《unix高级环境编程》进程关系——控制终端、作业控制和守护进程

柔情只为你懂 2022-08-13 17:44 316阅读 0赞

首先总结下进程、进程组与会话之间的关系。进程属于一个进程组，进程组属于一个会话，会话可能有或没有控制终端。以下是一些基本概念：

**僵死进程：**一个子进程已经终止，但是其父进程没有对其进行善后处理（获取终止子进程有关信息，释放它仍占有的资源），则该子进程就成为僵死进程。消灭僵尸进程的唯一方法是终止其父进程。  
**孤儿进程：**子进程的父进程已经终止，但是该进程依然存在，则称该子进程为孤儿进程。孤儿进程会被init进程的收养。一个孤儿进程可以组成孤儿进程组。  
 **会话首进程：**新建会话时，会话中的唯一进程，其进程ID等于会话ID。它通常是一个登陆shell，也可以在成为孤儿进程后调用setsid()成为一个新会话。  
**会话：**一个或多个进程组的集合。一个登陆shell发起的会话，一般由一个会话首进程、一个前台进程组、一个后台进程组组成。  
**进程组：**一个或多个进程的集合，进程组属于一个会话。fork()并不改变进程组ID。  
**进程组组长：**进程ID与其所在进程组ID相等的进程。组长可以改变子进程的进程组ID，使其转移到另一进程组。例如一个shell进程（下文均以bash为例），当使用管道线时，如echo "hello" | cat，bash以第一个命令的进程ID为该管道线内所有进程设置进程组ID。此时echo和cat的进程组ID都设置成echo的进程ID。  
**前台进程组：**该进程组中的进程能够向终端设备进行读、写操作的进程组。登陆shell（例如bash）通过调用tcsetpgrp()函数设置前台进程组，该函数将终端设备的fd（文件描述符）与指定进程组关联。成为前台进程组的进程其控制终端进程组ID等于进程组ID，常常可以通过比较他们来判断前后台进程组。  
**后台进程组：**一个会话中，除前台进程组、会话首进程以外的所有进程组。该进程组中的进程能够向终端设备写，但是当试图读终端设备时，将会收到SIGTTIN信号，并停止。登录shell可以根据设置在终端上发出一条消息通知用户有进程欲求读终端。

前台进程组ID只能有一个，而后台进程组同时可存在多个。后台进程组的进程组ID不等于控制终端进程组ID。

## 终端概念 ##

在UNIX系统中，用户通过终端登录系统后得到一个Shell进程，这个终端成为Shell进程的控制终端（Controlling Terminal），控制终端是保存在PCB中的信息，而我们知道fork会复制PCB中的信息，因此由Shell进程启动的其它进程的控制终端也是这个终端。默认情况下（没有重定向），每个进程的标准输入、标准输出和标准错误输出都指向控制终端，进程从标准输入读也就是读用户的键盘输入，进程往标准输出或标准错误输出写也就是输出到显示器上。在控制终端输入一些特殊的控制键可以给前台进程发信号，例如Ctrl-C表示SIGINT，Ctrl-\\表示SIGQUIT。

会话和进程组有一些其他特性：

1.  一个会话可以有一个控制终端，通常会话的第一个进程打开一个终端（终端设备或伪终端设备）后，该终端就成为该会话的控制终端。
2.  建立与控制终端连接的会话首进程被称为**控制进程**。（controlling process）
3.  一个会话中的几个进程组可被分成一个**前台进程组**以及一个或者多个**后台进程组**。
4.  如果一个会话有一个控制终端，则它有一个前台进程组，会话中的其他进程组则为后台进程组。
5.  无论何时进入终端的中断键（ctrl+c）或退出键（ctrl+\\），就会将中断信号发送给前台进程组的所有进程。
6.  如果终端接口检测到调制解调器（或网络）已经断开，则将挂断信号发送给控制进程（会话首进程）。

这些特性的关系如下图所示：

![Center][]

## 作业控制 ##

作业控制允许在一个终端上启动多个作业（进程组），它控制哪一个作业可以访问终端，以及哪些作业在后台运行。作业控制要求以下三种形式的支持：

1.  支持作业控制的shell。
2.  内核中的终端驱动程序必须支持作业控制。
3.  内核必须提供对某些作业控制信号的支持。

## 守护进程 ##

守护进程是在后台运行不受终端控制的进程，通常情况下守护进程在系统启动时自动运行，用户关闭终端窗口或注销也不会影响守护进程的运行，只能kill掉。守护进程的名称通常以d结尾，比如sshd、xinetd、crond等；我们用ps axj命令查看系统中的进程，凡是TPGID（前台进程组ID）一栏写着-1的都是没有控制终端的进程，或者TTY一栏为？的，也就是守护进程。

**守护进程编程步骤**  
　　1. 创建子进程，父进程退出  
　　　　•所有工作在子进程中进行  
　　　　•形式上脱离了控制终端  
　　2. 在子进程中创建新会话  
　　　　•setsid()函数  
　　　　•使子进程完全独立出来，脱离控制  
　　3. 改变当前目录为根目录  
　　　　•chdir()函数  
　　　　•防止占用可卸载的文件系统  
　　　　•也可以换成其它路径  
　　4. 重设文件权限掩码  
　　　　•umask()函数  
　　　　•防止继承的文件创建屏蔽字拒绝某些权限  
　　　　•增加守护进程灵活性  
　　5. 关闭文件描述符  
　　　　•继承的打开文件不会用到，浪费系统资源，无法卸载  
　　　　•getdtablesize()  
　　　　•返回所在进程的文件描述符表的项数，即该进程打开的文件数目  
守护进程创建的流程图如下：

![Center 1][]

成功调用setsid函数的结果是：

1.  创建一个新的Session，当前进程成为Session Leader，当前进程的id就是Session的id。
2.  创建一个新的进程组，当前进程成为进程组的Leader，当前进程的id就是进程组的id。
3.  如果当前进程原本有一个控制终端，则它失去这个控制终端，成为一个没有控制终端的进程。

守护进程的测试程序：

#include "apue.h"
    #include <sys/wait.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <fcntl.h>
    
    int main() {
        pid_t pid;
        int i,fd;
        char *buf="Daemon program.\n";
        /* fork 创建子进程 */
        if ((pid=fork()) < 0)
        {
            err_sys("fork error!");
            exit(1);
        }
        /* 退出父进程 */
        else if (pid > 0)
            exit(0);
        /* 在子进程中创建新会话 */
        setsid();
        /* 设置根目录为当前工作目录 */
        chdir("/");
        /* 设置权限掩码 */
        umask(0);
        /* getdtablesize返回子进程文件描述符表的项数 */
        for(i=0;i<getdtablesize();i++)
            close(i);   // 关闭文件描述符
    
        while(1)
        {
         /* 以读写方式打开"/tmp/daemon.log"，返回的文件描述符赋给fd */
            if ((fd=open("/tmp/daemon.log",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600))<0) 
            {
                printf("Open file error!\n");
                exit(1);
            }
            /* 将buf写到fd中 */
            write(fd,buf,strlen(buf)+1);
            close(fd);
            sleep(5);
            printf("Never exit!\n");
        }
    
        exit(0);
    }

在日志文件输出为：

Daemon program.
    Daemon program.
    Daemon program.

参考资料：

[http://www.cnblogs.com/forstudy/archive/2012/04/03/2427683.html][http_www.cnblogs.com_forstudy_archive_2012_04_03_2427683.html]

[https://lesca.me/archives/process-relationship.html][https_lesca.me_archives_process-relationship.html]

[http://blog.csdn.net/jnu\_simba/article/details/8932176][http_blog.csdn.net_jnu_simba_article_details_8932176]

《UNIX高级环境编程》

[Center]: /images/20220810/88c201e4937d4d26ba1ec524ab10324d.png
[Center 1]: /images/20220810/a8add941a51c42608512676af19bcb19.png
[http_www.cnblogs.com_forstudy_archive_2012_04_03_2427683.html]: http://www.cnblogs.com/forstudy/archive/2012/04/03/2427683.html
[https_lesca.me_archives_process-relationship.html]: https://lesca.me/archives/process-relationship.html
[http_blog.csdn.net_jnu_simba_article_details_8932176]: http://blog.csdn.net/jnu_simba/article/details/8932176