Как работают демоны, процесс Init и как у процессов рождаются потомки — изучаем основы Unix

Рассказывает Аарон Краус 


Если вы когда-нибудь работали c Unix-системами, то наверняка слышали термин «демон». В этой статье я хочу объяснить, что это за демоны и как они работают, тем более что их название заставляет думать, что это что-то плохое. 

Вообще демон — это фоновый процесс, который не привязан к терминалу, в котором был запущен. Но как они создаются, как они связаны с другими процессами, как они работают? Об этом мы и поговорим, но сперва давайте узнаем, как работает процесс init и как происходит рождение новых процессов.

Как работает процесс Init

Для начала поговорим о процессе init, также известном как PID 1 (поскольку его ID всегда равен 1). Это процесс создаётся сразу при запуске системы, то есть все другие процессы являются его потомками.

Обычно init запускается, когда ядро вызывает конкретный файл, обычно находящийся по адресу /etc/rc или /etc/inittab. Процесс устанавливает путь, проверяет файловую систему, инициализирует серийные порты, задаёт время и т.д. В последнюю очередь он запускает все необходимые фоновые процессы — в виде демонов. Все демоны обычно расположены в папке /etc/init.d/; принято оканчивать имена демонов на букву d (например, httpd, sshd, mysqld и т.п.), поэтому вы можете подумать, что директория названа так по этому же принципу, но на самом деле существует соглашение об именовании папок, содержащих конфигурационные файлы, именем с суффиксом .d. Итак, init запускает демонов, но мы так и не выяснили, как это происходит. Процесс init запускает демонов, создавая свои ответвления для запуска новых процессов.

Как работает разветвление процессов

Единственный способ создать новый процесс в Unix — скопировать существующий. Этот метод, известный как разветвление или форкинг, включает в себя создание копии процесса в виде потомка и системный вызов exec для запуска новой программы. Мы использовали слово «форкинг», поскольку fork — это реальный метод C в стандартной библиотеке Unix, который создаёт новые процессы именно таким образом. Процесс, вызывающий команду fork, считается родительским по отношению к созданному. Процесс-потомок почти полностью совпадает с родительским: отличаются лишь ID, родительские ID и некоторые другие моменты.

В современных дистрибутивах Unix и Linux процессы можно создавать и другим способами (например, при помощи posix_spawn), но большая часть процессов создаётся именно так.

Теперь, когда вы узнали о традиционном значении термина «fork», становится понятно, почему такое же понятие используется на GitHub. Но я отвлекся — вернемся к нашим демонам!

Как работают демоны

Схема демона Максвелла

Схема демона Максвелла

Прежде чем мы углубимся в работу демонов, давайте выясним, откуда взялось это название. Термин «демон» возник из Project MAC, который в свою очередь получил своё имя от демона Максвелла — вымышленного существа из мысленного эксперимента, которое постянно сортирует молекулы. Само слово демон происходит от греческого daemon, являющегося сверхъестественным существом, которое постоянно работает на заднем плане и не является добрым или злым (в отличие от обычного современного значения). То есть, термин «демон» (в смысле Unix-процесса) на самом деле произошёл от вымышленного сверхъестественного существа.

Демоны — это фоновые процессы, работающие отдельно от терминала и почти всегда созданные процессом init; обычно они занимаются такими вещами, как сетевые запросы, работой аппаратного обеспечения и прочими заданиями типа «жди и смотри».

Демоны появляются двумя способами. Их может создать процесс init, либо же они возникают в следущей ситуации: процесс создаёт своего потомка и тут же завершается. Первый случай ясен, но что происходит во втором: как процесс init становится родительским для этих демонов?

Когда вы создаёте процесс-потомок и тут же «убиваете» его родителя, потомок становится процессом-сиротой (не стоит путать с процессом-зомби, например, потомком, который был завершен, но всё ещё ждёт, когда родитель прочтёт его exit-статус). По умолчанию, если процесс становится сиротой, то его «приёмным» родителем становится init. Вот и всё, что делает демонов уникальными!

Заключение

В целом демоны — это очень простая для понимания концепция, но чтобы полностью в них разобраться, нам понадобилось узнать, что такое init-процесс и как устроено разветвление процессов.

Перевод статьи «How Daemons, the Init Process, and Process Forking Work»