[Linux] deamon과 fork 이야기

 

 

✅ PID와 PPID

리눅스에서 ps명령어는 현재 실행중인 프로세스들의 목록을 보여준다. ps -al로 자세한 목록을 보면 pid와 ppid를 볼 수 있는데, pid는 process id, ppid는 parent process id를 나타낸다. ps 명령어 또한 프로그램의 실행이며, 사용자가 언제 이 프로그램을 실행 시킬 지 알 수 없으므로 기본적으로 무한루프를 돌면서 대기하도록 만들어져있다. 리눅스가 부트되면 가장 먼저 실행되는 프로그램이 init인데, 리눅스의 모든 명령어를 무한루프를 통해 실행하도록 하는 프로그램이다. 이렇게 유닉스의 모든 명렁어 프로그램은 init 프로그램을 기반으로 한다.

 

 

init이 PID가 1임을 확인 할 수 있다. pid가 빠를 수록 먼저 실행된 프로세스이므로 리눅스가 시작되면서 가장 먼저 init이 실행됐음을 확인할 수 있다.

 

 

✅ deamon

기본적으로 '서버'의 컨셉은 무한루프(Infinite loop) 기반이다. 생각해 보자. 수많은 Input이 있는 데 클라이언트(사용자)가 언제, 어떤 Input을 입력할 지는 모른다. 사용자 입력을 예측해서 그 때마다 서버를 실행시킨 다는 것은 불가능하다. 따라서 무한루프를 통해 사용자 입력을 대기하는 컨셉이다. 그렇다면 무한루프 프로세스가 foreground에서 실행될까? 만약 foreground에서 실행된다면 서버 관리자가 다른 작업을 할 수 없을 뿐더러, 무한루프의 특성으로 인해 대기하는 빈 화면만 보고 있어야 할 것이다. 따라서 무한루프 프로세스는 background 환경에서 동작하는 것이 일반적이며 이를 데몬(daemon)이라고 한다. 일반적인 background 프로세스와 데몬은 차이가 있다. background 프로세스의 ppid는 터미널(shell)이다. 터미널에서 background로 실행시켰기 때문이다. 하지만 데몬 프로세스는 터미널을 가지지 않는다. 따라서 데몬 프로세스의 ppid는 1이다. 이 말은 운영체제가 종료되지 않는 한 영원히 background에서 실행된다는 의미이다.  Windows에서는 service창에서 실행되고 있는 프로세스들이 데몬이라고 할 수 있다.

 

윈도우의 서비스 화면

 

 

✅ fork

데몬 프로세스를 만드려면 fork에 대해서 이해해야 한다. fork()는 자식프로세스를 생성하는 시스템 함수이다. 부모 프로세스가 fork()를 통해 자식 프로세스를 만들면 자식 프로세스의 ppid는 부모 프로세스가 된다. 이 상황에서 부모 프로세스가 종료(exit)되면, 자식 프로세스는 고아 프로세스가 된다. 부모 프로세스가 사라졌으니 자식 프로세스의 ppid는 운영체제로 귀속되며 1이 된다. 그렇게 사용자가 직접 제어하지 않는 데몬(daemon) 프로세스를 만든다. 현재 내가 개발하고 있는 대부분의 프로그램은 데몬 프로세스로 개발되고 있다. 일종의 엔진이자 서버 역할을 해야 하기 때문이다.

 

이제 소스 코드를 간단히 보자.

 

#include <unistd.h>
#include <sys/signal.h>
#include <iostream>
#include "GoGo.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
    if( (pid = fork()) < 0 ) 
    {
        ostringstream ss;
        ss << "[ERROR](" << __FILE__ << ", " << __LINE__ <<") " << "Can't Fork" << endl;
        cerr << ss.str() << endl;
        exit(errno);
    }
    else if( pid != 0 )
        exit(0);

    ofstream pidFile(pidPath.c_str(), ios_base::trunc);
    if( pidFile.fail()) 
    {
        ostringstream ss;
        ss << "[ERROR](" << __FILE__ << ", " << __LINE__ << ") " << "Can't Open File: " << endl;
        cerr << ss.str();
        return 0;
    }
    else 
    {
        pidFile << getpid();
        pidFile.close();
    }

    GoGo go;
    go.letGo();

}

 

main 함수가 시작하자마자 fork()를 통해 자식 프로세스를 만든다. 자식 프로세스는 부모 프로세스가 호출한 fork() 함수 부터 시작된다. 부모의 변수, 스택, 힙 데이터는 물론 PCB(Process Control Block) 정보까지 갖고 태어난다. fork()를 호출한 자식 프로세스도 fork()를 통해 또 다시 자식 프로세스를 생성할 수도 있다. 

자식 프로세스가 정상적으로 생성된 것을 확인한 뒤 부모 프로세스가 exit()으로 종료된다. 그리고 pid를 별도의 pidFile에 기록한다. 그 이유는 개발자 혹은 관리자가 데몬 프로세스에 문제가 생겼을 때 pidFile을 읽어서 pid를 찾고, pid를 통해 프로그램에 시그널(SIGUSR1)을 보내기 위함이다. 

 

 

이렇게 데몬 프로세스 구조를 갖추고 letGo()를 호출해 본격적인 무한루프 프로세스가 시작된다.