【C语言】守护进程(daemon)的输出到一个文本文件

一、常用的守护进程函数

void daemonize ()
{
    //deamonize
    pid_t pid = fork();
    if( pid > 0 )
    {       
        //parent exit
        exit(0);
    }

    //child continue
    setsid();
    chdir("/");
    close(0);
    open("/dev/null", O_RDWR);
    //no env debug
    if(!getenv("debug"))
    {
        close(1);
        close(2);
        dup(0);
        dup(0);
    }
}

这段代码的目的是让一个程序在后台以守护进程(daemon)的形式运行。让我们逐步了解每一行代码的作用：

pid_t pid = fork();

这行代码创建了一个新的进程，这是通过`fork()`系统调用实现的。`fork()`会创建一个和当前进程几乎完全相同的子进程。`fork()`调用会在父进程中返回新创建的子进程的进程ID，在子进程中则返回0。如果返回值大于0，那么代码运行于父进程；如果是0，则表示在子进程中。

if( pid > 0 )
{       
    //parent exit
    exit(0);
}

如果`fork()`的返回值大于0，表示当前代码段在父进程中运行。因为我们的目的是让程序在后台运行，我们不希望保留父进程。所以父进程会调用`exit(0)`正常退出。

//child continue
setsid();

接下来的部分是在子进程中继续执行的。`setsid()`会创建一个新的会话，并设置子进程为这个新会话的领头进程。一个会话可以包含一个或多个进程组；由`setsid`创建的新会话有一个新的进程组，且子进程是这个进程组的领头进程，并且没有控制终端。

chdir("/");

通过`chdir("/")`将当前工作目录更改为根目录("/")。这是因为守护进程通常应该不与任何特定目录关联，尤其是不应该继续驻留在启动它们的目录中，可能会妨碍卸载文件系统等操作。

close(0);
open("/dev/null", O_RDWR);

这两行代码关闭了标准输入（文件描述符0），然后打开`/dev/null`设备用于读写。所有写入到`/dev/null`的数据都会被丢弃，读取`/dev/null`会立即返回文件结束。

if(!getenv("debug"))
{
    close(1);
    close(2);
    dup(0);
    dup(0);
}

最后这部分首先检查是否存在名为"debug"的环境变量。如果没有（`getenv("debug")`返回NULL），则进行以下操作：
- 关闭标准输出（文件描述符1）。
- 关闭标准错误（文件描述符2）。
接下来，调用`dup(0)`复制文件描述符0（也就是之前打开的`/dev/null`），因为在文件描述符1和2被关闭之后，`dup`调用会使用最低的、未被使用的文件描述符号，也就是先是1然后是2，因此这一步相当于重新定向了进程的标准输出到`/dev/null`，然后又将标准错误也重定向到了`/dev/null`。
所以，这段代码的整体作用是生成一个子进程，让它脱离终端和工作目录，且默认情况下把所有的输入、输出重定向到`/dev/null`，使之成为一个后台运行的守护进程。如果设置了“debug”环境变量，则标准输出和错误不会被重定向。

二、守护进程(daemon)的输出到一个文本文件

将守护进程的输出重定向到一个文本文件，需要在代码中用`open`系统调用打开希望输出到的文件，并且用`dup2`或`dup`系统调用将标准输出（文件描述符1）和/或标准错误（文件描述符2）重定向到这个文件描述符上。
以下是将输出重定向到指定的日志文件函数：

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>

void daemonize ()
{
    // Daemonize
    pid_t pid = fork();
    if (pid > 0) 
    {       
        // Parent exits
        exit(0);
    }
    
    // Child (daemon) continues
    setsid();
    chdir("/");
    
    // Redirect standard file descriptors to /dev/null or a log file
    close(STDIN_FILENO);
    open("/dev/null", O_RDWR); // STDIN

    // Redirect STDOUT and STDERR to a log file
    const char* logFilePath = "/var/log/daemon.log";
    int logFile = open(logFilePath, O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0600);

    if (logFile == -1) {
        // Handle error, e.g., exit or print an error message
    } else {
        if (!getenv("debug")) {
            close(STDOUT_FILENO); // Close the standard output
            close(STDERR_FILENO); // Close the standard error
            dup2(logFile, STDOUT_FILENO); // Redirect standard output to the log file
            dup2(logFile, STDERR_FILENO); // Redirect standard error to the log file
        }
        // At this point, whether debugging or not, STDOUT and STDERR go to the log file
    }
    
    if (logFile != STDOUT_FILENO && logFile != STDERR_FILENO) {
        close(logFile); // We don't need this anymore
    }
}

这里我们使用函数`open`创建或打开日志文件。文件被设置为可读写（`O_RDWR`），如果未存在则创建它（`O_CREAT`），并以追加模式打开（`O_APPEND`）。文件权限被设置为0600，即只有拥有者可以读写。
此外，我们会先关闭已打开的标准输出和错误文件描述符，然后使用`dup2`，把 logFile 的文件描述符复制到标准输出和错误的文件描述符上。如果文件的打开操作失败，可能需要适当地处理这个错误，比如打印一个错误信息或者退出程序。
现在，守护进程的标准输出和错误都会被写入到`/var/log/daemon.log`日志文件中。确保程序具有创建和写入该日志文件的权限，尤其是当程序以特权用户（如`root`）运行时。

使用`dup`或`dup2`系统调用只能复制一个现有的文件描述符到另一个文件描述符，不能直接打开新的文件。如果想重定向守护进程的输出到 /var/log/daemon.log ，需要使用`open`系统调用首先打开这个文件，然后才能用`dup`或`dup2`复制相应的文件描述符。
以下是如何修改守护进程的代码以重定向输出到 /var/log/daemon.log 的示例：

if(!getenv("debug"))
{
    close(1);
    close(2);

    // 打开或创建一个文件用来写入日志
    int log_file = open("/var/log/daemon.log", O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0600);

    if (log_file < 0) {
        // 无法打开日志文件，可能是因为权限问题或其他问题
        exit(1);
    }

    // 重定向标准输出到日志文件
    if (dup2(log_file, 1) < 0) {
        // 无法重定向标准输出
        exit(1);
    }

    // 重定向标准错误到日志文件
    if (dup2(log_file, 2) < 0) {
        // 无法重定向标准错误
        exit(1);
    }

    // 现在我们已经复制了日志文件到标准输出和标准错误，关闭原始的日志文件描述符
    if (log_file > 2) {
        close(log_file);
    }
}

在上面的代码中，`open`系统调用用于打开（或创建，如果还不存在的话） /var/log/daemon.log 文件。`O_RDWR` 表示文件是以读写模式打开的，`O_CREAT` 表示如果文件不存在，就创建它。`O_APPEND` 保证所有写操作都是追加到文件末尾，而`0600`表示创建的文件权限（只有拥有者有读写权限）。
dup2系统调用用于把日志文件的文件描述符复制到标准输出(1)和标准错误(2)。如果`dup2`调用成功，它会关闭旧的文件描述符，并将它替换为新的文件描述符。注意，如果发生错误（例如，文件打开失败或`dup2`调用失败），则程序会退出。
最后，检查一下原始的日志文件描述符是否大于2，因为0、1和2是标凑输入、输出和错误。如果原始的描述符大于这些，我们就关闭它，因为标准输出和错误已经被重定向到我们的日志文件。
使用这种方式，守护进程的标准输出和错误都会被记录到 /var/log/daemon.log 文件中。注意，在生产环境中，直接把日志输出到文件可能是不够的，可能还需使用日志旋转等措施管理日志文件的增长。

三、dup和dup2

dup 和 dup2 是 Unix 和类 Unix 系统 (如 Linux) 的系统调用，用于复制（duplicate）文件描述符。

dup 系统调用会复制一个旧的文件描述符，返回一个新的文件描述符。新文件描述符指向旧文件描述符所指向的文件。新描述符会是当前未使用的最小值的文件描述符。比如：

int new_fd = dup(old_fd);

在这段代码中，`old_fd` 是旧的文件描述符，`new_fd` 是新创建的文件描述符。新的 new_fd 指向和 old_fd 相同的文件，拥有相同的文件偏移量和访问模式（比如读、写）。

dup2 函数和 dup 类似，也是用来复制文件描述符。不过，`dup2` 允许指定新文件描述符的值。如果指定的值已经是一个打开的文件描述符，`dup2` 会先关闭它，然后再复制。这个操作是原子性的，即系统保证这两步（关闭和复制）是连续执行的，没有其他的调用会插入其中。例如：

dup2(old_fd, TARGET_FD);

这将复制 old_fd，并确保新的文件描述符的值是 TARGET_FD。

在一个守护进程中重定向输出到 /dev/null 使用 dup 是因为它会自动复制到当前未使用的最低的文件描述符上。因为在之前的代码中，标准输入、输出和错误（文件描述符0、1、2）已经关闭，所以调用 dup(0) 将会分别把 /dev/null 分配给标准输出和标准错误 (文件描述符1和2)。
重定向输出到一个具体的文件，如 /var/log/daemon.log，使用 dup2 是因为需要更精确地控制使用哪个文件描述符。比如，想确保标准输出和错误分别被送到文件描述符1和2：

int fd = open("/var/log/daemon.log", O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0600);
if (fd < 0) {
    // Error handling
}
dup2(fd, STDOUT_FILENO); // STDOUT_FILENO typically is 1
dup2(fd, STDERR_FILENO); // STDERR_FILENO typically is 2

在这段代码中，`open` 调用创建或打开日志文件，然后 dup2 函数重定向标准输出和错误到这个文件（文件描述符1和2），保证所有守护进程的输出都被写入到指定日志文件中。使用 dup2 而不是 dup 使得能精确指定要被复制的新文件描述符的数值。

对于将守护进程的输出重定向到`/var/log/daemon.log`而言，简单地使用`dup`可能是不够的。
想要将守护进程的标准输出和标准错误重定向到`/var/log/daemon.log`，可以采用如下方法：
首先打开日志文件：

int log_fd = open("/var/log/daemon.log", O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND, 0600);
if (log_fd < 0) {
    // Handle error if file opening fails
}

在这里，`O_WRONLY`表示以只写方式打开文件，`O_CREAT`表示如果文件不存在就创建它，`O_APPEND`表示写入时总是追加到文件的末尾。`0600`是文件的权限位，表示文件所有者可以读写，而其他用户没有任何权限。
之后将标准输出和标准错误重定向到这个文件：

dup2(log_fd, STDOUT_FILENO); // STDOUT_FILENO is 1
dup2(log_fd, STDERR_FILENO); // STDERR_FILENO is 2

在这里，`dup2`首先会关闭第二个参数指定的文件描述符（如果它已经打开），然后将第二个参数的文件描述符复制为第一个参数的文件描述符。在上述代码中，我们先将`log_fd`复制到标准输出（`STDOUT_FILENO`），然后再复制到标准错误（`STDERR_FILENO`）。
最后，既然标准输出和标准错误已被重定向，`log_fd`就不再需要了，因此应该关闭它：

if (log_fd > STDERR_FILENO) { // Check if it's not one of the standard descriptors
    close(log_fd);
}

对于标准输入，通常会继续将其重定向到`/dev/null`。
通过上述步骤，守护进程的标准输出和错误就会被写入到`/var/log/daemon.log`文件中去。记得要考虑`open`和`dup2`可能失败的情况，并进行适当的错误处理。