Linux 高性能服务器编程——Linux服务器程序规范
问题聚焦：
除了网络通信外，服务器程序通常还必须考虑许多其他细节问题，这些细节问题涉及面逛且零碎，而且基本上是模板式的，所以称之为服务器程序规范。
工欲善其事，必先利其器，这篇主要来探讨服务器程序的一些主要规范。
概览：
- Linux服务器程序一般以后台程序的形式运行，后台进程又称为守护进程。
- Linux服务器程序一般以某个专门的非root身份运行。
- Linux服务器程序通常是可配置的，命令行或者配置文件的形式。
- Linux服务器程序通常会在启动的时候生成一个PID文件，以记录该后台进程的PID。
- Linux服务器程序通常需要考虑系统资源和限制。
日志
守护进程：rsyslogd
功能：接收用户进程输出的日志，又能接收内核日志。
用户日志函数：syslog
功能：生成系统日志，输出到一个UNIX本地域socket类型（AF_UNIX）的文件/dev/log中。rsyslogd则监听该文件以获取用户进程的输出。
内核日志函数：printk
功能：打印至内核的环状缓存中，环状缓存的内容直接映射到/proc/kmsg文件中。rsyslogd则通过读取该文件获得内核日志。
处理流程如下图所示：
rsyslogd守护进程在接收到用户进程或内核输入的日志后，会把它们输出至某些特定的日志文件。默认情况下，调试信息则保存至/var/log/debug 文件，普通信息保存至/var/log/messages 文件，内核消息则保存至/var/log/kern.log 文件。不过，日志信息具体如何分发，可以在rsyslogd的配置文件中设置。rsyslogd的主配置文件是/etc/rsyslog.conf，其中主要可以设置的项包括：内核日志及其监听端口（默认是514，见/etc/services 文件），是否接收TCP日志及其监听端口，日志文件的权限，包含哪些子配置文件（比如/etc/rsyslog.d/*.conf）。rsyslogd的子配置文件则指定各类日志的目标存储文件。
syslog函数
功能：应用程序使用syslog函数与rsyslogd守护进程通信。
函数定义：
#include <syslog.h> void syslog ( int priority, const char* message, ... ); // 可变参数
函数说明：
第二个和第三个参数为可变参数，为了结构化输出
priority参数：设施值与日志级别的按位或。设施值的默认值是LOG_USER，可选值如下：
#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 /* 非常严重的情况 */ #define LOG_ERR 3 /* 错误 */ #define LOG_WARNING 4 /* 警告 */ #define LOG_NOTICE 5 /* 通知 */ #define LOG_INFO 7 /* 信息 */ #define LOG_DEBUG 8 /* 调试 */
函数：openlog
声明：
#include <syslog.h> void openlog ( const char* ident, int logopt, int facility );
作用：改变syslog的默认输出方式，进一步结构化日志内容
函数说明：
ident：指定的字符串将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：对后续syslog调用的行为进行配置，可取下列值的按位或：
#define LOG_PID 0x01 /* 在日志消息中包含程序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 /* 延迟打开日志功能直到第一次调用syslog */ #define LOG_NDELAY 0x08 /* 不延迟打开日志功能 */
facility：修改syslog函数中的默认设施值
日志掩码：使日志级别大于日志掩码的日至信息被系统忽略。
函数：
#include <syslog.h> int setlogmask( int maskpri );
函数说明：
maskpri：指定日志掩码值。
该函数始终会成功，返回调用进程先前的日志掩码值。
例如：
setlogmask(LOG_ERR); //仅仅记录ERR级别的日志消息 setlogmask(LOG_UPTO(LOG_ERR)); //记录ERR以及之前的所有日志的消息[0,3]
关闭日志功能：
#include <syslog.h> void closelog();
用户信息
用户信息包括：
- UID：实际用户ID
- EUID：有效用户ID
- GID：实际组ID
- EGID：有效组ID
#include <sys/types.h> #include <unistd.h> uid_t getuid(); //获取实际用户ID uid_t geteuid(); //获取有效用户ID gid_t getgid(); // 获取实际组ID gid_t getegid(); // 获取有效组ID int setuid( uid_t uid ); //设置实际用户ID int seteuid( uid_t uid ); //设置有效用户ID int setgid( gid_t gid ); // 设置实际组ID int setegid( gid_t gid ); // 设置有效组ID
从函数名很容易看出函数的作用，就不解释了。
说明一下UID和EUID的区别：
一个进程拥有两个用户ID：UID和EUID。
EUID存在的目的是方便资源访问，它使得运行程序的用户拥有该资源的有效用户的权限，比如root用户。
实际用户指的是进程的执行者是谁，当用户使用用户名和密码成功登陆一个linux系统后就唯一确定其ID。
有效用户ID指的是进程执行时对文件的访问权限。
测试进程的UID和EUID的区别：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
uid_t uid = getuid();
uid_t euid = geteuid();
printf("userid is %d,effective userid is %d\n",uid,euid);
return 0;
}@ubuntu:~$ sudo chown root:root test_uid // 修改目标文件的所有者为root @ubuntu:~$ sudo chmod +s test_uid // 设置目标文件的set-user-id 标志 注意这段很重要 @ubuntu:~$ ./test_uid // 运行程序 userid is 1000,effective userid is 0从测试程序的输出来看，进程的UID是启动程序的用户的ID，而EUID则是root账户（文件的所有者） 的ID。
进程间关系
进程组
进程中：每个进程都隶属于一个进程组，所以每个进程还有一个进程组ID（PGID）。
函数：
#include <unistd.h> pid_t getpgid( pid_t pid );
每个进程都有一个首领进程，其PGID和PID相同。进程组将一直存在，直到其中所有进程都退出，或者加入到其他进程中。
设置PGID函数：
#include <unistd.h> int setpgid( pid_t pid, pid_t pgid );
作用：将PID为pid的进程的PGID设置为pgid。如果pid和pgid相同，则由pid指定的进程将被设置为进程组首领；如果pid为0，则表示设置当前进程的PGID为pgid；如果pgid为0，则使用pid作为目标PGID。setpgid函数成功时返回0，失败则返回-1并设置errno。
一个进程只能设置自己或者其子进程的PGID，并且，当子进程调用exec系列函数后，我们也不能再在父进程中对它设置PGID。
会话
会话：一些有关联的进程组形成一个会话。
函数：
#include <unistd.h> pid_t setsid( void );
函数说明：
该函数不能由进程组的首领进程调用，否则将产生一个错误。对于非组首领的进程，调用该函数不仅创建新会话，而且有如下额外效果：
- 调用进程成为会话的首领，此时该进程是该会话的唯一成员。
- 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）。
会话ID即为首领所在进程组的PGID，获取会话ID（SID）函数：
#include <unistd.h> pid_t getsid ( pid_t pid );
用ps命令查看进程关系
调用结果如图(PPID为父进程的PID)：
三个进程的关系如图：
系统资源限制
Linux系统资源限制可以通过如下一对函数来读取和设置：
#include <sys/resource.h>
int getrlimit( int resource, struct rlimit *rlim );
int setrlimit( int resource, const struct rlimit *rlim );
rlimit结构体的定义如下：
struct rlimit
{
rlim_t rlim_cur; //软限制
rlim_t rlim_max; //硬限制
};函数说明：
rlim_t 是一个整数类型，它描述资源级别。
rlim_cur：指定资源的软限制。软限制是建议性的、最好不要超越的限制，如果超越的话，系统可能向进程发送信号以终止其运行。
rlim_max：指定资源的硬限制。硬限制是软限制的上限。普通程序可以减小硬限制，而只有以root身份运行的程序才能增加硬限制。
resource：指定资源限制类型。
此外，我们可以使用ulimit命令修改当前shell环境下的资源限制（软限制或硬限制），这种修改将对该shell启动的所有后续程序有效。
部分资源限制类型如下所示：
改变工作目录和根目录
获取当前工作目录和改变进程工作目录的函数分别是：
#include <unistd.h> char* getcwd( char* buf, size_t size ); int chdir( const char* path );
函数说明：
buf：指向的内存用于存储进程当前工作目录的绝对路径。
size：指定buf的大小，如果当前工作目录的绝对路径的长度超过了size，则getcwd将返回NULL，并设置errno为ERANGE。
path：指定要切换的目标目录。成功时返回0，失败返回-1并设置errno。
改变进程根目录的函数是chroot，其定义如下：
#include <unistd.h> int chroot( const char* path );
函数说明：
path：指定要切换的目标根目录。
chroot并不改变进程的当前工作目录，所以调用chroot之后，我们仍需要使用chdir("/")来将工作目录切换至新的根目录。
改变进程的根目录之后，程序可能无法访问类似/dev 的文件（和目录），因为这些文件（和目录）并非处于新的根目录之下。不过好在调用chroot之后，进程原先打开的文件描述符依然生效，所以我们可以利用这些早先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（和目录），尤其是一些日志文件。
注意：只有超级用户才允许改变根目录，子进程将继承新的根目录。
服务器程序后台化
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
bool daemonize()
{
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
return false;
}
else if (pid > 0) {
exit(0);
}
umask(0);
//设置新的会话，设置本进程为进程组的首领
pid_t sid = setsid();
if (sid < 0)
return false;
//切换工作目录
if ((chdir("/")) < 0)
return false;
printf("2. pid: %ld, parent id: %ld\n", (long)getpid(), (long)getppid());
//关闭标准输入，标准输出，标准错误输出
close(STDIN_FILENO);
close(STDOUT_FILENO);
close(STDERR_FILENO);
//重定向标准输入，标准输出，标准错误输出到/dev/null
open("/dev/null", O_RDONLY);
open("/dev/null", O_RDWR);
open("/dev/null", O_RDWR);
return true;
}
int main(int argc, char **argv)
{
printf("1. pid: %ld, parent id: %ld\n", (long)getpid(), (long)getppid());;
daemonize();
return 0;
}daemon函数，实现了上述守护进程的功能：
#include <unistd.h> int daemon(int nochdir, int noclose);nochdir参数用于指定是否改变工作目录，如果是0，则工作目录将设置为”/“， 否则继续使用当前工作目录。
noclose参数为0时，标准输入，标准输出，标准错误输出都被重定向到/dev/null，否则依然使用原来的设备。
调用成功时返回0，失败时返回-1，并设置errno。
小结：
这章虽然叫做程序规范，其实更多的是介绍一些开发过程，特别是中大型项目中很有用的技巧，可以提高我们的开发和调试效率。
后面将会介绍一些常用的设计框架，这些都是比较基础的知识。后面如果还有时间，希望可以用我们学到的这些知识做一个小项目出来。也算是学以致用了。
