Mac服务管理-Launchd（转） / 憋错料

背景：

在Mac下没有像Linux那样有很多的关于init方面的工具，从init的发展历史https://en.wikipedia.org/wiki/Init上可以知道，Mac使用的是Launchd作为init管理工具，对应的命令工具为launchctl。

如果在Linux下创建一个自启动服务可以使用Upstart、Systemd、Sysvinit，其中最简单和最古老的方式应该是Sysvinit，毕竟其支持Shell脚本，非常方便。而在Mac下，与Linux的做法不太一样，采用Launchd进行管理，其设置服务采用了plist文件进行对服务来描述，并通过配置好后放在/System/Library/LaunchDaemons或者/Library/LaunchDaemons，最后通过launchctl命令行使其生效，期间也可以直接通过launchctl来对服务进行操作，比如启动、停止等。

详细的plist编写规范及介绍，参考：https://en.wikipedia.org/wiki/Launchd

以下是关于Launchd的详细解释：

Launchd是什么?

Mac OS X从10.4开始，采用Launchd来管理整个作业系统的Services及Processes 。传统的UNIX会使用/etc/rc.*或其他的机制来管理开机时要启动的Startup Services，而现在的Mac OS X使用launchd来管理，它的Startup Service叫做Launch Daemon和Launch Agents 。而视为Service的程序，就该是Background Process，不应该提供GUI，也不应该跳到（Console的）Foreground 。当然有些例外，例如听快速键之后跳出视窗的程序。

Launchd管理的Background Process有四种：

Launch Daemon：在开机时加载（Load）。
Launch Agent：在使用者登录时加载。
XPC Service：好像是10.7才有的。
Login Items：在User登录时执行。有两种方法可以用程序新增项目到Login Item：（Shared File List：会出现在Account偏好设定的Login Item清单。Service Management Framework：这个就不会出现在Login Item清单。）

（以下把重点放在Launch Daemon/Agent 。至于XPC和Login Item先不做解释。）

Launch Daemon & Launch Agent

Launch Daemon和Launch Agent是同一种东西在不同Scopes的异名。Launch Daemon是System-Wide（系统级别）的Service，称为Daemon，Launch Agent是Per-User（用户级别）的Service ，称为Agent，前者在开机时会加载（Load），后者在使用者登录时（才）会加载。

如果你打开Activity Monitor，并切换到Hierarchy View，你会发现有个Launchd会在最上层，跟它同层的只有kernel_task，它下面有很多Child Processes的User都是root，其中还有一个Launchd，启动的User是你自己，它底下的Child Processes的User也几乎都是你自己。当这些Processes是由Launchd加载Launchd Property List File来执行的时候，前者由root执行的称为Launch Daemons，后者由使用者执行的称为Launch Agents 。

Launchd Property List File就是你会在LaunchDaemon或LaunchAgents目录中看到的*.plist档案（以下统称plist档）。它是XML格式。

launchd Service Process Lifecycle

由Launchd所管理的Services（Launch Daemon、Launch Agent）是要先由Launchd加载（load）以后才会执行（run），但加载之后并不一定马上执行。在苹果的官方文件说明了kernel加载完成后会发生的事，用来说明Launch Daemons、Launch Agents及其Processes的生命周期。

开机时，会先加载OS Kernel，加载完成后就执行Launchd，用来加载System-Wide Services（Daemons）。这个System-Wide Launchd在开机时会做这些事：

加载（load）存放在这些目录下的plist：（/System/Library/LaunchDaemons，/Library/LaunchDaemons）
注册那些plist里面设定的sockets(port)和file descriptors
执行（run）KeepAlive = true的Daemons，当然RunAtLoad = true的也会启动。

Run好后，Loginwindow就出现了，提示使用者登录。有设定自动登录的话，就会跳过这关。

在使用者登录以后，会执行属于该使用者的Launchd，负责处理Launch Agent，做的事跟上面加载Launch Daemon很像，差别在于它从以下的目录加载plist：

/System/Library/LaunchAgents
/Library/LaunchAgents
~/Library/LaunchAgents

由使用者执行的任何程序也都是Launchd来执行的，所以Launchd也是该使用者的所有Processes之母。

在使用者登出、关机或重新开机时，会触发Termination Event。接受登出、关机、重新开机使用者指令的Process是Loginwindow。它会先向使用者确认，一但确认，就会对每个由该使用者的Launchd所启动的Processes送出Termination Signal，如果是Cocoa则送出Cocoa API的Event，其他的就送出SIGTERM要他们自我了断，45秒之后，除了Cocoa的应用程式可以丢出某个Error来取消这整个Termination Process，其他还没结束的都会被kill掉。

这就是为什么Loginwindow这个Process会一直存在，它要负责把该使用者执行起来的Processes统统清掉。而Per-User Services都关掉以后，就回到Loginwindow，或是执行关机、重新开机的流程，后两者就是照着差不多的流程去关掉所有System-Wide Services。

Launchd-Compatible Daemon Programming Guide

以下是该文件中提及关于配合Launchd开发Daemon时应注意的事，提到关于plist的key就请参考man 5 launchd.plist。以下的Daemon指的是Launch Daemon所要运行的Process，所以Launch Agent也一并适用。

Listen to SIGTERM

如上文所提及的，由于Loginwindow这个Process在要关掉你的Daemon时会先送SIGTERM，要你自我了断，等太久没关掉才会SIGKILL。如果你的程式需要在结束之前做什么事，一定要听SIGTERM这个Signal。

On-Demand Daemon

Launch Daemon/Agent默认不会让某个Process一直执行，当它的设定没有KeepAlive = true时，它会根据被执行的Process的CPU Usage和Requests（如TCP/IP Service）来决定要不要送出SIGTERM叫他自尽。

当该Service需要被使用时，而相对应的Program没有跑成Process时，会自动把该Service给跑起来。例如某个TCP/IP Service听某个Port，当这个Port有封包进来时，Launchd会把相对应的Service给启动，这种行为叫做on-demand 。

当然，也有non-on-demand daemon，其实也就是keep-alive daemon，这也是传统意义上的Daemon ，比如一直躲在墙角默默执行，直到有人找他，他才跳出来回一下话，回完了以后又继续躲在墙角。只要把KeepAlive这个key设成true，它就会在plist被Launchd加载（load）时执行（run）起来。要是那个Process死掉，Launchd会知道，马上再把它开起来。所以如果你试着去Activity Monitor砍掉这种Daemon，它就马上会复活。

No fork or exec

传统的System Programming会教你用exec、fork等等的POSIX API来做Daemon，但配合Launchd时，由于Daemon的生命周期是由Launchd来控制的，除非强制要求Kepp-Alive，否则要生要死是Launchd决定，更何况Keep-Alive还要考虑Daemon Process在结束以后自动重新执行，所以在配合Launchd写Daemon时，苹果建议你不要用传统的fork和exec*。当然，plist文件中的ProgramArguments就是exec*系列subroutine的参数。

当一个Process跑起来10秒内就死掉，Launchd会判定为Crash，然后试着重新执行。要是你用传统的fork-exec style，就可能会造成无限循环。

No setuid / setgid / chroot / chdir etc

为了安全性的考虑，苹果强烈建议你不要自己调用setupd、setgid、chroot、chdir等等System Subroutines，而是透过plist文件的设定值来让Launchd帮你完成，参考UserName、GroupName、RootDirectory、WorkingDirectory的keys 。

No pipe redirection hell for fd 0, 1 or 2

在写Log或输出信息时可以设定StandardOutPath、StandardErrorPath，只管输出到stdout或stderr就好了。而StandardInPath也可以让你的Process一执行就从stdin指定path的内容。也就是说，Launchd帮你把fd = 0, 1, 2的东西都传了一遍。

其他应用

定时任务

Launch Daemon/Agent的设置项可以指定该Service的执行周期及执行时间，也就是说，它可以替代传统的at、periodic和cron。这些设定值的key请参考StartInterval和StartCalendarInterval。

搭配LaunchOnlyOnce的话可以模拟at，但如果要用Launchd只临时做一件事，还不如直接at方便。

监视文件或目录异动

Launch Daemon/Agent可以监视某个path的异动，设定在WatchPaths这个key。这里所说的path可以是Directory或是某个特定的文件，只要该path有异动，就会执行你的Job。

也可以用来清Queue，只要Directory里面有东西，就会执行Job直到空为止，可以用来做Mail Server或Notification。设定在QueueDirectories这个key。

参考：

https://en.wikipedia.org/wiki/Init

https://en.wikipedia.org/wiki/Launchd

https://stackoverflow.com/questions/15735320/osx-s-etc-init-d-equivalent

https://nathangrigg.com/2012/07/schedule-jobs-using-launchd#launchctl