客户端-服务器与守护进程 — syslog、daemon 化、两种服务器¶

这一章讲什么: 守护进程是「没有终端、开机就在」的服务进程 (httpd、sshd、syslogd——名字常带 d)。本章先给它配上嘴 (syslog 日志服务),再教它出生的七步仪式,最后动手造两个真服务器:一个迭代式(计算器服务,排队接待)、一个并发式 (大小写转换,每客一个子进程)。全部用第 13 章的 FIFO 搭建—— 你会看到「请求-应答」架构里的每一根管子怎么接。

1. 顶层全景:一个服务的 anatomy¶

  没终端的程序怎么说话?→ syslog(openlog 配身份 / syslog 发消息
      / syslogd 守护进程落盘 /var/log/syslog)
      │
  怎么摆脱终端?→ daemon 七步:① fork,父退 ② setsid 当会话首领
      ③ 忽略 SIGHUP ④ 再 fork(防重新获取控制终端)⑤ chdir("/")
      ⑥ umask(0) ⑦ close 所有 fd(最好指向 /dev/null)+ openlog
      │
  怎么接待客户?→ 公共 FIFO(监听)+ 私有 FIFO(回话)
      ├─ 迭代服务器:一次处理一个请求(spl_calc: popen("echo ..|bc"))
      └─ 并发服务器:fork 子进程每客一服(upcase: 双 FIFO 双向、
         大数据、locale 感知),父进程 SIGCHLD handler 异步收尸

图说：日志、出生、接客——一个守护进程的三个人生关卡。

2. syslog：没有终端之后的嘴¶

openlog(程序名, LOG_PID|LOG_CONS, LOG_LOCAL0) 配身份： LOG_PID 让每条消息带 PID,facility 用 LOG_LOCAL0..7 （留给应用程序的八个槽）;syslog(LOG_INFO, "%s", msg) 发消息， priority 分级 LOG_EMERG/CRIT/ERR/WARNING/INFO¹。真正的写盘者是 syslogd 守护进程——它按配置（syslog.conf) 分诊：有的进 /var/log/syslog、有的上终端²。

安全坑：format 参数不能传用户输入——syslog(prio, message) 是格式化字符串漏洞；必须 syslog(prio, "%s", message)³。日志行长这样：Jun 19 15:46:56 harpo syslog_demo[8259]: 消息⁴。

3. daemon 化：七步仪式¶

背景不等于 daemon：后台运行（&）仍有控制终端，照样被终端信号杀掉。make_me_a_daemon() 的七步（Listing 14-1)⁵:

  fork() → 父进程 exit        ← shell 收到「孩子已退」,提示符回来
  setsid()                    ← 新会话首领+新组组长,无控制终端
  signal(SIGHUP, SIG_IGN)     ← 会话首领死时会 SIGHUP 全组;先声明:
                              ← 我将来生的孩子也都不许被 SIGHUP 杀
  fork() → 第一个孩子 exit    ← 再断一次:防止「会话首领开终端设备
                              ← 会被自动任命为控制终端」(Linux 可用
                              ← open 时 O_NOCTTY 替代,但不通用)
  chdir("/")                  ← 别占着某个文件系统,免得它卸不掉
  umask(0)                    ← 我创建的文件权限要按我给的来
  for (i=0; i<sysconf(_SC_OPEN_MAX); i++) close(i);
  openlog(...)                ← 嘴接上;0/1/2 关掉后写终端会失败

图说：两次 fork 各有使命——第一次脱离 shell，第二次防止「不小心又领回一个终端」。 细节：关 fd 时关到未打开的会返错，无碍，忽略；生产版会把 0/1/2 重开成 /dev/null⁵。

4. 迭代服务器：spl_calc¶

架构问题一：公共 FIFO 是字节流，多个客户端的请求挤在一起，怎么分界？三选一定长消息（ ELF 头式变长留给你自己）⁶。消息结构必须 ≤ PIPE_BUF(4096) 才能单次原子写⁷:

#define PUBLIC "/tmp/CALCFIFO"
#define FIFOPATHLEN (PIPE_BUF/4)            /* 1024:私有 FIFO 名 */
#define TEXTLEN     (PIPE_BUF - FIFOPATHLEN) /* 3072:表达式 */
struct message { char fifo_name[FIFOPATHLEN]; char text[TEXTLEN]; };

客户端 10 步：造私有 FIFO 名 /tmp/fifo<pid>（唯一性来自 PID)→ 公共 FIFO 以 O_WRONLY|O_NONBLOCK 打开（ENXIO = 服务器没开，友好报错而不是死等）→ 写消息 → 开私有 FIFO 读应答 → 收尾删 FIFO⁸。信号处理：SIGINT/SIGQUIT/SIGTERM 关 fd+unlink;SIGPIPE = 服务器不读了，报错退出⁹。

服务器：造公共 FIFO(EEXIST 则报错退出）→ 公共 FIFO 开两次:O_RDONLY 用于读，O_WRONLY|O_NONBLOCK 拿到一个 dummy 写端——为什么？防止自己读到 EOF 退出主循环（它得永远监听）→ 循环 read → 按消息里的私有 FIFO 名开写端（失败睡 1 秒重试，最多 5 次）→ sprintf(command, "echo \"%s\" | bc", msg.text); popen(command, "r") 借 bc 当计算引擎 → 读出结果写回客户端的私有 FIFO → pclose。效果： ./spl_calc '10 * 2 + 100/25' → 24;2^256 输出 78 位大数¹⁰。

判断(我们的,不是书里的): 「服务器自己握一个 dummy 写端」是本章最妙的一招——它利用了管道语义「写端全关才给 EOF」, 反过来锁死自己的读循环。这是「用生命周期事件做同步」的又一例。代价是主循环只能靠信号终止——设计守护进程时,「永不自然退出」往往正是需求本身。 如果错,会错在: 多副本部署或崩溃重启时,旧 dummy 语义会让两个服务器实例同时读公共 FIFO、请求被随机分诊——原书用 EEXIST 检查挡住了重启,但没挡「故意的多实例」。

5. 并发服务器：upcase¶

瓶颈：迭代服务器接待一个慢客户时全队干等。并发版 = 收到请求就 fork 一个子进程专门伺候,父进程立刻回监听¹¹。服务的活儿也升级：大小写转换、大数据量、要按客户端的 locale—— 双向通信所以每个客户端要两根私有 FIFO(raw_text 进、 upcased 出）,外加 locale 名：

#define PUBLIC "/tmp/UPCASE_FIFO"
typedef struct { char upcased_fifo[NAMELENGTH]; char raw_text_fifo[NAMELENGTH];
                 char locale[LOCALELENGTH]; } message;   /* 连接消息:不带数据 */

客户端的关键顺序（原书专门解释，值得背）:先发连接消息，再开 raw_text 写端——反过来会死锁或丢故障通知：若先开 FIFO （服务器还阻塞在公共 FIFO 的 read 上）就得 O_RDWR 自开两端；可那样服务器若猝死，客户端因自己握着读端而永远收不到 SIGPIPE, 对端死了它毫无察觉。顺序即协议¹²。

服务器端:make_me_a_daemon() 先建行不行？——先建公共 FIFO、失败要能在终端报错，然后才 daemon 化；监听循环 while (read(publicfd,&msg,sizeof(msg))>0) if (fork()==0) process_client(&msg); 子进程干活、父进程绝不 wait（等就阻塞监听）——收尸交给 SIGCHLD handler( 第 11 章那套： SA_SIGINFO、存 errno、si_pid 点名、WNOHANG 清仓）¹³。子进程按客户端给的 locale setlocale 后读 raw→转大写→写 upcased。

6. 作者的判断与证据¶

有明证的: syslog 分级/facility、daemon 七步各步的理由（尤其第二次 fork 与 SIGHUP 的因果）、FIFO 打开语义表（第 13 章）在客户端 ENXIO 检测上的应用、dummy 写端锁死主循环的机理，全部机制可验证⁵⁸¹⁰。

作者的判断: 「服务实现选 bc+popen，不自己写表达式求值—— 速度不重要，学机制才重要」——教学取舍，明说¹⁰;「连接消息与开 FIFO 的顺序不能换」——从死锁/丢信号两个失效模式推出的设计规则，论证完整¹²。

7. 边界与局限¶

两个服务器都是 FIFO 本机版——网络版要 socket（本书不收，

第 1 章已声明）;
协议极简：无认证、无超时、无消息序号，SIGPIPE 处理是兜底不是恢复;
并发版用进程（每客一 fork）——线程版（第 15、16 章的工具）留作对照；
daemon 化没讲 PID 文件、systemd 集成——那是生产部署的活⁵。

8. 可带走的¶

syslog:openlog 配身份(LOG_PID/LOG_LOCAL0)、syslog 发分级消息;format 必须 "%s" 包装用户输入。
daemon 七步:fork→setsid→忽略 SIGHUP→再 fork→chdir / →umask 0→关光 fd;最后 openlog。
名字带 d、TTY 列是 ? = 守护进程。
请求-应答架构：公共 FIFO 收请求，私有 FIFO(/tmp/fifo<pid>) 回结果；消息 ≤PIPE_BUF 才能原子写。
服务器自握一个 dummy 写端 = 公共 FIFO 永远等不到 EOF = 主循环永不自然退出。
客户端 O_WRONLY|O_NONBLOCK 开公共 FIFO:ENXIO = 服务器没在跑。
迭代 vs 并发：排队 vs fork 一客一进程；并发版的父进程靠 SIGCHLD handler 异步收尸，绝不阻塞监听。
双向通信先送连接消息、再开数据 FIFO——顺序错了要么死锁要么丢了「对方已死」的通知。
SIGPIPE 在客户端 = 服务器不读了：捕获、清理、退出。

9. 原文地图¶

主题	原书章	原文位置
syslog 接口与安全坑	Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons	`text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:108`(搜「void openlog」) · :141(搜「security risk」) · :172(搜「syslog_demo[8259]」)
daemon 定义与七步	同上	:193(搜「close all open file descriptors」) · :269(搜「make_me_a_daemon」) · :286(搜「First child terminates」)
定长消息与 PIPE_BUF	同上	:334(搜「fixed size」) · :475(搜「atomic write」)
spl_calc 客户端	同上	:573(搜「O_WRONLY」) · :559(搜「fifo%d」)
spl_calc 服务器/dummy 写端	同上	:660(搜「dummyfd」) · :671(搜「popen(command」) · :706(搜「2^256」)
并发服务器架构	同上	:725(搜「concurrent server」) · :1063(搜「process_client」)
upcase 连接消息	同上	:775(搜「typedef struct _message」)
客户端开 FIFO 顺序论证	同上	:992(搜「deadlock」) · :996(搜「never be notified」)

出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 107–134 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:108,搜「void openlog」)。 ↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 93–101 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:95,搜「syslogd」)。 ↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 135–145 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:141,搜「security risk」)。 ↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 167–172 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:172,搜「syslog_demo[8259]」)。 ↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 203–310 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:269,搜「make_me_a_daemon」) · :286(搜「First child terminates」)。 ↩↩↩↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 326–345 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:334,搜「fixed size」)。 ↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 471–493 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:475,搜「atomic write」)。 ↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 495–591 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:573,搜「O_WRONLY」)。 ↩↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 529–541 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:529,搜「on_sigpipe」)。 ↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 598–717 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:660,搜「dummyfd」) · :671(搜「popen(command」) · :706(搜「2^256」)。 ↩↩↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 719–740 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:725,搜「concurrent server」)。 ↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 985–1006 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:992,搜「deadlock」) · :996(搜「never be notified」)。 ↩↩
出处:「Chapter 14: Client-Server Applications and Daemons」第 1007–1075 段(text/20-ch14-chapter-14-client-server-applications-and-daemon.txt:1063,搜「process_client」)。 ↩