argc, char** argv) {
    socklen_t len;
    struct sockaddr* cliaddr;
    char buff[MAXLINE];
    time_t ticks;

    daemon_inetd(argv[0], 0);

    cliaddr = Malloc(sizeof(struct sockaddr_storage));
    len = sizeof(struct sockaddr_storage);
    Getpeername(0, cliaddr, &len);
    err_msg("connection from %s", Sock_ntop(cliaddr, len));

    ticks = time(NULL);
    snprintf(buff, sizeof(buff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks));
    Write(0, buff, strlen(buff));

    Close(0); /* close TCP connection */
    exit(0);
}

我们用描述符 0 指代被接受的 TCP 连接
因为这个程序针对每一个连接启动一次，所以不需要无限循环

为了启动这个程序，我们需要在 /etc/services 文件中添加：

mydaytime			9999/tcp

在 /etc/inetd.conf 中添加：（在题主的电脑里就只有 xinetd.conf 了）

mydaytime stream tcp nowait andy /foo/bar/daytimetcpsrv3 daytimetcpsrv3

然后给 inetd 发送一个 SIGHUP 信号，告知它重新读取配置文件

__EOF__

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