创建 SysV 风格的 linux daemon 程序

本文介绍如何使用 C 语言创建 Linux 系统中 SysV 风格的 daemon 程序。注意：这是一种旧式的 daemon 程序写法，进入 systemd 时代后是不需要通过这样的方式创建 daemon 程序的。 本文的演示环境为 ubuntu 18.04。

创建 daemon 程序的流程

通过前文《Linux session(会话)》我们了解到，如果要让程序运行在后台，必须处理好进程的 session。所以在创建 daemon 程序的过程中处理 session 问题是很重要的一步，当然除此之外还需要其它的步骤。下面是在 Linux 系统中创建一个 SysV 风格的 daemon 的基本流程：

1. 从父进程 fork 出一个子进程
2. 为子进程创建新的 session ID
3. 在子进程中再 fork 一次
4. 修改 umask
5. 修改进程的当前工作目录
6. 关闭进程中的文件描述符

接下来我们通过代码来介绍这些操作的含义。

创建 daemon 程序

从父进程 fork 出一个子进程
创建一个子进程，如果成功就让父进程退出，此时的子进程已经成为了 init 进程的子进程：

pid_t pid;

pid = fork();
if (pid < )
    exit(EXIT_FAILURE);
if (pid > )
    exit(EXIT_SUCCESS);

为子进程创建新的 session ID
运行在后台的进程需要摆脱 session 终端的束缚，通过 setsid() 函数为进程设置新的 session ID 可以做到这一点：

pid_t pid;

pid = fork();
if (pid < )
    exit(EXIT_FAILURE);
if (pid > )
    exit(EXIT_SUCCESS);

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

********************************
执行到这里时，PID==PGID==SID

********************************

在子进程中再 fork 一次
这次 fork 的目的是防止进程再次获得终端。因为只有 session leader 才能获得终端，而这次 fork 使子进程变成了非 session leader：

pid_t pid;

pid = fork();
if (pid < )
    exit(EXIT_FAILURE);
if (pid > )
    exit(EXIT_SUCCESS);

if (setsid() < )
    exit(EXIT_FAILURE);

/* 第二次 fork */
pid = fork();
if (pid < 0)
    exit(EXIT_FAILURE);

if (pid > 0)
    exit(EXIT_SUCCESS);

********************************
执行到这里时，PGID==SID 但是已经不等于 PID 了，说明进程已经不是 session leader

********************************

修改 umask
为了能够向 daemon 进程创建的任何文件中写入内容(包括日志)，必须重置 umask(file mode mask, umask)，以确保能够正确地写入或读取这些文件：

umask(0);

修改进程的当前工作目录
必须保证进程的当前工作目录是存在的。因为众多的 Linux 发行版中很多都没有完全遵守标准的文件目录结构，所以最好是把进程的当前工作目录设置为 /，这样可以避免因设置了某个目录而导致它无法被 unmount：

chdir("/");

关闭进程中的文件描述符
关闭进程中所有打开的文件描述符：

int x;
for (x = sysconf(_SC_OPEN_MAX); x>=0; x--)
{
    close (x);
}

把日志写入 syslog
Daemon 程序的日志非常重要，我们可以通过 openlog、syslog 和 closelog 三个函数把日志内容写入到 syslog  中：

openlog ("daemondemo", LOG_PID, LOG_DAEMON);
syslog (LOG_NOTICE, "Daemon demo is running, number: %d", count);
closelog();

本文 demo 输出的日志如下所示：

完整的代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <syslog.h>

static void demo_daemon()
{
    pid_t pid;

    /* Fork off the parent process */
    pid = fork();

    /* An error occurred */
    if (pid < )
        exit(EXIT_FAILURE);

    /* Success: Let the parent terminate */
    if (pid > )
        exit(EXIT_SUCCESS);

    /* On success: The child process becomes session leader */
    if (setsid() < )
        exit(EXIT_FAILURE);

    /* Catch, ignore and handle signals */
    //TODO: Implement a working signal handler */
    //signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
    //signal(SIGHUP, SIG_IGN);

    /* Fork off for the second time*/
    pid = fork();

    /* An error occurred */
    if (pid < )
        exit(EXIT_FAILURE);

    /* Success: Let the parent terminate */
    if (pid > )
        exit(EXIT_SUCCESS);

    /* Set new file permissions */
    umask();

    /* Change the working directory to the root directory */
    /* or another appropriated directory */
    chdir("/");

    /* Close all open file descriptors */
    int x;
    for (x = sysconf(_SC_OPEN_MAX); x>=; x--)
    {
        close (x);
    }

    /* Open the log file */
    openlog ("daemondemo", LOG_PID, LOG_DAEMON);
}

int main()
{
    int count = ;
    demo_daemon();

    while ()
    {
        //TODO: Insert daemon code here.
        count ++;
        syslog (LOG_NOTICE, "Daemon demo is running, number: %d", count);
        sleep ();
        if(count > )
        {
            break;
        }
    }

    syslog (LOG_NOTICE, "Daemon demo terminated.");
    closelog();

    return EXIT_SUCCESS;
}

把上面的代码保存到文件 daemondemo.c 中(也可以从这里下代码)，然后执行下面的命令进行编译就可以得到可执行文件 daemondemo：

$ gcc -Wall daemondemo.c -o daemondemo

关于 fork 两次

这是一个很有意思的话题，有人说需要 fork 两次，有人说第二次是可选的，究竟该如何做呢？当我们理解了第二次 fork 的用途后就可以自行决定是否需要第二次 fork 了。
这还需要从 session 的控制终端说起。控制终端是进程的一个属性，通过 fork 系统调用创建的子进程会从父进程那里继承控制终端。这样，session 中的所有进程都从 session 领头进程那里继承控制终端。前面已经说过了，要把程序变成 daemon，就得让进程摆脱 session 的终端。而这些在第一次 fork 后调用 setsid() 函数就搞定了。那么如果接下来不小心再给进程添加了终端该怎么办？答案是不让你添加！这就是第二次 fork 的作用。只有 session leader 才能获得终端，而第二次 fork 使子进程变成了非 session leader，你想犯错也不给你机会了。

像 nginx 和 gblic 的 daemon 函数的实现都是 fork 一次，所以说第二次 fork 是可选的，你可以根据自己的实际情况来决定。

参考：
Linux Daemon Writing HOWTO
Creating a daemon in Linux
daemon man page
daemon 函数
Unix Daemon Server Programming
glibc daemon.c