Linux服务器程序规范

除了网络通信外，服务器程序还必须考虑许多其他细节问题，零碎，但基本上时模板式的。 ———引

• Linux服务器程序一般以后台形式运行。后台程序又称守护进程。它没有控制终端，因而也不会意外接受用户输入。守护进程的父进程一般是init进程（pid=1）。
• Linux服务器程序通常有一套日志系统，它至少能输出日志到文件，有的高级服务器可以输出日志到专门的UDP服务器。大部分后台进程都在/var/log下有自己的日志目录。
• Linux服务器程序一般以某个专门的非root身份运行。mysqld, httpd, syslogd等后台进程，并分别有自己的运行账户mysql, apache, syslog。‘
• Linux服务器通常时可配置的。服务器程序通常处理很多命令选项，如果一次运行的选项太多，则克拉一用配置文件来管理。绝大多数服务器程序都有配置文件并存放在/etc下
• Linux服务器程序通常在启动时生成一个PID文件并存入/var/run目录中，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，以预测自身能承受多大负荷，比如进程可用文件描述符总数和内存总量等。

1.日志

1.Linux系统日志:

• Linux提供一个守护进程来处理系统日志–syslogd， 升级版–rsyslogd。
• rsyslogd守护进程可以接收用户进程输出日志，可以接受内核日志。
• 用户进程时通过调用syslog函数生成系统日志的。
• 该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则监听该文件以获取用户进程的输出。
• 内核日志在以前的系统上时通过另一个守护进程rklogd来管理的，rsyslogd利用额外的模块实现了相同的功能。内核日志由printk等换树打印至内核环状缓存中。环状缓存的内容直接映射到/proc/kmsg。
• rsyslogd通过读取该文件获得内核日志，默认调试信息保存在/var/log/debug，普通信息保存至/var/log/messages，内核信息：/var/log/kern.log。配置文件：/etc/rsyslog.conf，主要设置内核日志输入路径，是否接受UDP日志，及其监听端口（默认514 /etc/services）是否接受TCP日志及其监听端口，日志文件权限，包含哪些配置文件。
  

2.syslog()

应用程序使用syslog()与守护进程rsyslogd通信。

#include<syslog.h>
void syslog( int priotity, const char * message, ***);

该函数采用可变参数（第二个参数message和第三个参数。。。）来结构化输出。
priority：设施值 （按位异或） 日志级别。设施值默认：LOG_USER，下面针对默认设施值，讨论日志级别。

#include<syslog.h>

#define LOG_EMERG   0   //系统不可用
#define LOG_ALERT   1   //报警，需要立刻采取动作
#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    6   //信息
#define LOG_DEBUG   7   //调试

1.下面这个函数可以改变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);

(1)ident：指定字符串将被添加到日志消息的日期和时间之后，通常设为程序的名字。
(2)logopt：对后续syslog调用的行为进行配置，它可取下列值的按位异或

#define LOG_PID     0x01    //日志消息包含PID
#define LOG_CONS    0x02    //如果消息不能记录到日志文件，则打印到终端
#define LOG_ODELAY  0x03    //延迟打开日志功能直到第一次调用syslog
#define LOG_NDELAY  0x04    //不延迟

(3)facility: 用来修改ysyslog默认设施值

此外，日志过滤也很重要，程序再开发阶段可能需要输出很多调试信息，而发布之后，我们又要将这些调试信息关闭，解决这个问题的方法并不是再程序发布之后，删除调试代码（日后可能还会用到），而是缉拿但地设置日志掩码，使日志级别大于日志掩码的日志被系统忽略。

2.下面这个函数用于设置syslog的日志掩码。

#include<syslog.h>
int setlogmark( int maskpri );

maskpri：指定日志掩码值，该函数始终回成功，它返回调用进程先前的日志掩码值。

3.关闭日志功能：

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

2.用户信息

1.UID, EUID, GID, EGID

用户信息对于服务器安全很重要，大多说服务器以root启动, 非root运行

Tables	Are	get & set
UID	真实用户ID	getuid() / setuid(uid_t uid)
EUID	有效用户ID	geteuid() / setuid(uid_t uid)
GID	真实组ID	getgid() / setuid(gid_t gid)
EGID	有效组ID	getgeid() / setuid(gid_t gid)

基础知识：

一个进程拥有两个用户ID， UID， EUID， EUID存在的目的是为了方便资源的访问， 它使得运行程序的用户拥有该程序的有效用户权限，比如，su用来更改账户信息，但修改账户时su程序的所有者是root，在普通用户运行su程序时，其有效用户就是该程序的所有者root， 有效用户为root的进程称为特权进程，EGID与EUID类似，下面演示uid, euid区别：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
    uid_t uid = getuid();
    uid_t euid = geteuid();
    printf("uid is %d ,  euid is %d \n", uid, euid);
    return 0;
}

将生成的可执行文件，所有者设置为root，并设置该文件set-user-id标志，然后运行。

从测试输出结果看，进程的uid是启动程序的用户id, 而euid是root。

2.切换用户

static bool switch_to_user(uid_t user_id, gid_t gp_id)
{
    if((user_id == 0) && (gp_id == 0))
        return false;

    gid_t gid = getgid();
    uid_t uid = getuid();
    if( ( (gid != 0) || (uid!= 0)) && (( gid != gp_id) || ( uid != user_id )) )
        return false;

    if(uid != 0) 
        return false;
    if((setgid(gp_id) < 0) || setuid(user_id) < 0))
        return false;

    return true;

}

3.进程间关系

1.进程组：

linux下每一个进程都属于一个进程组，因此他们除了pid之外，还有进程组ID(PGID)。我们用如下函数获取指定进程组PGID.

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

成功返回pid, 失败-1，设置errno。
如果pid与pgid相同，则由pid指定的进程别设置为进程组首领：如果pid为0， 表示当前进程的PGID为pgid；如果pgid为0， 则使用pid作为目标pgid。setpid函数成功时返回0， 失败-1， 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他设置PGID。

2.会话

(1)一些有关联的进程将组成一个会话， 下面的函数用于创建一个会话：

#include<unistd.h>
pid_t setsid(void);

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，此时该进程时新会话的唯一成员。
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）

该函数成功时返回新的进程组PGID， 失败-1， errno。
Linux进程并未提供所谓会话ID的概念， 但Linux系统认为它等于会话首领所在的进程组的PGID，
(2)并提供了如下函数读取SID

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

3.用ps命令查看进程关系

执行ps命令可查看进程，进程组和会话之间的关系。

在bash_shell 下执行ps和less命令，所以ps和less命令的父进程时bash命令，这个可以从PPID（父进程PID）一列看出。
这三条命令创建了一个会话（SID是2962）和两个进程组（PGID：2962， 3102）bash命令的PID，PGID和SID都相同，显然它时会话的首领， 也就是组2962的首领。ps时3102的首领，

4.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（cup时间等），以及具体实现的限制（文件名最大长度）Linux系统资源限制可以通过如下一对函数来读取和设置：
getrlimit , setrlimit

#include<sys/resource.h>
int getrlimit(int resource, struct rlimit * rlim);
int setrlimit(int resource, const struct rlimit * rlim);

rlimit 结构体定义如下：

struct rlimit
{
    rlim_t rlim_cur;
    rlim_t rlim_max;
};

成功返回0， 失败-1， 置errno

rlim_t 是一个整数类型，它描述资源级别

rlim_cur 成员指定资源的软限制，建议性的，最好不要超越的限制，如果超越，系统可能向进程发送信号，并终止运行，如果当前进程CPU时间超过软限制，系统将向进程发送SIGXCPU信号；当文件尺寸超过其软限制时，系统将向进程发送SIZEXFSZ信号。

rlim_max 成员指定资源的硬限制。硬限制一般是软限制的上限，普通程序可以减小应限制，而只有以root身份运行的程序才能增加硬限制，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/硬）这种修改对该shell启动的所有后续程序都有效，我们也可以通过修改配置文件来改变系统软限制和应限制，而这种修改时永久的。

resource参数指定资源限制类型。如下表

资源限制类型	含义
RLIMIT_AS	进程虚拟内存（单位字节）超过该限制将使得某些函数(mmap)产生ENOMEN错误
RLIMIT_CORE	进程核心转储文件(core dump)的大小限制(单位字节)其值为0表示不产生核心转储文件
RLIMIT_CPU	进程CPU时间限制(单位秒)
RLIMIT_DATA	进程数据段(data, bss, 堆)限制(单位字节)
RLIMIT_FSIZE	文件大小限制(单位字节)超过该限制将是的某函数(write)产生EFBIG错误
RLIMIT_NOFILE	文件描述符数量限制，超过该限制将是的某些函数(比如pipe)产生MEFILE错误
RLIMIT_NPROC	用户能创建的进程数限制，超过该限制使得某些函数(比如fork)产生EAGIN错误
RLIMIT_STACK	进程栈内存限制(单位字节)超过该限制将引起SIGSEGV信号

5.改变工作目录和根目录

有些服务器程序好需要改变工作目录和根目录(web /var/www)
获取当前进程工作目录和改变进程的工作目录的函数：

#include<unistd.h>
char * getcwd(char * buf, size_t size);
int chdir(const char * path);

buf参数指向的内存用于存储当前工作目录的绝对路径，size指定其大小
如果当前目录的绝对路径超度(+1 (‘\0’))超过了size，则getcwd返回NULL，errno：ERANG。

chdir中path指向要切换到的目录。成功0， 失败-1 置errno。

改变进程根目录：chroot

#include<unistd.h>
int chroot(const char * path);

chroot并不改变进程的当前工作目录，调用chroot之后，仍需要调用chdir(“/”)来将工作转至新的工作目录，之后原来的文件描述符依然生效。所以可以利用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(目录).

6.服务器程序后台化

最后，如何在代码中让一个进程以守护进程的防止运行，守护进程的编写遵循一定的步骤，下面一个实例。

bool daemonize()
{
    pid_t pid = fork();//创建子进程
    if(pid < 0)
    {
        return false;
    }
    else if( pid > 0 )
    {
        exit(0); //父进程退出
    }

    pit_t sid = setsid();
    if(sid < 0)
    {
        return false;
    }

    if(chdir("/") < 0) //更改进程工作目录为根
    {
        return false;
    }
//重定向输出输出，错误输出
    close(STDIN_FILENO); 
    close(STDOUT_FILENO);
    close(STDERR_FILENO);

    open("/dev/null", O_RDONLY);
    open("/dev/null", O_RDWR);
    open("/dev/null", O_RDWR);
    return true
}

实际上,linux提供了完成同样功能的库函数：

#include<unistd.h>
int deamon(int nochdir, int noclose);

nochdir：传0则工作目录将被设置为”/”，否则继续使用当前工作目录。
noclose：传0标准输入输出，标准错误输出都被重定向到，dev/null，否则继续使用原来的设备，成功0， 失败-1 置error。

最后 ，暑假开始了！Let’s play!