第一部分 進(jìn)程間關(guān)系的基石 —— 進(jìn)程組PGID、會(huì)話SID與控制終端綁定機(jī)制一、 一個(gè)“學(xué)校機(jī)房上機(jī)”的生活故事想象一下這樣一個(gè)場(chǎng)景你今天去學(xué)校機(jī)房上機(jī)寫代碼整個(gè)過程有三個(gè)層面的東西你學(xué)生個(gè)體在系統(tǒng)里干活的最基礎(chǔ)單元。你的上機(jī)小組老師布置了一個(gè)作業(yè)“清洗數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)行數(shù)”你叫了兩個(gè)室友三個(gè)人流水線分工合作你負(fù)責(zé)讀文件室友 A 負(fù)責(zé)過濾室友 B 負(fù)責(zé)數(shù)數(shù)。你們?nèi)私M成了一個(gè)“流水線作業(yè)小組”。整間機(jī)房你登錄的這臺(tái)電腦屏幕和鍵盤你插上校園卡登錄進(jìn)電腦屏幕亮起鍵盤歸你用。這臺(tái)電腦和面前的這套桌面就是你的“獨(dú)立上機(jī)空間”。在 Linux 操作系統(tǒng)內(nèi)核里就是照著這套一模一樣的邏輯設(shè)計(jì)的二、 第一層推演為什么要有“進(jìn)程組”從單人到小組1. 從“一個(gè)人”到“一個(gè)小組”單個(gè)人進(jìn)程 PID平時(shí)你在終端敲一個(gè)./test就相當(dāng)于你一個(gè)人在干活系統(tǒng)給你分配一個(gè)工號(hào)叫PID。搭伙干活的小組進(jìn)程組 PGID很多時(shí)候單靠一個(gè)程序搞不定事情。比如你在終端輸入cat bigfile | grep error | wc -l這行命令一敲系統(tǒng)瞬間創(chuàng)建了 3 個(gè)進(jìn)程cat、grep、wc。它們?nèi)咧g連著管道必須生死與共、配合完成同一個(gè)任務(wù)。為了方便統(tǒng)一管理這三個(gè)干活的人操作系統(tǒng)干脆把他們拉進(jìn)一個(gè)群這個(gè)群就叫進(jìn)程組PGID。2. 誰來當(dāng)“組長(zhǎng)”一個(gè)小團(tuán)隊(duì)必須有個(gè)帶頭的管道命令里最左邊的第一個(gè)進(jìn)程比如上面的cat誰先站出來挑頭誰就是組長(zhǎng)。組長(zhǎng)的身份證號(hào)PID直接作為整個(gè)小組的群號(hào)PGID。組長(zhǎng)判定原則只要一個(gè)人的PID PGID那他就是組長(zhǎng)。字符畫拆解用戶在終端敲下cat bigfile | grep error | wc -l | -------------------------------------------------- | | | v v v [ 進(jìn)程 1: cat ] [ 進(jìn)程 2: grep ] [ 進(jìn)程 3: wc ] * 工號(hào) PID: 1001 * 工號(hào) PID: 1002 * 工號(hào) PID: 1003 * 組號(hào) PGID: 1001 * 組號(hào) PGID: 1001 * 組號(hào) PGID: 1001 | (自己是 1001, 組號(hào)也是 1001, 所以 cat 是該小組組長(zhǎng)!)三、 第二層推演為什么要有“會(huì)話”從小組到整間教室現(xiàn)在你明白了一個(gè)命令流水線就是一個(gè)小組。那你在終端里可以干很多事情啊你開了第一個(gè)小組在后臺(tái)解壓大文件又開了第二個(gè)小組在后臺(tái)編譯 C 項(xiàng)目同時(shí)你前臺(tái)還在用vim寫代碼。這些形形色色的小組全都是你這次打開終端登錄系統(tǒng)搞出來的。1. 什么是“會(huì)話Session, SID”當(dāng)你用 Xshell 輸入賬號(hào)密碼連上 Linux 那一刻系統(tǒng)就為你分配了一個(gè)專屬活動(dòng)室會(huì)話 Session。誰是這個(gè)活動(dòng)室的開門人和管理員呢就是你的登錄窗口bash命令行終端。bash是整個(gè)活動(dòng)室的會(huì)話首進(jìn)程大堂經(jīng)理它的工號(hào)就是這個(gè)活動(dòng)室的房間號(hào)SID。2. 會(huì)話里面裝了什么一個(gè)會(huì)話活動(dòng)室里裝了你在這次登錄期間啟動(dòng)的所有進(jìn)程組。四、 第三層推演控制終端為什么CtrlC這么聽話既然你的活動(dòng)室里有這么多小組在同時(shí)干活那問題來了你面前的物理鍵盤和屏幕控制終端到底歸誰用操作系統(tǒng)立下了兩條非常公平的規(guī)矩1. 規(guī)矩一鍵盤和屏幕只能由“一個(gè)前臺(tái)小組”獨(dú)占比如你正在運(yùn)行./test它在屏幕上狂刷屏并且等著你按鍵盤輸入。此時(shí)它就是前臺(tái)小組前臺(tái)進(jìn)程組。那些在后臺(tái)默默下載、默默編譯的小組叫后臺(tái)小組后臺(tái)進(jìn)程組。后臺(tái)小組不能搶鍵盤輸入。2. 規(guī)矩二打斷信號(hào)CtrlC精準(zhǔn)投遞當(dāng)你在鍵盤上猛按Ctrl C時(shí)你在物理上按的是鍵盤但操作系統(tǒng)怎么知道你想殺誰操作系統(tǒng)會(huì)把中斷信號(hào)只發(fā)給當(dāng)前霸占著屏幕和鍵盤的前臺(tái)小組你的后臺(tái)下載、后臺(tái)編譯小組完全不會(huì)被誤殺它們安然無恙。五、 最后的致命一擊為什么你關(guān)掉 Xshell服務(wù)就死了現(xiàn)在整個(gè)邏輯鏈條完全閉合了請(qǐng)看這個(gè)過程你的服務(wù)器程序./tcp_server 8080 雖然加了扔到了后臺(tái)但它依然在你這次登錄分配的“活動(dòng)室會(huì)話”里面。當(dāng)你直接關(guān)掉電腦、退出 Xshell 或拔掉網(wǎng)線時(shí)活動(dòng)室的管理中心檢測(cè)到“糟糕客戶端的屏幕和鍵盤都斷開了這間活動(dòng)室沒人要了”管理中心會(huì)向這個(gè)活動(dòng)室的開門人bash發(fā)送一張清場(chǎng)通知單 ——SIGHUP信號(hào)掛斷信號(hào)意思是電話被掛斷了。bash收到清場(chǎng)通知后準(zhǔn)備下班下班前它會(huì)把通知單廣播給這個(gè)活動(dòng)室里的所有小組“下班清場(chǎng)了全部就地解散”你的./tcp_server收到這張通知單默認(rèn)反應(yīng)就是立刻自殺退出。字符畫總結(jié)[ 你點(diǎn)擊右上角叉掉 Xshell ] --- 終端斷開連接 | v [ 操作系統(tǒng)向活動(dòng)室 (Session) 廣播 SIGHUP 清場(chǎng)信號(hào) ] | ---------------------------- v v [ 前臺(tái)小組被殺死 ] [ 你的后臺(tái) ./tcp_server 被殺死 ]六、 面試題與解析面試題請(qǐng)用通俗的語言解釋為什么加了后臺(tái)運(yùn)行的程序在關(guān)閉終端后依然可能會(huì)退出詳細(xì)解析與標(biāo)準(zhǔn)答案使用僅僅是把任務(wù)放到了當(dāng)前會(huì)話的后臺(tái)進(jìn)程組讓出了鍵盤和屏幕輸入權(quán)但它并沒有脫離當(dāng)前的會(huì)話Session。該進(jìn)程的生命周期依然與打開該終端的控制進(jìn)程bash綁定在一起。一旦終端窗口關(guān)閉或網(wǎng)絡(luò)連接斷開操作系統(tǒng)內(nèi)核會(huì)向該會(huì)話的所有進(jìn)程組發(fā)送SIGHUP掛斷信號(hào)。進(jìn)程在未對(duì)SIGHUP做特殊忽略處理的情況下默認(rèn)行為就是終止退出。第二部分 終端的調(diào)度藝術(shù) —— 作業(yè)控制Job Control與前后臺(tái)狀態(tài)流轉(zhuǎn)一、 業(yè)務(wù)引入什么是“作業(yè)Job”平時(shí)我們?cè)诮K端敲命令經(jīng)常會(huì)遇到這種尷尬場(chǎng)面你寫了一個(gè)死循環(huán)程序./test正在前臺(tái)瘋狂打印屏幕全被它占滿了你按回車敲其他命令根本沒反應(yīng)或者你正在用vim寫代碼突然想臨時(shí)查一下某個(gè)頭文件難道要把vim徹底關(guān)掉退出來查嗎通俗比喻舞臺(tái)與后臺(tái)模型終端屏幕就像一個(gè)小劇場(chǎng)舞臺(tái)前面只有一個(gè)麥克風(fēng)輸入/輸出。作業(yè)Job就是為了完成某一個(gè)演出任務(wù)上臺(tái)的一組人比如由管道連起來的一串程序cat | grep。前臺(tái)作業(yè)正拿著麥克風(fēng)在舞臺(tái)中央表演的演員。你必須等他演完或者把他按暫停你才能說上話。后臺(tái)作業(yè)在幕后默默化裝、搬道具的演員不占用舞臺(tái)上的麥克風(fēng)。二、 核心三大按鍵與快捷操作遙控器按鍵操作系統(tǒng)在鍵盤驅(qū)動(dòng)里埋了 3 個(gè)具有最高統(tǒng)治權(quán)的“快捷手勢(shì)”它們專門用來對(duì)付前臺(tái)作業(yè)1.Ctrl C直接終結(jié)斬立決底層原理向當(dāng)前舞臺(tái)中央的前臺(tái)作業(yè)發(fā)送SIGINT2號(hào)中斷信號(hào)。大白話嫌臺(tái)上演員演得爛直接拿大錘敲暈拖走程序立即死亡。2.Ctrl \致命退出帶遺體檢查的死刑底層原理向當(dāng)前前臺(tái)作業(yè)發(fā)送SIGQUIT3號(hào)退出信號(hào)并在磁盤生成 Core Dump核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件。大白話不僅把人打死還要拍下死亡現(xiàn)場(chǎng)的遺體照片供事后驗(yàn)尸Debug。3.Ctrl Z暫停并打入冷宮定海神針底層原理向當(dāng)前前臺(tái)作業(yè)發(fā)送SIGTSTP20號(hào)停止信號(hào)。大白話按一下暫停鍵演員立刻定在原地不準(zhǔn)動(dòng)被系統(tǒng)直接一腳踹到后臺(tái)的“暫停區(qū)”并把舞臺(tái)麥克風(fēng)重新交還給你的 Shell 終端三、 常用作業(yè)調(diào)度命令玩轉(zhuǎn)前后臺(tái)我們來看這幾個(gè)每天都會(huì)用到的調(diào)度命令[ 舞臺(tái)中央: 前臺(tái)運(yùn)行 ] | | Ctrl Z (掛起/暫停) v [ 后臺(tái)冷宮: Stopped 暫停狀態(tài) ] | --- 輸入 bg %作業(yè)號(hào) --- [ 后臺(tái)活動(dòng)區(qū): Running 運(yùn)行狀態(tài) ] | | ---------- 輸入 fg %作業(yè)號(hào) ---1. 啟動(dòng)就直接進(jìn)后臺(tái)符號(hào)命令sleep 100 | sleep 200 效果系統(tǒng)會(huì)返回一個(gè)[1] 4223。[1]這是作業(yè)號(hào)Job ID你在本終端給它編的序號(hào)。4223這是該作業(yè)在系統(tǒng)里的真實(shí)進(jìn)程號(hào)PID。2. 查看后臺(tái)所有的演員名單jobs命令jobs -l-l表示把每個(gè)進(jìn)程的 PID 也詳細(xì)打印出來?？炊畼?biāo)記加號(hào)代表默認(rèn)作業(yè)。如果你敲命令不寫作業(yè)號(hào)系統(tǒng)默認(rèn)就對(duì)它操作。-減號(hào)代表第二順位候選作業(yè)。當(dāng)帶有的作業(yè)退出了它就升級(jí)為。狀態(tài)分為Running后臺(tái)正在跑、Stopped被暫停了、Done已執(zhí)行完畢。3. 把后臺(tái)暫停的人叫醒在后臺(tái)繼續(xù)跑bgBackground命令bg %1%1代表 1 號(hào)作業(yè)。效果原本被CtrlZ暫停住的 1 號(hào)作業(yè)重新恢復(fù)心跳在后臺(tái)繼續(xù)默默運(yùn)行。4. 把后臺(tái)干活的人請(qǐng)回前臺(tái)舞臺(tái)fgForeground命令fg %1效果把 1 號(hào)作業(yè)直接拉到前臺(tái)屏幕重新交給他他又霸占了你的鍵盤。四、 動(dòng)手實(shí)操小演示跟著走一遍寫一段最簡(jiǎn)單的死循環(huán) C 代碼test.cc#includeiostream#includeunistd.hintmain(){while(true){std::coutI am running...std::endl;sleep(1);}return0;}在終端里執(zhí)行以下連續(xù)動(dòng)作直觀感受狀態(tài)遷移# 1. 編譯并運(yùn)行g(shù) test.cc-otest./test# 2. 屏幕開始瘋狂刷屏此時(shí)按下鍵盤Ctrl Z# 終端提示[1] 已停止 ./test# 此時(shí)你拿回了終端控制權(quán)./test 被凍結(jié)在后臺(tái)了# 3. 查看后臺(tái)作業(yè)狀態(tài)jobs-l# 會(huì)看到狀態(tài)是 Stopped# 4. 讓它在后臺(tái)恢復(fù)運(yùn)行不再刷屏阻塞你敲命令bg%1# 5. 再次拉回前臺(tái)fg%1# 此時(shí)屏幕又開始被接管刷屏按 Ctrl C 徹底殺死它五、 高頻面試題與硬核解析面試題 1作業(yè)號(hào)Job ID和進(jìn)程號(hào)Process ID / PID有什么區(qū)別詳細(xì)解析與標(biāo)準(zhǔn)答案作用范圍不同PID是操作系統(tǒng)全局唯一的全系統(tǒng)任何進(jìn)程都不會(huì)重復(fù)而Job ID僅僅在當(dāng)前這個(gè)終端Shell 會(huì)話內(nèi)部有效你在另一個(gè)終端開一個(gè)任務(wù)它的作業(yè)號(hào)也可能是[1]。一對(duì)多關(guān)系一個(gè)作業(yè)號(hào)可以對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程。比如cat file | grep a 是一個(gè)作業(yè)只有一個(gè) Job ID但底層會(huì)同時(shí)生成兩個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的 PID。面試題 2為什么我們?cè)诮K端里按CtrlZ可以暫停前臺(tái)程序但對(duì)加了的后臺(tái)程序按CtrlZ卻毫無反應(yīng)詳細(xì)解析與標(biāo)準(zhǔn)答案終端的快捷鍵信號(hào)CtrlC對(duì)應(yīng)SIGINT、CtrlZ對(duì)應(yīng)SIGTSTP是由內(nèi)核的終端驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)解析的。終端驅(qū)動(dòng)程序有嚴(yán)格的權(quán)限約束它只會(huì)將鍵盤生成的信號(hào)精準(zhǔn)遞送給當(dāng)前會(huì)話中的“前臺(tái)進(jìn)程組”。后臺(tái)進(jìn)程組沒有控制終端的直接讀寫權(quán)因此按鍵產(chǎn)生的信號(hào)根本不會(huì)投遞給后臺(tái)作業(yè)。第三部分 服務(wù)的自立門戶 —— 守護(hù)進(jìn)程Daemon底層原理與標(biāo)準(zhǔn) 6 步法一、 什么是守護(hù)進(jìn)程精靈進(jìn)程 / Daemon通俗比喻畢業(yè)離校與自立門戶普通后臺(tái)進(jìn)程就像住校的大學(xué)生雖然你在寢室里睡覺不露面在后臺(tái)但只要學(xué)校放假關(guān)校門清場(chǎng)關(guān)閉終端宿管大爺bash就會(huì)把你轟走。守護(hù)進(jìn)程Daemon就像畢業(yè)自立門戶的打工人。你在校外自己租了房子、買了房產(chǎn)證新會(huì)話學(xué)校關(guān)門、宿管下班跟你沒有半毛錢關(guān)系。你直接受當(dāng)?shù)卣到y(tǒng) 1 號(hào)進(jìn)程systemd/init直接管轄。守護(hù)進(jìn)程的核心特征脫離終端沒有控制終端在ps axj中TTY顯示為?。孤兒領(lǐng)養(yǎng)父進(jìn)程 IDPPID直接變成1由操作系統(tǒng)祖宗進(jìn)程接管領(lǐng)養(yǎng)。自立門戶自己是新會(huì)話的建立者也是新進(jìn)程組的組長(zhǎng)PID PGID SID。默默奉獻(xiàn)不與鍵盤和屏幕有任何交互生命周期隨操作系統(tǒng)開機(jī)而生、關(guān)機(jī)而滅。二、 核心系統(tǒng)調(diào)用精講為了完成自立門戶操作系統(tǒng)為我們提供了幾個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)調(diào)用① 系統(tǒng)調(diào)用setsid()—— 頒發(fā)獨(dú)立房產(chǎn)證#includeunistd.hpid_tsetsid(void);系統(tǒng)調(diào)用詳細(xì)信息使調(diào)用進(jìn)程擺脫原會(huì)話、原進(jìn)程組和原控制終端建立一個(gè)全新的會(huì)話。調(diào)用成功后該進(jìn)程成為新會(huì)話的會(huì)話首進(jìn)程SID PID同時(shí)成為新進(jìn)程組的組長(zhǎng)PGID PID。致命約束調(diào)用者絕對(duì)不能是當(dāng)前進(jìn)程組的組長(zhǎng)如果組長(zhǎng)調(diào)用setsid內(nèi)核直接報(bào)錯(cuò)返回 -1。一句大白話說明小組成員可以脫離原團(tuán)隊(duì)自立門戶當(dāng)掌門但原小組的組長(zhǎng)已經(jīng)被“組長(zhǎng)”名分鎖死了系統(tǒng)不允許組長(zhǎng)直接自立門戶。② 系統(tǒng)調(diào)用dup2()—— 管道暴力重定向#includeunistd.hintdup2(intoldfd,intnewfd);系統(tǒng)調(diào)用詳細(xì)信息將已經(jīng)打開的文件描述符oldfd復(fù)制覆蓋到newfd上。如果newfd已經(jīng)打開內(nèi)核會(huì)先關(guān)閉它。一句大白話說明把本來接在顯示器和鍵盤上的自來水管0號(hào)輸入、1號(hào)輸出、2號(hào)錯(cuò)誤暴力彎折接到一個(gè)黑洞文件里去。三、 守護(hù)進(jìn)程化的標(biāo)準(zhǔn) 6 步法蛻變流水線如何巧妙繞過“組長(zhǎng)不能調(diào)用setsid”的死穴并完成真正的脫胎換骨標(biāo)準(zhǔn) 6 步法如下[ 1. 忽略致命信號(hào) ] ---------- signal(SIGPIPE, SIG_IGN), signal(SIGCHLD, SIG_IGN) | [ 2. 借刀殺人: fork() ] ------ 父進(jìn)程 exit(0) 退出子進(jìn)程繼承 PGID 成為普通組員 | [ 3. 自立門戶: setsid() ] ---- 子進(jìn)程不是組長(zhǎng)成功調(diào)用 setsid() 建立新會(huì)話 | [ 4. 更改工作目錄 ] ---------- chdir(/)防止當(dāng)前磁盤目錄被占用無法卸載 | [ 5. 重設(shè)文件權(quán)限掩碼 ] ------ umask(0)拿回完整的文件創(chuàng)建權(quán)限 | [ 6. 隱身黑洞: 重定向 0/1/2 ] - 打開 /dev/null用 dup2 把標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出/錯(cuò)誤全塞進(jìn)去逐步深度推演第一步忽略信號(hào)自我防暴signal(SIGPIPE, SIG_IGN)網(wǎng)絡(luò)通信中如果客戶端強(qiáng)行斷開服務(wù)端繼續(xù)write會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)發(fā)送SIGPIPE導(dǎo)致崩潰必須忽略。第二步fork() 父進(jìn)程退出最精妙的一步剛才說了進(jìn)程組組長(zhǎng)調(diào)用setsid()必死。既然如此我們直接fork()生一個(gè)子進(jìn)程因?yàn)榻M長(zhǎng)的名分留在父進(jìn)程身上子進(jìn)程只是一個(gè)“普通的組員”。此時(shí)父進(jìn)程立刻exit(0)自殺子進(jìn)程繼續(xù)往下走這樣就完美滿足了“非組長(zhǎng)調(diào)用”的鐵律。第三步調(diào)用setsid()自立門戶子進(jìn)程非組長(zhǎng)調(diào)用setsid()瞬間成功脫離終端成為新 Session 的大 Boss第四步chdir(/)防占用如果程序是在一個(gè) U 盤或者掛載的磁盤目錄下啟動(dòng)的它一直活著會(huì)導(dǎo)致該磁盤永遠(yuǎn)顯示“設(shè)備繁忙”無法卸載。因此通常把它移到系統(tǒng)的根目錄/。第五步umask(0)權(quán)限自由清除從終端繼承來的文件權(quán)限掩碼保證后續(xù)創(chuàng)建日志、文件時(shí)擁有最純凈的權(quán)限。第六步重定向到/dev/null防吐死什么是/dev/null它是 Linux 內(nèi)核提供的一個(gè)“黑洞設(shè)備”無底洞。往里面寫的數(shù)據(jù)全部人間蒸發(fā)從里面讀數(shù)據(jù)會(huì)直接讀到 EOF。因?yàn)槊撾x終端后已經(jīng)沒有顯示器了如果程序里還有std::cout向已失效的終端寫數(shù)據(jù)會(huì)報(bào)錯(cuò)因此把0, 1, 2全部通過dup2重定向到/dev/null。四、 核心代碼落地Daemon.hpp根據(jù)上述 6 步法我們寫出標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)頭文件#pragmaonce#includeiostream#includecstdlib#includeunistd.h#includesignal.h#includesys/types.h#includesys/stat.h#includefcntl.hnamespaceDaemonModule{constchar*default_root/;constchar*dev_null/dev/null;// ischdir: 是否切換工作目錄到根目錄// isclose: 是否徹底關(guān)閉或重定向 0, 1, 2voidDaemon(boolischdirfalse,boolisclosetrue){// 1. 忽略可能引起程序異常退出的信號(hào)signal(SIGCHLD,SIG_IGN);signal(SIGPIPE,SIG_IGN);// 2. 借刀殺人讓自己絕對(duì)不要成為組長(zhǎng)進(jìn)程if(fork()0){exit(0);// 父進(jìn)程是組長(zhǎng)直接退出}// 3. 此時(shí)只有子進(jìn)程能走到這里調(diào)用 setsid 自立門戶建立新會(huì)話setsid();// 4. 更改當(dāng)前進(jìn)程的工作目錄if(ischdir){chdir(default_root);}// 5. 重設(shè)文件掩碼umask(0);// 6. 已經(jīng)變成守護(hù)進(jìn)程不再與終端輸入輸出關(guān)聯(lián)重定向到黑洞if(isclose){intfdopen(dev_null,O_RDWR);if(fd0){dup2(fd,0);// 標(biāo)準(zhǔn)輸入 - /dev/nulldup2(fd,1);// 標(biāo)準(zhǔn)輸出 - /dev/nulldup2(fd,2);// 標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤 - /dev/nullclose(fd);// 復(fù)制完成后關(guān)閉原 fd}}}}五、 高頻面試題與硬核解析面試題 1在實(shí)現(xiàn)守護(hù)進(jìn)程時(shí)為什么必須執(zhí)行一次fork()并且讓父進(jìn)程exit(0)詳細(xì)解析與標(biāo)準(zhǔn)答案核心原因是系統(tǒng)調(diào)用setsid()的硬性約束調(diào)用進(jìn)程絕不能是當(dāng)前進(jìn)程組的組長(zhǎng)Process Group Leader。當(dāng)我們?cè)诿钚袉?dòng)一個(gè)程序時(shí)該程序默認(rèn)就是它所在進(jìn)程組的組長(zhǎng)PID PGID。通過調(diào)用fork()子進(jìn)程會(huì)繼承父進(jìn)程的進(jìn)程組 IDPGID但子進(jìn)程分配到了一個(gè)全新的進(jìn)程 IDPID因此子進(jìn)程必然滿足PID ! PGID即子進(jìn)程絕不是組長(zhǎng)。此時(shí)讓父進(jìn)程退出子進(jìn)程就能合法、安全地調(diào)用setsid()成功自立門戶建立新會(huì)話。面試題 2為什么守護(hù)進(jìn)程要將標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出、標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤0, 1, 2重定向到/dev/null而不是直接close(0); close(1); close(2);詳細(xì)解析與標(biāo)準(zhǔn)答案如果直接close關(guān)閉 0、1、2之后程序在打開第一個(gè)文件或網(wǎng)絡(luò)套接字socket時(shí)根據(jù) Linux 的文件描述符分配規(guī)則“分配最小且未占用的 fd”新打開的sockfd就會(huì)拿到描述符0。若后續(xù)代碼或第三方庫中無意間調(diào)用了一句printf或std::cin就會(huì)向原本屬于網(wǎng)絡(luò)套接字的描述符0錯(cuò)誤讀寫直接破壞正常的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議重定向到/dev/null既占住了 0、1、2 的坑位又將所有多余的終端打印安全吞噬保證了后續(xù)socket從 3 號(hào)描述符開始安全分配。第四部分 工程實(shí)戰(zhàn)與狀態(tài)觀測(cè) —— 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)守護(hù)化與生命周期管理一、 實(shí)戰(zhàn)裝配給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器裝上“守護(hù)之心”守護(hù)進(jìn)程的代碼模塊化封裝Daemon.hpp完成后上層的使用變得極其簡(jiǎn)潔。以我們的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算器服務(wù)端入口TcpServerMain.cc為例只需要在初始化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之前調(diào)用一次Daemon()即可#includeiostream#includememory#includestring#includeTcpServer.hpp#includeDaemon.hpp// 使用方法: ./tcp_server 8080intmain(intargc,char*argv[]){if(argc!2){std::coutUsage:\n\t argv[0] portstd::endl;return1;}uint16_tportstd::stoi(argv[1]);// 1. 在創(chuàng)建任何套接字之前完成守護(hù)進(jìn)程化自立門戶// ischdir false: 保持在當(dāng)前工作路徑方便相對(duì)路徑寫日志// isclose true: 開啟 0/1/2 重定向到 /dev/nullDaemonModule::Daemon(false,true);// 2. 正常初始化并進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽死循環(huán)std::unique_ptrTcpServersvrstd::make_uniqueTcpServer(port);svr-Init();svr-Loop();return0;}二、 現(xiàn)象觀察守護(hù)進(jìn)程啟動(dòng)后的直觀變化當(dāng)你在 Linux 終端執(zhí)行./tcp_server 8080時(shí)會(huì)觀察到兩個(gè)極為明顯的現(xiàn)象命令行瞬間返回敲擊回車后程序并沒有阻塞卡住你的終端而是直接彈回了命令提示符因?yàn)楦高M(jìn)程調(diào)用exit(0)閃電退出了子進(jìn)程在后臺(tái)自立門戶繼續(xù)跑。終端沒有任何字符輸出哪怕服務(wù)端代碼里寫滿了std::cout TcpServer running...屏幕上也空空如也因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)輸出1已經(jīng)被dup2導(dǎo)流到了/dev/null吞噬。三、 核心偵查技能使用ps axj辨別真正的守護(hù)進(jìn)程操作系統(tǒng)到底有沒有把我們的程序變成合法的守護(hù)進(jìn)程我們使用系統(tǒng)的狀態(tài)指令進(jìn)行驗(yàn)證psaxj|head-n1psaxj|greptcp_server|grep-vgrep命令參數(shù)拆解a不僅列出當(dāng)前用戶的進(jìn)程也列出所有其他用戶的進(jìn)程x不僅列出有控制終端的進(jìn)程也列出所有無控制終端的進(jìn)程j列出與作業(yè)控制PPID, PID, PGID, SID, TTY相關(guān)的核心信息。字符畫拆解守護(hù)進(jìn)程在系統(tǒng)里的特征畫像PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND 1 4885 4885 4885 ? -1 Ssl 1000 0:00 ./tcp_server 8080 ^ ^ ^ ^ ^ ^ | ---------- | | | | | - TPGID-1: 沒有前臺(tái)進(jìn)程組綁定 | | -------------- TTY?: 徹底脫離控制終端 | ----------------------- PID PGID SID: 自立門戶自己是組長(zhǎng)且是會(huì)話首進(jìn)程 ---------------------------------- PPID1: 被系統(tǒng)的 1 號(hào)進(jìn)程 (systemd/init) 領(lǐng)養(yǎng)只要你的進(jìn)程滿足了上面圖中的PPID 1、PID PGID SID以及TTY ?這三大金標(biāo)準(zhǔn)它就已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)的守護(hù)進(jìn)程。四、 守護(hù)進(jìn)程的生命周期與運(yùn)維管理既然守護(hù)進(jìn)程沒有終端按CtrlC和CtrlZ對(duì)它完全無效我們平時(shí)怎么與它交互、如何關(guān)閉它1. 查看輸出與日志定位因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤被重定向到了/dev/null所以工業(yè)級(jí)守護(hù)進(jìn)程必須具備落盤日志系統(tǒng)如打入log.txt或系統(tǒng)日志/var/log/messages。通過tail -f log.txt觀察它的實(shí)時(shí)心跳。2. 安全關(guān)閉守護(hù)進(jìn)程由于它脫離了前臺(tái)終止它需要向其發(fā)送進(jìn)程信號(hào)優(yōu)雅退出向其發(fā)送SIGTERM15號(hào)信號(hào)請(qǐng)求正常終止kill-154885強(qiáng)制斬殺若程序卡死發(fā)送SIGKILL9號(hào)信號(hào)內(nèi)核強(qiáng)制清除kill-94885一鍵按名關(guān)閉killalltcp_server五、 高頻面試題與硬核解析面試題 1如何驗(yàn)證一個(gè)后臺(tái)運(yùn)行的進(jìn)程是真正的“守護(hù)進(jìn)程”而不是普通的“后臺(tái)作業(yè)”詳細(xì)解析與標(biāo)準(zhǔn)答案通過ps axj命令查看進(jìn)程的關(guān)鍵字段信息查看TTY終端列普通后臺(tái)作業(yè)依然綁定著虛擬終端如pts/0、pts/1而真正的守護(hù)進(jìn)程TTY列必須顯示為?代表無控制終端。查看父進(jìn)程PPID普通后臺(tái)作業(yè)的父進(jìn)程依然是啟動(dòng)它的終端bash而守護(hù)進(jìn)程的父進(jìn)程必須是1號(hào)進(jìn)程systemd或init。查看PID、PGID與SID守護(hù)進(jìn)程通過setsid()自立門戶必然滿足PID PGID SID即它自身是獨(dú)立會(huì)話首進(jìn)程也是獨(dú)立進(jìn)程組的組長(zhǎng)。面試題 2Linux 系統(tǒng)函數(shù)庫其實(shí)自帶了一個(gè)daemon()庫函數(shù)為什么很多工業(yè)級(jí)開源項(xiàng)目如 Redis/Nginx更傾向于自己手寫實(shí)現(xiàn)一套Daemonize詳細(xì)解析與標(biāo)準(zhǔn)答案系統(tǒng)自帶的int daemon(int nochdir, int noclose);雖然封裝了基本的fork、setsid和重定向但存在局限信號(hào)屏蔽不夠靈活手寫實(shí)現(xiàn)可以在派生前精確屏蔽如SIGPIPE、SIGHUP等關(guān)鍵信號(hào)重定向可控性差標(biāo)準(zhǔn)daemon()內(nèi)部默認(rèn)將 0/1/2 導(dǎo)向/dev/null而自實(shí)現(xiàn)版本可以根據(jù)配置無縫將標(biāo)準(zhǔn)輸出/錯(cuò)誤重定向到指定的自定義日志文件文件描述符與鎖管理很多工業(yè)級(jí)組件在自立門戶后需要記錄 PID 文件單例鎖機(jī)制防止重復(fù)啟動(dòng)手寫邏輯能更好地穿插 PID 文件鎖和權(quán)限umask重置操作。