Linux 服务器程序规范、服务器日志、用户、进程间的关系

文章目录

  • 服务器程序规范
  • 日志
    • rsyslogd 守护进程
    • syslog函数
    • openlog函数
    • setlogmask函数
    • closelog函数
  • 用户
  • 进程间的关系
    • 进程组
    • 会话
    • 系统资源限制
    • 改变工作目录和根目录
    • 服务器程序后台化

服务器程序规范

  1. Linux 服务器程序一般以后台进程（守护进程[daemon]）形式运行。它没有控制终端，因此不会意外接受到用户输入，守护进程的父进程通常是 init 进程（PID为1）。
  2. 服务器的调试和维护都需要一个专业的日志系统，Linux 常用一个守护进程 rsyslogd（syslogd的升级版） 来处理系统日志。
  3. Linux 服务器程序一般以 非root 的身份运行。如：mysqld、httpd、syslogd 等后台进程分别拥有自己的运行账户 mysql、apache 和 syslog。
  4. Linux 服务器程序通常能处理很多命令行选项，如果一次运行的选项太多，那么可以用配置文件来管理。配置文件一般放在 /etc 目录下。
  5. Linux 服务器程序通常在启动时会生成一个记录该后台进程 PID 的文件并存入 /var/run 目录中。例如： syslogd 的 PID 文件是 /var/run/syslogd.pid 。

日志

rsyslogd 守护进程

既能接受用户进程输出的日志，也能接受内核日志。

  • 用户进程调用 syslog函数 将日志输出到一个 UNIX 本地域 socket 类型（AF_UNIX）的文件 /dev/log 中，rsyslogd 则监听该文件以获得用户进程的输出。
  • 内核日志由 printk 等函数打印至内核的 环状缓存（ring buffer） 中，环状缓存的内容直接映射到 /proc/kmsg 中，rsyslogd 读取该文件以获得内核日志。

在这里插入图片描述

syslog函数

应用程序通过 syslog函数 与 rsyslogd 守护进程通信：

#include<syslog.h>
void syslog( int priority, const char* message, ...);
// 采用可变参数（message 和 第三个参数……）来结构化输出
// priority：设施值与日志级别的按位或，设施值的默认值是 LOG_USER。

限于 LOG_USER 设施值对应的日志级别有：

#include<syslog.h>
#define LOG_EMERG    0 // 系统不可用
#define LOG_ALERT    1 // 报警，需要立即采取动作
#define LOG_CRIT     2 // 非常严重的状况
#define LOG_ERR      3 // 错误
#define LOG_WARNING  4 // 警告
#define LOG_NOTICE   5 // 通知
#define LOG_INFO     6 // 信息
#define LOG_DEBUG    7 // 调试

openlog函数

改变 syslog 的默认输出方式，进一步结构化日志内容：

#include<syslog.h>
void openlog( const char* ident, int logopt, int facility );
// ident指定的字符串被添加到日志消息的日期和时间之后，通常被设置为程序的名字
// logopt对 syslog 调用的行为进行配置，为下列值的按位或：
#define LOG_PID     0x01 // 在日志消息中博阿寒程序 PID
#define LOG_CONS    0x02 // 如果消息不能记录到日志文件，则打印至终端
#define LOG_ODELAY  0X04 // 延迟打开日志功能知道第一次调用 syslog
#define LOG_NDELAY  0x08 // 不延迟打开日志功能
// facility用来修改 syslog 函数中的默认设施值

setlogmask函数

程序在开发阶段可能需要输出很多调试信息，而发布之后又需要将这些调试信息关闭。

解决这个问题的方法并非是在发布后删除调试代码（日后可能还需要用到），而有更简单的做法——设置日志掩码，使日志级别大于掩码的日志信息被系统忽略。

setlogmask函数 就用以设置日志掩码：

#include<syslog.h>
int setlogmask（ int maskpri );
// maskpri指定日志掩码值
// 该函数始终会成功，返回调用进程旧的日志掩码值

closelog函数

用以关闭日志功能：

#include<syslog.h>
void closelog();

用户

服务器中不同的用户有不同的权限，因此 获取or设置 当前进程的 真实用户ID（UID）、有效用户ID（EUID）、真实组ID（GID）、有效组（EGID） 就尤为重要：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
uid_t getuid();
uid_t geteuid();
gid_t getgid();
gid_t getegid();
int setuid( uid_t uid );
int seteuid( uid_t uid );
int setgid( gid_t gid );
int setegid( gid_t gid );

一个进程有两个 用户ID： UID 和 EUID。EUID 方便了资源访问：使得 运行程序的用户 拥有 该程序的有效用户 的权限。如：任何用户都可以通过 su程序 修改自己的账户信息，这就不得不访问需要 root 权限的 /etc/passwd 文件。那么以普通用户身份启动的 su程序 如何能访问/etc/passwd 文件呢？

用 ls 命令可以查看到，su程序 的所有者是 root，且被设置了 set-user-id标志 ，即任何普通用户运行 su程序 时，su程序 的有效用户为 root。有效用户为 root 的进程被称为 特权进程（privileged processes）。

类似的，EGID 为运行目标程序的组用户提供有效组的权限。

进程间的关系

进程组

Linux 下每个进程都隶属于一个进程组，PGID 即为它的 进程组ID。进程组将一直存在，知道其中所有进程都退出或者加入到其他线程组。每个进程组都有一个首领进程，其 PGID 和 PID 相同。

#include< unistd.h>
pid_t getpgid( pid_t pid );
// 成功返回 ID，失败返回 -1 并设置 errno
int setpgid( pid_t pid, pid_t pgid );
// 将 PID 为 pid 的进程的 PGID 设置为 pgid，若 pid 和 pgid 相等，则 pid 指定的进程将被设定为进程组首领
// 若 pid=0，则表示设置 当前进程 的 PGID 为 pgid
// 若 pgid=0，则使用 pid 作为目标进程的 PGID 
// 成功时返回 0，失败返回 -1 并设置 errno

一个进程只能设置自己或者子进程的 PGID，子进程调用 exec 系列函数后，父进程不再能设置它的 PGID。

会话

一些有关联的进程组能形成一个会话（session），下面的函数用以创建一个会话：

#include<unistd.h>
pid_t setsid( void );
// 成功时返回新的进程组的 PGID，失败则返回 -1 并设置 errno

该函数不能由进程组的首领进程调用，否则产生一个错误。对于非组首领的进程，创建新会话的同时且有如下额外效果：

  • 调用进程成为会话的首领，此时该进程是新会话的唯一成员。
  • 新建一个进程组，其 PGID 就是调用进程的 PID，调用进程成为该组的首领。
  • 调用进程将甩开终端（如果有的话）。

Linux 进程并未提供所谓 会话ID（SID） 的概念，但将会话首领所在的进程组的 PGID 视为 SID，并提供了如下函数来读取 SID：

#include<unistd.h>
pid_t getsid( pid_t pid );

系统资源限制

Linux 上运行的程序都会受到资源限制的影响，比如物理设备限制（CPU数量、内存数量等）、系统策略限制（CPU时间等），以及具体实现的限制（文件名的最大长度）。这些系统资源限制可以通过下面的函数来读取和设置：

#include <sys/resource.h>
int getrlimit( int resource, struct rlimit* rlim );
int setrlimit( int resource, const struct rlimit* rlim );
// 成功时返回 0，失败时返回 -1 并设置 errno。
struct rlimit{rlim_t rlim_cur; // 指定资源的软限制，是一个建议性的，最好不要超越的限制，若超越限制，则系统可能向进程发送信号以终止其运行。rlim_t rlim_max; // 指定资源的硬限制，一般是软限制的上限。普通程序可以减小硬限制，只有以 root 身份运行的程序才能增加硬限制。// rlim_t是一个整数类型，描述资源级别。
};

除上述外：

  • 还可以使用 ulimit 命令修改当前 shell 环境下的资源限制（软限制或/和硬限制），这种修改将对该 shell 启动的所有后续程序有效。
  • 还可以通过修改配置文件来改变系统软限制和硬限制，这种修改是永久的。

改变工作目录和根目录

#include<unistd.h>
/* 获取进程当前工作目录 */
char* getcwd( char* buf, size_t size );
// buf指向的内存用于存储进程当前工作目录的绝对路径名，大小由 size 参数指定
// 如果当前工作的绝对路径长度（加上末尾的“\0”）超过了 size，则返回 NULL 并设置 errno 为 ERANGE。
// 若 buf 为 NULL 并且 size 非 0，则 getcwd 可能在内部使用 malloc 动态分配内存，并将进程的当前工作目录存储在其中，
// 此时我们需要自己释放 getcwd 在内部创建的这块内存。
// 成功返回一个指向目标存储区（buf指向的缓存区或者getcwd在内部动态创建的缓存区）的指针，失败返回 NULL 并设置 errno。/* 改变进程的工作目录 */
int chdir( const char* path );
// path 指定要切换到的目标目录
// 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno/* 改变进程根目录 */
int chroot(const char* path);
// 参数和返回值同上，调用本函数后，仍需使用 chdir("/") 来将工作目录切换至新的根目录。
// 改变进程的根目录后，程序可能无法访问处于旧路径的文件or目录，
// 不过可以利用进程已经打开的文件描述符来访问调用 chroot 之后不能直接访问的文件。
// 只有特权进程才能改变根目录

服务器程序后台化

让一个进程以守护进程的方式运行：

#include<unistd.h>
int daemon(int nochdir, int noclose);
// nochdir 用于指定是否改变工作目录，为 0 则工作目录被设置为“/”（根目录），否则继续使用当前目录
// noclose 为 0 时，标准输入、输出、错误输出都被重定向到 /dev/null 文件，否则依然使用原来的设备
// 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno

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