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(guò)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(guò)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(shuí)來(lái)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(shuí)先站出來(lái)挑頭誰(shuí)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(lái)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(shuí)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(tīng)話既然你的活動(dòng)室里有這么多小組在同時(shí)干活那問(wèn)題來(lái)了你面前的物理鍵盤和屏幕控制終端到底歸誰(shuí)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(shuí)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(wú)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(guò)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(méi)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(yǔ)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(méi)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(méi)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(lái)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(lái)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(shuō)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(lái)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(lái)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(lái)。看懂標(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(wú)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(méi)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(jué)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(méi)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(méi)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(shuō)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(shuō)明把本來(lái)接在顯示器和鍵盤上的自來(lái)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(guò)“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(wú)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(shuō)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(wú)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(lái)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(wú)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(méi)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(guò)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(guò)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(kù)中無(wú)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(tīng)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(méi)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(méi)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(méi)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(wú)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(méi)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(méi)有終端按CtrlC和CtrlZ對(duì)它完全無(wú)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(kù)其實(shí)自帶了一個(gè)daemon()庫(kù)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(wú)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。