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Unix单实例后台守护进程的“规范方法”

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此前的笔记《Linux程序已运行实体的检测以及其PID的获得》通过Linux里面的bash命令来获取正在运行的同名进程的pid，正如网友AzureSky提醒说实际上平常此类程序所用的方法都是文件锁，比如dhclient、apt-get系列、pacman诸如此类，都是通过往/var/run里面写入一个包含自身pid的xx.pid文件，同时加上排他锁，只要当前进程还在，新的进程就不可能再加锁，也就能检测出是否单实例了。（AzureSky博客另外整理出APUE的一个实现）

至于后台运行，都是通过fork来生成新进程，虽然还需要setsid等的调用以确保子进程正常运行，不过这里暂不详细讨论，重点关注文件排他锁和生成的后台进程的“规范方法“（参考《Unix环境高级编程 APUE 第二版》）。

整个过程是这样的：

  1. 打开文件；
  2. 获得该文件的锁的状态；
  3. 如果没有锁，则给该文件加上自己的锁并写入自己的pid*；否则获得锁着该文件的进程的pid
  4. 如果能够顺利加上锁，则生成子进程；子进程等待父进程退出后马上给文件加上自己的锁；
*其实写不写入pid对整个过程影响不大，只是惯例如此。

过程并不复杂，纠结的地方就是，文件锁是针对进程而言的，在生成后台进程的过程中，父进程和子进程虽然说拥有共同的文件描述字之类的资源，但由于是两个完全不同的进程，文件锁并不会继承过去。只有当父进程完全退出，失去对文件的锁操作后，子进程才能重新获得锁。

文件锁的调用fcntl函数的cmd参数里面有F_SETLK和F_SETLKW两个，后者是阻塞式的调用，就非常适合上述子进程等待父进程退出以获得锁的情形。

PT根据《APUE 2nd》F14.5、F14.6 整理出来的一份示例代码：

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#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
 
#define LOCKFILE "/tmp/run/test.pid"
#define LOCKMODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)
 
int     lockfile;                  /* 锁文件的描述字 */
 
void    flock_reg ();              /* 注册文件锁 */
int     program_running_check();   /* 锁控制函数 */
 
void    daemon_init();             /* 转换到后台进程 */
 
 
int main()
{
    //打开锁文件
    lockfile = open (LOCKFILE, O_RDWR | O_CREAT , LOCKMODE);
    if (lockfile < 0){
        perror ("Lockfile");
        exit(1);
    }
 
    // 检测可否获得锁 
    int mun;
    if ( (mun = program_running_check())){
        printf("Instance with pid %d running, just exitn", mun);
        exit(1);
    }
 
    //转换到后台式运行
    daemon_init();
 
    printf("sleepingn");
    while (1);
    return 0;
}
 
 
void
flock_reg ()
{
    char buf[16];
    struct flock fl;
    fl.l_start = 0;
    fl.l_whence = SEEK_SET;
    fl.l_len = 0;
    fl.l_type = F_WRLCK;
    fl.l_pid = getpid();
 
    //阻塞式的加锁
    if (fcntl (lockfile, F_SETLKW, &fl) < 0){
        perror ("fcntl_reg");
        exit(1);
    }
 
    //把pid写入锁文件
    ftruncate (lockfile, 0);    
    sprintf (buf, "%ld", (long)getpid());
    write (lockfile, buf, strlen(buf) + 1);
}
 
 
void
daemon_init()
{
    pid_t    pid;
    if ( (pid = fork()) < 0) {
        perror ("Fork");
        exit(1);
    }
    //父进程，打印该信息后马上退出
    if (pid) {
        fprintf(stdout, "&&Info: Forked background with PID: [%d]n", pid);
        exit(0);
    }
 
    //子进程，设置相关环境
    setsid();        /* become session leader */
    chdir("/");        /* change working directory */
    umask(0);        /* clear our file mode creation mask */
 
    //子进程重新加锁
    flock_reg ();
}
 
 
int 
program_running_check()
{
    struct flock fl;
    fl.l_start = 0;
    fl.l_whence = SEEK_SET;
    fl.l_len = 0;
    fl.l_type = F_WRLCK;
 
    //尝试获得文件锁
    if (fcntl (lockfile, F_GETLK, &fl) < 0){
        perror ("fcntl_get");
        exit(1);
    }
 
    //没有锁，则给文件加锁，否则返回锁着文件的进程pid
    if (fl.l_type == F_UNLCK) {
        flock_reg ();
        return 0;
    }
    return fl.l_pid;
}
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