守护进程编程以及ssh反向代理

一、守护进程概述

​ 守护进程（Daemon）是操作系统中一类长期在后台运行的特殊进程，它独立于控制终端，主要用于执行系统级服务或周期性任务（如日志管理、网络服务等）。其核心特征包括：脱离用户终端控制、生命周期与系统运行周期同步、资源消耗低且通常以特定权限运行。

​ 正常情况下，当我们运行一个前台或后台进程时，一旦离开当前会话（终端），那该会话中的所有前后台进程也随即结束，当你重新打开会话时，已经“物是人非，难遇故人”了。而守护进程就可以不受会话的限制，可在前后台一直运行直至结束的进程。

​ 守护进程的实现有两种方式：自编和利用现有程序伪装

1.守护进程的编程实现过程

在类Unix系统中，实现守护进程需遵循以下标准化步骤，这些步骤旨在确保进程与环境的完全隔离：

1. 创建子进程并终止父进程
   通过fork()系统调用生成子进程后，父进程立即退出，使子进程成为“孤儿进程”并由init进程接管。这一操作使守护进程形式上脱离终端控制，并消除与Shell终端的直接关联

   pid_t pid = fork();
   if (pid > 0) exit(0);  // 父进程退出
   

2. 创建新会话组
   子进程调用setsid()创建新的会话组并成为组长，切断与原终端、进程组和控制终端的联系，这是实现完全后台运行的关键

   if (setsid() < 0) exit(1);  // 失败则终止
   

3. 改变工作目录
   将当前目录切换至根目录（/）或其他安全路径，避免因挂载点未卸载导致的系统问题

   chdir("/");  // 切换到根目录
   

4. 重设文件权限掩码
   调用umask(0)重置文件创建掩码，确保后续生成文件的权限不受父进程限制

5. 关闭继承的文件描述符
   关闭从父进程继承的标准输入、输出和错误描述符（通常为0/1/2），或将其重定向至/dev/null，防止意外占用终端资源

   close(STDIN_FILENO);
   close(STDOUT_FILENO);
   close(STDERR_FILENO);
   open("/dev/null", O_RDONLY);  // 重定向标准输入
   

​ 6.守护进程功能实现（无限循环）

2、代码实现示例

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/wait.h>  
#include <sys/types.h>  
#include <fcntl.h>  int main() 
{    pid_t pid;  int i, fd, len;  char *buf = "守护进程运行中.\n";  len = strlen(buf)+1;pid = fork();	//1.1 创建子进程if (pid < 0) {  printf("fork error!");  exit(1);  }if (pid>0) 		// 1.2父进程退出  exit(0);  setsid(); 		// 2.在子进程中创建新会话。  chdir("/"); 	// 3.设置工作目录为根目录  umask(0); 		// 4.设置权限掩码  for(i=0; i<getdtablesize(); i++) //5.关闭用不到的文件描述符  close(i);//6.守护进程功能实现while(1) {			// 死循环表征它将一直运行fd = open("/var/log/daemon.log",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600);if(fd < 0) {printf("Open file failed!\n");exit(1);  }  write(fd, buf, len);  // 将buf写到fd中  close(fd);  sleep(10);  printf("error: Never run here!\n");return 1;}  return 0;  
}

二、创建守护进程

创建一个守护进程一般有 nohup命令、fork()函数和 daemon()函数三种方法

使用 nohup 命令

1. 创建测试脚本 demo_nohup.sh

nano demo_nohup.sh

#!/bin/bash
while true; doecho "$(date) >> 守护进程运行中..." >> /tmp/nohup_demo.logsleep 5
done

2. 赋予执行权限并启动

chmod +x demo_nohup.sh
nohup ./demo_nohup.sh > /dev/null 2>&1 &

3. 验证守护进程

ps aux | grep demo_nohup
tail -f /tmp/nohup_demo.log  # 查看日志输出

---

使用 fork()函数

1. 编写 C 程序 daemon_fork.c

nano daemon_fork.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>void create_daemon() {pid_t pid = fork();if (pid < 0) exit(1);if (pid > 0) exit(0);  // 父进程退出setsid();              // 创建新会话chdir("/");            // 切换工作目录到根umask(0);              // 重置文件权限掩码// 关闭所有打开的文件描述符for (int fd = sysconf(_SC_OPEN_MAX); fd >= 0; fd--) {close(fd);}// 重定向标准流到 /dev/nullopen("/dev/null", O_RDWR);  // stdindup(0);                     // stdoutdup(0);                     // stderr
}int main() {create_daemon();// 守护进程主逻辑while (1) {int fd = open("/tmp/fork_demo.log", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);if (fd != -1) {dprintf(fd, "%ld >> 守护进程运行中...\n", time(NULL));close(fd);}sleep(5);}return 0;
}

2. 编译并运行

gcc daemon_fork.c -o daemon_fork
./daemon_fork

3. 验证守护进程

ps aux | grep daemon_fork
tail -f /tmp/fork_demo.log

---

使用 daemon() 函数

1. 编写 C 程序 daemon_glibc.c

nano daemon_glibc.c

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {if (daemon(0, 0) == -1) {  // 参数：nochdir=0, noclose=0perror("daemon() 失败");exit(1);}// 守护进程主逻辑while (1) {FILE *fp = fopen("/tmp/daemon_demo.log", "a");if (fp) {fprintf(fp, "%ld >> 守护进程运行中...\n", time(NULL));fclose(fp);}sleep(5);}return 0;
}

2. 编译并运行

gcc daemon_glibc.c -o daemon_glibc
./daemon_glibc

3. 验证守护进程

ps aux | grep daemon_glibc
tail -f /tmp/daemon_demo.log

---

验证守护进程特性

所有方法创建的守护进程应满足以下特征：

1. 无控制终端：

   ps -eo pid,tty,cmd | grep -E 'nohup|daemon_fork|daemon_glibc'
   

   输出中的 TTY 列应为 ?

2. 父进程为 init (PID 1)：

   ps -o ppid= -p <守护进程PID>
   

停止守护进程

# 查找 PID
ps aux | grep -E 'nohup|daemon_fork|daemon_glibc'# 杀死进程
sudo kill <PID>

方法	优点	缺点
nohup	无需编程，简单快速	功能有限，依赖 shell 环境
fork()	完全控制守护进程行为	代码复杂度高
daemon()	glibc 封装，代码简洁	部分系统标记为弃用，灵活性低

三、 掌握gdb调试原理，在阿里云服务器或树莓派上用 gdb命令调试一个c程序

GDB 调试原理

GDB 基于以下核心机制实现调试功能：

1. 进程控制：
   • 通过 ptrace 系统调用监控目标进程。
   • 控制被调试进程的执行（启动、暂停、单步执行）。
2. 断点机制：
   • 在代码地址插入 int 3 指令（0xCC），触发中断信号 SIGTRAP。
   • 断点命中后恢复原指令内容。
3. 符号解析：
   • 依赖编译时生成的调试信息（-g 选项）。
   • 映射机器指令到源代码行号、变量名等。
4. 内存访问：
   • 直接读写被调试进程的内存空间。
   • 支持查看寄存器、堆栈数据。

调试环境准备（通用步骤）

1. 安装 GDB

• 树莓派（Raspberry Pi OS）：

  sudo apt update && sudo apt install gdb
  

2. 编写测试程序

创建 test.c：

nano test.C

输入以下内容：

#include <stdio.h>int sum(int a, int b) {return a + b;
}int main() {int x = 5, y = 3;int result = sum(x, y);printf("Result: %d\n", result);return 0;
}

3. 编译带调试信息的程序

gcc -g test.c -o test

关键点：必须使用 -g 选项保留调试符号

GDB 调试实战

1. 启动 GDB

gdb ./test

2. 常用调试命令

命令	作用	示例
break [位置]	设置断点	break main
run [参数]	启动程序	run
next / n	单步执行（跳过函数）	next
step / s	单步进入函数	step
print [变量] / p	打印变量值	print x
info locals	查看当前栈帧的局部变量	info locals
backtrace / bt	查看函数调用栈	backtrace
continue / c	继续运行到下一个断点	continue
quit	退出 GDB	quit

3. 完整调试流程演示

# 启动 GDB
(gdb) break main          # 在 main 函数设置断点
(gdb) run                 # 启动程序# 程序会在 main 函数开头暂停(gdb) next                # 执行 int x = 5, y = 3;
(gdb) print x             # 输出 x 的值（应为 5）
(gdb) step                # 进入 sum 函数
(gdb) info locals         # 查看 a 和 b 的值
(gdb) next                # 执行 return a + b;
(gdb) print $rax          # 查看返回值（x86_64 架构）
(gdb) continue            # 继续执行到程序结束
(gdb) quit                #退出gdb

四、借助阿里云服务器，使用SSH反向代理，完成树莓派的外网访问

​ 目标：让其他人可以从任何地方用笔记本电脑，通过访问阿里云服务器的端口（穿透）登录到你小组树莓派系统。

中转服务器设置

1.关闭对应端口的防火墙

sudo ufw allow 9623

2.设置ssh配置文件：

3.重启ssh

systemctl restart ssh

内网主机（树莓派）ssh连接中转服务器

ssh -p 22 -qngfNTR [端口号]:localhost:22 服务器账号@[服务器地址]

阿里云服务器查看监听端口：

ss -ntl

在另外一台电脑上输入，以下命令连接树莓派

ssh -p [你绑定的端口号] [树莓派用户]@云服务器地址

参考链接：

Linux守护进程的编写及使用方法

inux系统编程之进程（八）守护进程详解及创建,daemon()使用

一招教会你基于阿里云ECS服务器实现【内网穿透SSH访问家庭树莓派】

Ubuntu用autossh实现内网穿透（反向隧道）

GDB调试入门指南

原来gdb的底层调试原理这么简单

linux下如何自定义或编写一个守护进程