linux守护进程、SIGHUP与nohup详解
前段时间帮忙定位个问题。docker容器故障恢复后，其中的keepalived进程始终⽆法启动，也看不到Keepalived的⽇志。
strace 查看系统调⽤之后，发现了原因所在
1 socket(PF_LOCAL, SOCK_DGRAM|SOCK_CLOEXEC, 0) = 3
2 connect(3, {sa_family=AF_LOCAL, sun_path="/dev/log"}, 110) = -1 ENOENT (No such file or directory)
3 close(3) = 0
4 open("/var/run/keepalived.pid", O_RDONLY) = 3
5 fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=1, ...}) = 0
6 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fe85ab1b000
7 read(3, "\n", 4096) = 1
8 read(3, "", 4096) = 0
9 close(3) = 0
10 munmap(0x7fe85ab1b000, 4096) = 0
11 kill(0, SIG_0) = 0
12 socket(PF_LOCAL, SOCK_DGRAM|SOCK_CLOEXEC, 0) = 3
13 connect(3, {sa_family=AF_LOCAL, sun_path="/dev/log"}, 110) = -1 ENOENT (No such file or directory)
14 close(3) = 0
15 exit_group(0) = ?
16 +++ exited with 0 +++
这就是⼀个典型的linux单例守护进程启动做的事情：检测进程是否已经存在（判断记录⽂件是否存在以及对应pid进程是否还在执⾏），并通过syslog套接字⽂件向syslog服务端发送⽇志。
很显然，Keepalived⽆法正常启动是故障宕机时，相应的pid⽂件没有清理⼲净，如果仅仅如此，Keepalived应该可以启动，⼀般守护进程启动都会覆盖残留的锁⽂件，问题关键在read(3, "\n", 4096) ：锁⽂件Keepalived.pid是空的！！⽽kil 向进程0 发送信号0，执⾏成功，则Keepalived认为已经有Keepalived进程正在运⾏。所以问题出在锁⽂件存在且内容为"\n"，故依次清理 keepalived.pid vrrp.pid checkers.pid⽂件后，Keepalived正常启动。⾄于定位为何锁⽂件内容为"\n"，那是后话了。
经此⼀事，笔者想写⼀写Linux 守护进程
守护进程特点与相关概念
并⾮运⾏时间长的程序即是守护进程，笔者并未到守护进程最标准的定义，但守护进程都有下⾯⼏个特点：
1、没有控制终端，终端名设置为？号：也就意味着没有 stdin 0 、stdout 1、stderr 2
2、⽗进程不是⽤户创建的进程，init进程或者systemd（pid=1）以及⽤户⼈为启动的⽤户层进程⼀般以pid=1的进程为⽗进程，⽽以kthreadd内核进程创建的守护进程以kthreadd为⽗进程
3、守护进程⼀般是会话⾸进程、组长进程。
4、⼯作⽬录为 \ （根），主要是为了防⽌占⽤磁盘导致⽆法卸载磁盘
这⾥涉及到⼀些概念，是unix为了更好管理进程间的关系提出的概念和⽅法，稍做说明下
控制终端
通过⽹络登录或者终端登录建⽴的会话，会分配唯⼀⼀个tty终端或者pts伪终端（⽹络登录），实际上它们都是虚拟的，以⽂件的形式建⽴在/dev⽬录，⽽并⾮实际的物理终端。
在终端中按下的特殊按键：中断键（ctrl+c）、退出键（ctrl+\）、终端挂起键（ctrl + z）会发送给当前终端连接的会话中的前台进程组中的所有进程
在⽹络登录程序中，登录认证守护程序 fork ⼀个进程处理连接，并以ptys_open 函数打开⼀个伪终端设备（⽂件）获得⽂件句柄，并将此句柄复制到⼦进程中作为标准输⼊、标准输出、标准错误，所以位于此控制终端进程下的所有⼦进程将可以持有终端
与控制终端相连的会话⾸进程也叫控制进程
进程组
进程组是⼀个或者多个进程的集合。⼀般由某个程序fork出⼀个家族来构成进程组，或者由管道命令建⽴作业构成进程组。
同⼀个进程组中的所有进程接收来⾃同⼀终端的信号。
进程组中的第⼀个进程作为进程组的⾸长，进程组id取⾸长进程的id。在各个进程中，通过函数getpgrp获取其所属进程组id
孤⼉进程组
⼀个进程的⽗进程终⽌后，进程变成了孤⼉进程，将被pid为1的进程（init进程或者systemd）收养。
⽽对孤⼉进程组的定义是：进程组中每个进程的⽗进程要么在组中，也么不在该组所在会话中。
换⾔之，如果⼀个进程组中进程的⽗进程如果是组中成员，或者是init、systemd进程的话，这个进程组就⼀定是孤⼉进程组。这样的进程组是很常见的，下图就是⼀个简单且典型的孤⼉进程组
很显然，只有⼀个进程的进程组，并且是孤⼉进程的话，进程组将变成孤⼉进程组（哪怕它只有⼀个进程）。
典型的例⼦是⼀个⽗进程fork⼦进程之后，⽗进程⽴即退出，这样⼦进程所在的进程组将变为孤⼉进程组。这样的孤⼉进程组中的每个停⽌（Stopped）状态的每个进程都将收到挂断信号（SIGHUP），然后⼜⽴即收到继续信号（SIGCONT）。所以fork⼦进程之后，退出⽗进程，如果⼦进程还需要继续运⾏，则需要处理挂断信号，否则进程对挂断信号的默认处理将是退出。
此时的孤⼉进程组并没有变为后台进程，⼀些博客将后台进程说成是孤⼉进程组的⼀个特点，笔者认为是不正确的，在他们的⽰例中，孤⼉进程组变为后台进程的原因是：⽗进程退出后，⼦进程在运⾏时向⾃⾝发送了SIGTSTP信号，这就像在终端按下终端挂起键（ctrl+z）⼀样，暂时断开了进程与控制终端的连接，⾃然变成了后台进程。
所以这是将进程转到后台运⾏的⼀个⼿段，但并不能创建守护进程，后⾯会将怎么创建守护进程。
会话
表⽰⼀个或多个进程组的集合，在有控制终端的会话中，可以被分为⼀个前台进程组和多个后台进程组。
取⾸进程id为会话id。
函数getsid⽤来获取会话id，⽽函数setsid⽤来新建⼀个会话，只有⾮⾸长进程（⾮进程组的组长）才能
调⽤setsid新建会话。实际上setsid做了三件事
设置当前进程的会话id为该进程id，此进程成为会话⾸进程。
将调⽤setsid的进程设置为⼀个新进程组的⾸长进程。
断开已连接的控制终端
这三步是创建守护进程的重要步骤。
下图结合了笔者对这些概念的理解，做出的判断
守护进程的创建
创建守护进程有标准的步骤：
1. 如果是单例守护进程，结合锁⽂件和kill函数检测是否有进程已经运⾏
2. umask取消进程本⾝的⽂件掩码设置，也就是设置Linux⽂件权限，⼀般设置为000，这是为了防⽌⼦进程创建创建⼀个不能访问的⽂件（没有正确分配权
限）。此过程并⾮必须，如果守护进程不会创建⽂件，也可以不修改
3. fork出⼦进程，⽗进程退出。这样⼦进程⼀定不是组长进程（进程id不等于进程组id）
4. ⼦进程调⽤setsid新建会话（使⼦进程变为会话⾸进程、组长进程，并断开终端）
5. 如果是单例守护进程，将pid写⼊到记录锁⽂件，⼀般为/var/run/xxx.pid
6. 切换⼯作⽬录到根⽬录，这是为了防⽌占⽤磁盘造成磁盘不能卸载。所以也可以改到别的⽬录，只要保证⽬录所在磁盘不会中途卸载
7. 重定向输⼊输⼊错误⽂件句柄，将其指向/dev/null。
前⾯提到，守护进程⼀般借助记录锁⽂件来（⽂件存在并且⽂件内记录的pid对应的进程依然活跃）判断是否已经有进程存在。
多数守护进程并不⾃⼰维护⽇志⽂件，⽽是统⼀将⽇志输出给遵循syslog协议的⽇志进程（如：rsyslogd）处理，统⼀将⽇志输出⾄ /var/log/messages，当然这些⽇志进程也是可以配置的。
⽽且守护进程因为是没有终端的后台进程，所以系统不会发送⼀些跟终端相关的信号给守护进程，程序
可以通过捕捉这些只有可能⼈为发送的信号，来处理⼀些事情，⽐如处理SIGHUP来动态更新程序配置就是典型例⼦。下⾯的代码演⽰了如何创建⼀个守护进程。
1 #include <stdio.h>
2 #include <syslog.h>
3 #include <errno.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <stdlib.h>
6 #include <fcntl.h>
7 #include <signal.h>
8 #include <sys/types.h>
9 #include <sys/stat.h>
10 #include <sys/resource.h>
11
12#define PID_FILE "/var/run/sampled.pid"
13
14int sampled_running(){
15 FILE * pidfile = fopen(PID_FILE,"r");
16 pid_t pid;
17int ret ;
18
19if (! pidfile) {
20return0;
21 }
22
23 ret = fscanf(pidfile,"%d",&pid);
24if (ret == EOF && ferror(pidfile) != 0){
25 syslog(LOG_INFO,"Error open pid file %s",PID_FILE);
26 }
27
28 fclose(pidfile);
29
30// 检测进程是否存在
31if ( kill(pid , 0 ) ){
32 syslog(LOG_INFO,"Remove a zombie pid file %s", PID_FILE);
33 unlink(PID_FILE);
34return0;
35 }
36
37return pid;
38 }
39
40 pid_t sampled(){
41 pid_t pid;
42struct rlimit rl;
43int fd,i;
44
45// 创建⼦进程，并退出当前⽗进程
46if((pid = fork()) < 0){
47 syslog(LOG_INFO,"sampled : fork error");
48return -1;
49 }
50if ( pid != 0) {
51// ⽗进程直接退出
52 exit(0);
53 }
54
55// 新建会话，成功返回值是会话⾸进程id，进程组id ，⾸进程id
56 pid = setsid();
57
58if ( pid < -1 ){
59 syslog(LOG_INFO,"sampled : setsid error");
60return -1;
61 }
62
63// 将⼯作⽬录切换到根⽬录
64if ( chdir("/") < 0 ) {
65 syslog(LOG_INFO,"sampled : chidr error");
66return -1;
67 }
68
69// 关闭所有打开的句柄，如果确定⽗进程未打开过句柄，此步可以不做
70if ( rl.rlim_max == RLIM_INFINITY ){
71 rl.rlim_max = 1024;
72 }
73for(i = 0 ; i < rl.rlim_max; i ++) {
74 close(i);
75 }
76
77// 重定向输⼊输出错误
78 fd = open("/dev/null",O_RDWR,0);
79if(fd != -1){
80 dup2(fd,STDIN_FILENO);
81 dup2(fd,STDOUT_FILENO);
82 dup2(fd,STDERR_FILENO);
83if (fd > 2){
84 close(fd);
85 }
86 }
87
88// 消除⽂件掩码
89 umask(0);
90return0;
91 }
92
93int pidfile_write(){
94// 这⾥不⽤fopen直接打开⽂件是不想创建666权限的⽂件
95 FILE * pidfile = NULL;
96int pidfilefd = creat(PID_FILE,S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH); 97if(pidfilefd != -1){
98 pidfile = fdopen(pidfilefd,"w");
99 }
100
101if (! pidfile){
102 syslog(LOG_INFO,"pidfile write : can't open pidfile:%s",PID_FILE);
103return0;
104 }
105 fprintf(pidfile,"%d",getpid());
106 fclose(pidfile);
107return1;
108 }
109
110int main(){
111int err,signo;
112 sigset_t mask;
113
114if (sampled_running() > 0 ){
115 exit(0);
116 }
117
118if ( sampled() != 0 ){
119fopen和open区别
120 }
121// 写记录锁⽂件
122if (pidfile_write() <= 0) {
123 exit(0);
124 }
125
126while(1) {
127// 捕捉信号
128 err = sigwait(&mask,&signo);
129if( err != 0 ){
130 syslog(LOG_INFO,"sigwait error : %d",err);
131 exit(1);
132 }
133switch (signo){
134default :
135 syslog(LOG_INFO,"unexpected signal %d \n",signo);
136break;
137case SIGTERM:
138 syslog(LOG_INFO,"got SIGTERM. exiting");
139 exit(0);
140 }
141
142 }
143
144 }
程序编译运⾏结果，可以看到pid 、进程组id、会话id是⼀样的，没有终端，并且直接由pid为1的进程接管。此时的进程已经成为⼀个守护进程。
sighup与nohup
sighup（挂断）信号在控制终端或者控制进程死亡时向关联会话中的进程发出，默认进程对SIGHUP信号的处理时终⽌程序，所以我们在shell下建⽴的程序，在登录退出连接断开之后，会⼀并退出。
nohup，故名思议就是忽略SIGHUP信号，⼀般搭配& ⼀起使⽤，&表⽰将此程序提交为后台作业或者说后台进程组。执⾏下⾯的命令
nohup bash -c "tail -f /var/log/messages | grep sys" &
nohup与&启动的程序，在终端还未关闭时，完全不像传统的守护进程，因为其不是会话⾸进程且持有终端，只是其忽略了SIGHUP信号
从nohup源码就可以看到，其实nohup只做了3件事情
1. dofile函数将输出重定向到nohup.out⽂件
2. signal函数设置SIGHUP信号处理函数为SIG_IGN宏（指向sigignore函数），以此忽略SIG_HUP信号
3. execvp函数⽤新的程序替换当前进程的代码段、数据段、堆段和栈段。
execvp 函数执⾏后，新程序（并没有fork进程）会继承⼀些调⽤进程属性，⽐如：进程id、会话id，控制终端等
登录连接断开之后
在终端关闭后，nohup起到类似守护进程的效果，但是跟传统的守护进程还是有区别的
1、nohup创建的进程⼯作⽬录是你执⾏命令时所在的⽬录
2、0 1 2 标准输⼊标准输出标准错误指向nohup.out⽂件
3、nohup创建的进程组中，除⾸长进程的⽗进程id变为1之外，其余进程依然保留原来的会话id、进程组id、⽗进程id，都保持不变
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