由一个简单需求到Linux环境下的syslog、unix domain socket

正文

　　本文记录了因为一个简单的日志需求，继而对linux环境下syslog、rsyslog、unix domain socket的学习。本文关注使用层面，并不涉及rsyslog的实现原理，感兴趣的读者可以参考rsyslog官网。另外，本文实验的环境实在debian8，如果是其他linux发行版本或者debian的其他版本，可能会稍微有些差异。

需求：

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　　工作中有一个在Linux（debian8）环境下运行的服务器程序，用python语言实现，代码中有不同优先级的日志需要记录，开发的时候都是使用python的logging模块输出到文件，示例代码如下：

　　

import logging, os

logger = None
def get_logger():
    global logger
    if not logger:
        logger = logging.getLogger('ServerLog')
        logger.setLevel(logging.INFO)
        filehandler = logging.FileHandler(os.environ['HOME'] + '/Server.log', encoding='utf8')
        filehandler.setFormatter(logging.Formatter("%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s"))
        logger.addHandler(filehandler)
    return logger

def some_func():
    get_logger().info("call some_func")

if __name__ == '__main__':
    some_func()

　　运行上面这段代码，就会在home目录下面产生一个server.log文件。

　　后来数据分析的部门说他们希望能够实时拿到一部分日志，他们有一台专门处理日志的服务器，那么怎么把日志发给他们呢？笔者之前并没有相关经验，数据分析部门的同事说，这种需求他们都是找运维人员帮忙。运维同事给出的方案很简单：产品把日志写到syslog，然后他们负责把带有某些关键字的日志转发给数据分析部门，在运维同事的指导下，把代码改成了这样:

import logging
import logging.handlers

logger = None
def get_logger():
    global logger
    if not logger:
        logger = logging.getLogger('ServerLog')
        logger.setLevel(logging.INFO)

        sys_handler = logging.handlers.SysLogHandler('/dev/log', facility=logging.handlers.SysLogHandler.LOG_LOCAL0)
        syslog_tag = 'ServerLog'
        sys_handler.setFormatter(logging.Formatter(syslog_tag + ":%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s"))

        logger.addHandler(sys_handler)
    return logger

def some_func():
    get_logger().info("call some_func")

if __name__ == '__main__':
    some_func()

　　上面的代码修改了日志的输出形式，直观的感受就是从文件server.log 到了 /dev/log，但/dev/log对应的是SysLogHandler，并不是FileHandler，所以肯定不是一个普通的文件。此时，我有两个疑问：第一，这里我并没有将日志输出到home目录下的Server.log文件，但是程序运行的时候生成了这么一个文件；第二，怎么讲日志发送到数据分析部门的服务器。

　　不懂就问：

　　Q：新的代码下怎么生成Server.log文件，日志内容又是怎么转发到数据分析部门的服务器？

　　A:  这个是/etc/init.d/rsyslog这个后台程序根据/etc/rsyslog.conf 这个配置文件 将日志输出到不同的文件，包括网络文件，即其他服务器。看/etc/rsyslog.conf这个配置就明白了。

　　Q：OK，那python代码将文件输出到/dev/log跟 rsyslog又是什么关系呢？

　　A：python的sysloghandler会将日志发送到rsyslog，他们之间使用unix domain socket通信，具体看logging模块的源码就知道了

unix domain socket：

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　　按照上面的对话的意思，python程序先将日志发送给rsyslog这个程序，然后rsyslog再处理收到的日志数据，所以先看logging代码：

　　SysLogHandler这个类在logging.handlers.py, 核心代码如下：

    def __init__(self, address=('localhost', SYSLOG_UDP_PORT),
                 facility=LOG_USER, socktype=socket.SOCK_DGRAM):
        """
        Initialize a handler.

        If address is specified as a string, a UNIX socket is used. To log to a
        local syslogd, "SysLogHandler(address="/dev/log")" can be used.
        If facility is not specified, LOG_USER is used.
        """
        logging.Handler.__init__(self)

        self.address = address
        self.facility = facility
        self.socktype = socktype

        if isinstance(address, basestring):
            self.unixsocket = 1
            self._connect_unixsocket(address)
        else:
            self.unixsocket = 0
            self.socket = socket.socket(socket.AF_INET, socktype)
            if socktype == socket.SOCK_STREAM:
                self.socket.connect(address)
        self.formatter = None

    def _connect_unixsocket(self, address):
        self.socket = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_DGRAM)
        # syslog may require either DGRAM or STREAM sockets
        try:
            self.socket.connect(address)
        except socket.error:
            self.socket.close()
            self.socket = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_STREAM)
            self.socket.connect(address)

　　在__init__.doc里面写得很清楚，如果address是一个字符串（默认值是一个tuple），那么会建立一个unix socket（unix domain socket）。如果address为“/dev/log”（正如我们之前的python代码），那么输出到本机的syslogd程序。另外，在第27行 self.socket = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_DGRAM) socket.socket的第一个参数family 的值为AF_UNIX，而不是我们经常使用的AF_INET(IPV4）或者AF_INET6(IPV6)。那么什么是unix domain socket呢？

　　

　　unix domain socket是进程间通信（IPC：inter-process communication）的一种方式，其他还有管道、命名管道、消息队列、共享内存、socket之类的。unix domain socket与平常使用的socket（狭义的internet socket）有什么区别呢，那就是unix domain socket只能在同一台主机上的进程之间通信，普通的socket也可以通过'localhost'来在同一台主机通信，那么unix domain socket有哪些优势呢？

　　第一：不需要经过网络协议栈

　　第二：不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等

　　所以，优势就是性能好，一个字，快。

　　下面用一个简单的服务器客户端例子来看看unix domain socket的使用方法与过程：

　　服务器：uds_server.py

ADDR = '/tmp/uds_tmp'

import socket, os

def main():
    try:
        sock = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_STREAM)
        if os.path.exists(ADDR):
            os.unlink(ADDR)
        sock.bind(ADDR)
        sock.listen(5)
        while True:
                connection, address = sock.accept()
                print "Data : %s" % connection.recv(1024);
                connection.send("hello uds client")
                connection.close()
    finally:
        sock.close()

if __name__ == '__main__':
        main()

　　客户端：uds_client.py

ADDR = '/tmp/uds_tmp'

import socket

def main():
        sock = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_STREAM)
        sock.connect(ADDR)
        sock.send('hello unix domain socket server')
        print 'client recieve', sock.recv(1024)
        sock.close()

if __name__ == '__main__':
        main()

　　首先：运行服务器 python uds_server.py，这个时候在/tmp 目录下产生了文件，用ls查看详细信息如下：

　　

　　可以看到，文件类型（第一个字段）为s，代表socket文件。（PS： 如果进程间用命令管道通信，也是利用中间文件，ls显示的文件类型为p）

　　运行客户端 python uds_client.py，在客户端和服务器端都有相应的输出，使用方法与普通socket没有什么大的差异。

日志转发流程：

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　　在了解了unix domain socket这个概念之后，下面就比较简单了，首先是/dev/log这个文件，我们用ls来查看这个文件的信息

　　

　　可以看到这个文件是一个符号链接文件，真实的文件是/run/systemd/journal/dev-log, 那么再来查看这个文件

　　

　　ok，是一个socket文件，复合预期，按照之前的unix domain socket的例子，rsyslog也应该咋这个文件上监听，我们来看看

　　

　　lsof fd可以列出所有使用了这个文件（linux下文件的概念比较宽泛）的进程，事实上我们看到只有systemd和systemd-j两个不明所以的进程。那么直接看看rsyslog使用的unix domain socket吧

　　

      

　　额，可以看到rsyslogd使用的socket domain socket是/run/systemd/journal/syslog，并不是/run/systemd/journal/dev-log，这两个文件在同一个目录下，那么再来看看还有哪些进程使用了/run/systemd/journal/syslog。

 　　

　　so，systemd和rsyslogd都使用了这个文件，感觉像是应用进程(e.g. 上面的python程序）将日志通过/run/systemd/journal/dev-log（/dev/log背后真正的文件）发送到systemd， 然后systemd 再将日志通过/run/systemd/journal/syslog发送到rsyslogd，是不是这样呢，google了一下，发现了这篇文章understand-logging-in-linux，确实是这么一个过程：

　　

systemd has a single monolithic log management program, systemd-journald. This runs as a service managed by systemd.

• It reads /dev/kmsg for kernel log data.
• It reads /dev/log (a symbolic link to /run/systemd/journal/dev-log) for application log data from the GNU C library's syslog() function.
• It listens on the AF_LOCAL stream socket at /run/systemd/journal/stdout for log data coming from systemd-managed services.
• It listens on the AF_LOCAL datagram socket at /run/systemd/journal/socket for log data coming from programs that speak the systemd-specific journal protocol (i.e. sd_journal_sendv() et al.).
• It mixes these all together.
• It writes to a set of system-wide and per-user journal files, in /run/log/journal/ or /var/log/journal/.
• If it can connect (as a client) to an AF_LOCAL datagram socket at /run/systemd/journal/syslogit writes journal data there, if forwarding to syslog is configured.

　　

　　ok，到现在为止，我们知道了应用程序的日志是怎么转发到rsyslog，那么rsyslog怎么处理接收到的日志，秘密就在/etc/rsyslog.conf, 在打开这个配置文件之前，我们先看看rsyslog官网的简单描述：

 　　RSYSLOG is the rocket-fast system for log processing.

 　　原来R是rocket-fast的意思！火箭一般快！官网声称每秒可以处理百万级别的日志。rsyslogd在部分linux环境是默认的syslogd程序（至少在笔者的机器上），d是daemon的意思，后台进程。系统启动的时候就会启动该进程来处理日志（包括操作系统自身和用户进程的日志）。打开修改过的/etc/rsyslog.conf, 接下来就是见证奇迹的时刻

 　　

　　原来一举一动都在监控之中。这个文件是系统提供的，直接在这个文件上做修改显然不是明智之举。如上图红色部分，可以再rysyslog.d文件夹下增加自己的配置文件，定制日志过滤规则。那么看看的rsyslog.d文件夹下新增的tmp.conf

$FileOwner USERNAME
$FileGroup USERNAME
$FileCreateMode 0644
$DirCreateMode 0755
$Umask 0022
$template serverLog,"/home/USERNAME/Server.log"
$template LogFormat,"%msg%
"
if $syslogfacility-text == 'local0' and $syslogtag contains 'ServerLog' then -?serverLog;LogFormat

#if $syslogfacility-text == 'local0' and $syslogtag contains 'ServerLog' then @someip:port
& stop

　　再来回顾一下对应的应用代码：

import logging
import logging.handlers

logger = None
def get_logger():
    global logger
    if not logger:
        logger = logging.getLogger('ServerLog')
        logger.setLevel(logging.INFO)

        sys_handler = logging.handlers.SysLogHandler('/dev/log', facility=logging.handlers.SysLogHandler.LOG_LOCAL0)
        syslog_tag = 'ServerLog'
        sys_handler.setFormatter(logging.Formatter(syslog_tag + ":%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s"))

        logger.addHandler(sys_handler)
    return logger

def some_func():
    get_logger().info("call some_func")

if __name__ == '__main__':
    some_func()

　　注意：配置文件需要与应用代码配合，比如代码中第11行 facility=logging.handlers.SysLogHandler.LOG_LOCAL0 与 配置中 $syslogfacility-text == 'local0' 相对应；代码第12行 syslog_tag = 'ServerLog' 与 配置文件 $syslogtag contains 'ServerLog' 对应。关于python代码中syslogtag的设置，参考了stackoverflow上的这个问答。

　　当我们修改了配置时候需要通过命令 /etc/init.d/rsyslog restart 来重启rsyslogd，重启之后再运行之前的python文件，就可以了。

 　　

 发送到远端服务器：

　　上面的tmp.conf文件注释掉了第10行，这一行的作用是将满足条件的日志发送到指定的其他机器上，IP：Port用来指定接受日志的远端rsyslogd程序。默认情况下rsyslogd在514端口监听。假设我需要给局域网内10.240.10.10发送syslog，第10行改成这样就行了：

if $syslogfacility-text == 'local0' and $syslogtag contains 'ServerLog' then @10.240.10.10

　　那么10.240.10.10主要开启rsyslogd的远程监听，并指定远端日志的输出规则，for example：

　　

　　这个配置，让rsyslogd使用UDP和TCP协议同时在514端口上监听，并将非本机的日志输出到对应远端主机名的文件。注意，以上修改 都需要重启rsyslogd才能生效。

总结：

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　　日志从应用程序到最终的日志文件（或者远程服务器）的流程如下：