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因为想做某个应用，今天研读了 Apple Developer 网站上的 Daemons and Services Programming Guide，终于懂了 Mac OS X 的 Launch Daemon / Agent 是做什么用的，笔记一下。为了避免专有名词翻译不同造成误解，我试着统统不翻译。不过我对 Mac OS X 的 system programming 涉世（？）未深，要是有解释不对的地方，路过的大侠请不吝指教。

以下的操作全是在 Mac OS X 10.6.8 完成的。

What is launchd ?

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 的程式，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式。

launchd 管理的 background process 有四种：

  1. Launch Daemon: 在开机时载入(load) 。
  2. Launch Agent: 在使用者登入时载入。
  3. XPC Service: 好像是10.7才有的，我还没灌10.7 ，先跳过。
  4. Login Items: 在User登入时执行。有两种方法可以用程式新增项目到 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 就留待其他比较在行的大大来解释。）

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 的service ，称为 daemon，Launch Agent 是 per-user 的service ，称为 agent，前者在开机时会载入（load） ，后者在使用者登入时（才）会载入。

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 载入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，反正本文讲到的 plist 档也只有这种用途）。它是 XML 格式，不过咱们别这么纠结手刻 XML ，你直接按两下打开就是 Property List Editor ，滑鼠点一点就好，不纠结。

launchd Service Process Lifecycle

由 launchd 所管理的 services （Launch Daemon 、 Launch Agent）是要先由 launchd 载入（load）以后才会执行（run），但载入之后并不一定马上执行。在苹果的官方文件说明了 kernel 载入完成后会发生的事，用来说明Launch Daemons 、Launch Agents 及其 processes 的生命周期。
开机时，会先载入 OS Kernel，载入完成后就执行 launchd，用来载入 system-wide services （daemons）。这个 system-wide launchd 在开机时会做这些事：

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

该 run 的 run 好后，loginwindow 就出现了，提示使用者登入。有设定自动登入的话，就会跳过这关。

在使用者登入以后，会执行属于该使用者的 launchd，负责处理 Launch Agent ，做的事跟上面载入 Launch Daemon很像，差别在于它从以下的目录载入 plist：

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

由使用者执行的任何程式也都是 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 预设不会让某个 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 （好绕舌），其实也就是 keep-alive daemon，这也是传统意义上的daemon ，我是说那种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的那种。只要把 KeepAlive 这个key设成 true，它就会在 plist 被 launchd 载入(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 来做一只 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 档案中的 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 ，就可能会造成无限回圈。

No setuid/ setgid/ chroot/ chdir etc.

为了安全性的考量，苹果强烈建议你不要自己呼叫 setupd, setgid, chroot, chdir 等等 system subroutines ，而是透过 plist 档的设定值来让 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或输出讯息时也不用烦恼开档等等问题，你可以设定 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 吃指定 path 的内容。也就是说，launchd 帮你把 fd = 0, 1, 2 的东西都传便便。

其他应用

工作排程

Launch Daemon / Agent 的设定档可以指定该 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，但对我来说，如果要用 launchd 只临时做一件事，还不如直接 at 方便。

监视档案或目录变动

Launch Daemon / Agent 可以监视某个 path 的变动，设定在 WatchPaths 这个key。这里所说的 path 可以是directory 或是某个特定的档案，只要该 path 有变动，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 。

See also: