《Unix 網路編程》13：守護進程和 inetd 超級伺服器

• 2022 年 6 月 4 日
• 筆記
• 網路, Unix, 電腦基礎

守護進程和 inetd 超級伺服器

系列文章導航：《Unix 網路編程》筆記

守護進程

基本知識

守護進程的特點：

• 必須親自脫離與控制終端的關聯，從而避免與作業控制、終端會話管理、終端產生訊號等發生任何不期望的交互
• 同時要避免在後台運行的守護進程非預期地輸出到終端

守護進程的啟動

• 由系統初始化腳本啟動，通常位於 /etc/rc 或 /etc 目錄下，由這些腳本啟動的守護進程一開始就有用超級用戶特權

  如：inetd 超級伺服器、Web 伺服器、sendmail 伺服器

• 由 inetd 超級伺服器啟動，它監聽網路請求

• cron 守護進程按照規則定期執行一些程式，由它執行的程式同樣作為守護進程運行

• at 命令用於在未來某個時刻執行一些程式

• 守護進程還可以從用戶終端或在前台或者後台啟動，這麼做往往是為了測試

daemon_init

• 這是我們自己寫的一個函數，把一個普通進程轉變為守護進程
• 部分 Unix 變體上提供一個名為 daemon 的 C 庫函數，實現類似的功能

由於這段程式碼涉及的知識點比較多，所以首先需要補充一點作業系統的知識：Linux 進程、進程組、會話周期、控制終端

按照上文中的描述閱讀下述程式碼：

1. 在父進程（此時是一個進程組的組長）中使用fork()產生子進程（將來的守護進程由它產生）
2. 調用setsid()，用於生成一個新的會話 注意如果當前進程是會話組長時，調用失敗。第一點已經可以保證進程不是會話組長了，所以setsid()調用成功後，進程成為新的會話組長和新的進程組長，並與原來的登錄會話和進程組脫離。由於會話對控制終端的獨佔性，進程同時與控制終端脫離
3. 禁止進程重新打開控制終端 第二步之後，進程已經成為無終端的會話組長。但它可以重新申請打開一個控制終端。可以通過使進程不再成為會話組長來禁止進程重新打開控制終端，在上面的控制終端中已經提到了只有會話組長才能打開控制終端；

#include <syslog.h>
#include "unp.h"

#define MAXFD 64

extern int daemon_proc; /* defined in error.c */

int daemon_init(const char* pname, int facility) {
    int i;
    pid_t pid;

    if ((pid = Fork()) < 0) // 失敗
        return (-1);
    else if (pid)   // 父進程
        _exit(0); /* parent terminates */

    /* child 1 continues... */

    // setsid 使得當前進程變為：
    // - 新會話的會話頭進程
    // - 新進程組的進程組頭進程
    if (setsid() < 0)
        return (-1);

    // 忽略 SIGHUP 訊號
    // 會話頭進程終止後，所有其他會話進程都會收到一個該訊號
    Signal(SIGHUP, SIG_IGN);
    if ((pid = Fork()) < 0)
        return (-1);
    else if (pid)
        _exit(0); /* child 1 terminates */

    /* child 2 continues... */

    // 告知錯誤處理函數使用 syslog 而不是 fprintf
    daemon_proc = 1; /* for err_XXX() functions */

  	// 改變工作目錄，否則就是在當前目錄下運行，可能產生破壞
    chdir("/");

    // 關閉前 64 個描述符，即使有些本身就沒有打開
    for (i = 0; i < MAXFD; i++)
        close(i);

    /* redirect stdin, stdout, and stderr to /dev/null */
    // 這樣設置會佔用標準輸入、標準輸出和標準錯誤輸出的描述符
    // 防止在伺服器環境下，套接字佔用這些描述符，而後誤將系統資訊發送給這些描述符
    open("/dev/null", O_RDONLY);
    open("/dev/null", O_RDWR);
    open("/dev/null", O_RDWR);

    openlog(pname, LOG_PID, facility);

    return (0); /* success */
}

守護進程在沒有控制終端的環境下運行，它絕對不會收到來自內核的 SIGHUP 訊號，許多守護進程因此把這個訊號作為來自系統管理員的一個通知，表示其配置文件已發生改動，守護進程應該重新讀取其配置文件。同理還有 SIGINT 和 SIGWINCH 等等

改進時間伺服器

int main(int argc, char** argv) {
    int listenfd, connfd;
    socklen_t addrlen, len;
    struct sockaddr* cliaddr;
    char buff[MAXLINE];
    time_t ticks;

  	// 如果有一些顯而易見的錯誤，則立即拋出，而不是在日誌中拋出
    if (argc < 2 || argc > 3)
        err_quit("usage: daytimetcpsrv2 [ <host> ] <service or port>");

    // 使用我們的函數啟動
    daemon_init(argv[0], 0);

    if (argc == 2)
        listenfd = Tcp_listen(NULL, argv[1], &addrlen);
    else
        listenfd = Tcp_listen(argv[1], argv[2], &addrlen);

    cliaddr = Malloc(addrlen);

    for (;;) {
        len = addrlen;
        connfd = Accept(listenfd, cliaddr, &len);
        err_msg("connection from %s", Sock_ntop(cliaddr, len));

        ticks = time(NULL);
        snprintf(buff, sizeof(buff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks));
        Write(connfd, buff, strlen(buff));

        Close(connfd);
    }
}

日誌消息

syslogd

Unix 系統中的 syslogd 守護進程通常由某個系統初始化腳本啟動，並且在系統工作期間一直運行

啟動的步驟：

1. 讀取配置：通常為 /etc/syslog.conf ，配置了對消息的處理
2. 創建Unix域數據報套接字：給他綁定路徑名 /var/run/log （或 /dev/log）
3. 創建一個 UDP 套接字：綁定埠 514
4. 打開路徑名 /dev/klog：來自內核中的任何出錯消息從這個「設備」輸入
5. 監聽：調用 select，監聽 2 ~ 4 步驟的描述符
   • 如果收到消息，讀入並按照配置進行處理
   • 如果收到 SIGHUP 訊號，則重新讀取配置文件 （這讓我想到了 NGINX 重載配置文件時服務無需暫停）

較新的 syslogd 實現禁止創建 UDP 套接字，因為這樣可能會讓系統遭到 DOS 攻擊，其文件系統可能被填滿，從而佔滿記憶體空間，或擠掉合法的日誌消息

我們一般不會直接向其發送消息，而是通過 syslog 函數寫入日誌！

syslog

守護進程記錄消息可以使用 syslog 函數：

#include <syslog.h>

void syslog(int priority, // 優先順序
           const char *message, // 消息
           ...)

參數解釋：

• priority：好理解，大多日誌都有日誌級別的功能
• facility：用於標識發送進程類型（函數的參數列表中沒有？因為這個要和 priority 用邏輯或使用）
• message：消息內容，類似 printf，不同的是其增加了 %m 規範，用以輸出當前 errno 值對應的錯誤資訊

案例

syslog(LOG_INFO|LOG_LOCAL2, "rename(%s, %s): %m", file1, fil)

/etc/syslog.conf

kern.* 				/dev/debug					# 內核的所有消息發送到控制台
local7.debug 	/var/log/cisco.log	# 來自 local7 的所有消息添加到文件 cisco.log 的尾部

一些細節

• 當 syslog 被應用程式首次調用時，它創建一個 Unix 域數據報套接字，然後調用 connect 連接到由 syslogd 守護進程創建的 Unix 域數據報套接字的眾所周知路徑名（如 /var/run/log ）這個套接字一直保持打開，直到進程終止
• 可以用 openlog 和 closelog 來操作上述步驟，在首次調用 syslog 前調用 openlog，不需要發送日誌時調用 closelog

openlog 和 closelog

#include <syslog.h>
void openlog(const char* ident, // 日誌的前綴，通常是程式名
             int options, 			// 可選值
             int facility);			// 設置默認的列印設施的值
void closelog(void);

inetd 守護進程

引入 inetd

原來的系統服務模型

Unix 上的很多服務，如 SSH、FTP、Telnet 等，我們都可以把它當作一個 Server 端

在系統啟動的過程中，這些進程從 /etc/rc 文件中啟動，而且每個進程都執行幾乎相同的啟動任務：

1. 創建一個套接字，綁定埠
2. 等待連接或數據報的到來
3. 派生子進程，子進程提供服務，父進程繼續監聽

這種方式的缺點

1. 所有這些守護進程含有幾乎相同的啟動程式碼
2. 每個守護進程在進程表中佔據一個表項，然而大多數時間他們處於睡眠狀態

inted 守護進程

為了解決這種問題，4.3BSD 提供一個網際網路超級伺服器（即 inetd 守護進程）：

1. 通過由 inetd 處理普通守護進程的大部分啟動細節以簡化守護進程的編寫，這麼一來每個伺服器不再有調用 daemon_init 函數的必要
2. 單個進程（inetd）就能為多個服務等待外來的客戶請求，以取代每個伺服器一個進程的做法

inetd 配置文件

inetd 使用前文提到的方法把自己變成一個守護進程，然後讀取並處理自己的配置文件，通常在 /etc/inetd.conf ，該文件包括如下內容：

inetd 工作流程

其工作流程如下：

1. 讀入配置文件，為每個服務創建一個合適的套接字

2. 為每個套接字調用 bind，指定埠和通配地址

   埠號可以通過 getservbyname 獲取，用配置文件中的 service-name 和 protocal 欄位做參數

3. 對於每個 TCP 套接字，調用 listen 以接受外來的連接請求，對於 UDP 則不執行

4. 創建完所有套接字後，調用 select 等待其中任何一個套接字變得可讀

對於 TCP：

1. 當 select 返回可讀後，如果該套接字是一個 TCP 套接字，而且其 wait-flag 為 nowait，則調用 accept 接受這個新連接
2. inetd 守護進程調用 fork 派生進程，並由子進程處理服務請求，與前面的並發伺服器類似，關閉相應的描述符
3. 子進程關閉除了要處理的套接字描述符外的所有的描述符，並根據配置文件，切換到相應的用戶，用 exec 執行相應的操作

如果設置為 wait，對於 TCP 來說，父進程會用 FD_CLR 禁止這個套接字，保存子進程 ID，當子進程終止（SIGCHILD）後才繼續監聽

對於 UDP：

因為數據報伺服器只有一個套接字，所以只能一個一個來處理，也就是說通過接受子進程終止的 SIGCHLD 訊號後才繼續監聽

因為假如 fork 後一個子進程，而父進程先於該子進程再次執行，則會由於還沒讀取數據而再次觸發 select 的事件，從而再次 fork 一個無用的子進程

xinetd

xinetd 提供與 inetd 一致的基本服務，不過還提供了數目眾多的其他特性，包括根據客戶的地址登記、接受或拒絕連接的選項等等

daemond_inetd

這個函數的唯一作用就是為錯誤處理函數設置 daemon_proc 標誌，使得運行資訊輸出在日誌中

extern int daemon_proc; /* defined in error.c */

void daemon_inetd(const char* pname, int facility) {
    daemon_proc = 1; /* for our err_XXX() functions */
    openlog(pname, LOG_PID, facility);
}

修改後的伺服器程式碼：

int main(int argc, char** argv) {
    socklen_t len;
    struct sockaddr* cliaddr;
    char buff[MAXLINE];
    time_t ticks;

    daemon_inetd(argv[0], 0);

    cliaddr = Malloc(sizeof(struct sockaddr_storage));
    len = sizeof(struct sockaddr_storage);
    Getpeername(0, cliaddr, &len);
    err_msg("connection from %s", Sock_ntop(cliaddr, len));

    ticks = time(NULL);
    snprintf(buff, sizeof(buff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks));
    Write(0, buff, strlen(buff));

    Close(0); /* close TCP connection */
    exit(0);
}

• 我們用描述符 0 指代被接受的 TCP 連接
• 因為這個程式針對每一個連接啟動一次，所以不需要無限循環

為了啟動這個程式，我們需要在 /etc/services 文件中添加：

mydaytime			9999/tcp

在 /etc/inetd.conf 中添加：（在題主的電腦里就只有 xinetd.conf 了）

mydaytime stream tcp nowait andy /foo/bar/daytimetcpsrv3 daytimetcpsrv3

然後給 inetd 發送一個 SIGHUP 訊號，告知它重新讀取配置文件