C 语言守护进程

在本文中，我们将讨论 C 中的守护进程。守护进程是一种在后台持续运行的系统进程，由服务请求激活，通常由远程进程激活。收到请求后，守护进程会通过操作系统进程通知进行外部通知，该通知要么代表给定进程处理此请求，要么将控制权传递给另一个指定的进程。

“守护进程”的历史

该术语的灵感来源于物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦构思的思维实验麦克斯韦的恶魔。麦克斯韦的恶魔代表一个假想的代理，它被认为不知疲倦地操纵分子，对热力学施加影响，但自身却没有任何明显的影响。在计算领域，守护进程的功能与此类似，它们在后台默默地执行有用的任务。

计算机科学家采用“daemon”这个词来描述那些像麦克斯韦的恶魔一样自主运行的进程，它们在没有用户交互的情况下处理重复性任务或响应事件。

UNIX 中的初始实现

随着 1970 年代 UNIX 的出现，守护进程的概念得到了正式化。Unix 的开发者 Dennis Ritchie 和 Ken Thompson 在贝尔实验室开发了该系统，秉持模块化和进程独立性的理念。他们的设计考虑促成了可以以不易察觉的方式在后台运行并提供专门服务的进程的构思，因此被称为“守护进程”。

早期 UNIX 中的关键特性

• 后台服务：像 init 这样的进程管理启动和各项服务。
• 会话分离：守护进程无需终端或用户会话即可运行。
• 进程管理：Unix 的 fork 和管理进程的能力使得创建独立的后台任务成为可能。

你为什么应该使用守护进程？

守护进程是现代操作系统和计算环境的重要组成部分，因为它们可以在后台自主执行重要的系统级或应用程序级任务。

1. 后台任务自动化

• 无限制地在后台工作：守护进程在后台运行，使得任务能够持续运行而无需用户干预。例如，cron 守护进程负责调度和执行重复性作业，如备份和更新。
• 节省工作：守护进程自动化了多项任务，减少了人工交互的频率，并确保了有效的生产。

2. 资源友好

• 低开销：守护进程体积小巧，设计上在准备执行任务时消耗的系统资源非常少。
• 按需执行：守护进程可以表现出事件驱动的特性，只有在需要其服务时才会启动；例如，nginx 会处理传入的 HTTP 请求。

守护进程

守护进程通常在系统启动阶段启动，以独立管理和执行任务，例如在类 Unix 操作系统中管理和记录系统任务、调度作业和网络服务，它们在后台持续运行，无需用户干预。

因此，这类守护进程涉及创建一个无终端进程，通过严格分离进程并将其转换为守护进程服务。这主要在 C 编程中完成，因为 C 编程可以对底层操作进行更精细地控制，例如进程管理、文件处理和进程间通信。

守护进程的用途

现代操作系统使用守护进程作为服务来涵盖各种领域。以下是一些常见的应用

1. 系统维护

• 日志服务：系统日志将交给守护进程 syslogd 处理。
• 文件索引：文件 updatedb 守护进程维护一个最新的文件数据库，以便快速搜索。

2. 任务调度

• 作业调度：cron 守护进程在指定的时间执行任务。
• 自动备份：这些守护进程提供备份服务，而无需用户加载、安装或运行任何内容。

3. 网络服务

• Web 服务：HTTP 请求处理由 httpd 或 nginx 等守护进程完成。
• 电子邮件服务：使用 sendmail 或 postfix 发送电子邮件。
• 文件传输：ftp 等守护进程 FTP 服务允许发送文件。

4. 监控和安全

• 系统监控：一些工具，如 auditd，提供关于系统在安全方面活动的报告。
• 入侵检测：fail2ban 等守护进程可以防止未经授权的入侵尝试。

示例

输出

 
Starting the simulated daemon: DAEMON_Sample
Simulated daemon [DAEMON_Sample]: running iteration 1
Simulated daemon [DAEMON_Sample]: running iteration 2
Simulated daemon [DAEMON_Sample]: running iteration 3
Simulated daemon [DAEMON_Sample]: running iteration 4
Simulated daemon [DAEMON_Sample]: running iteration 5
Simulated daemon [DAEMON_Sample]: stopping   

说明

这个 C 程序实现了守护进程般的进程，它们在后台反复打印消息。开始时，它为守护进程的名称定义了一个常量 LogVal，程序会循环五次。在每次迭代中，程序通过 sleep() 函数休眠一秒钟，模拟后台工作的完成。每次暂停后，程序会打印一条消息，反映模拟守护进程的当前迭代。完成五次迭代后，程序会打印一条最终消息，表明守护进程正在关闭。尽管这个程序解释了守护进程的某些活动，但它不是一个完整的守护进程，因为它没有从控制终端分离、管理系统信号或充当后台服务，但它确实说明了如何将长时间运行的任务置于循环中。

守护进程的优点

守护进程的几个优点如下

• 自主运行：它们独立于用户运行，从而提供不间断的服务。
• 资源消耗：守护进程旨在在后台运行时最大限度地减少系统资源的使用。
• 始终可用：系统启动后，守护进程会被激活并一直运行，提供服务。
• 面向服务：将潜在的大功能分解成更小、更易于管理的任务，有助于实现模块化和可扩展的设计。
• 增强安全性和隔离性：客观地说，不运行在用户会话下可以通过限制用户干扰来提高安全性。

守护进程的缺点

守护进程的几个缺点如下

• 开发复杂：编写守护进程更复杂，因为它需要仔细处理进程状态、信号和资源管理。
• 难以调试：与交互式程序相比，调试后台进程更困难。
• 资源泄漏：设计不佳的守护进程可能导致内存或文件描述符泄漏，从而降低系统性能。
• 启动开销：在启动时启动过多的守护进程可能会减慢系统速度。
• 安全风险：守护进程存在漏洞，可能使系统容易受到攻击。

结论

总之，守护进程在当今的计算领域，尤其是在类 Unix 操作系统中非常重要，它们在后台运行，无需用户干预。它们通常自主管理重要的系统任务、提供网络服务和调度作业，因此得名。这意味着它们在不受监督的情况下运行，因此在维持系统性能和可靠性方面具有巨大的价值。

尽管守护进程具有自主运行、高效利用资源和增强安全性等诸多优点，但它们也带来挑战。开发复杂性、调试难度和安全漏洞需要格外小心和管理。开发人员必须确保守护进程在构建时具有强大的错误处理和资源管理能力，以便在单元完整性方面抵消任何潜在的危险。

总而言之，守护进程可以使系统正常运行，但同时也需要谨慎对待它们的实现和管理，以确保它们对系统性能和安全带来的益处大于坏处。仔细考虑其优缺点将对系统程序员或管理员大有裨益。