进程间关系：作业、会话和守护进程

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进程并不是完全孤立的个体，或是父子兄弟，或是功能间的相似
通过进程间关系将进程有组织的管理，才让操作系统更加强大、灵活

本文通过介绍进程组、作业、会话讲解进程间关系的基本概念
并延伸介绍一下守护进程

介绍守护进程前，需要先明确作业、会话的概念

进程组

进程在系统中并不是完全独立的个体，每个进程都隶属于一个进程组

使用ps axj可以看到相关信息

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# sleep 100 | sleep 200 | sleep 300 & ps axj | head -n1 & ps axj | grep sleep | grep -v grep

PPID   PID  PGID   SID  TTY   TPGID  STAT  UID   TIME  COMMAND
3875  4067  4067  2852  pts/0 4070   S      0    0:00  sleep 100
3875  4068  4067  2852  pts/0 4070   S      0    0:00  sleep 200
3875  4069  4067  2852  pts/0 4070   S      0    0:00  sleep 300

其中

  • ‘&’: 表⽰示将进程组放在后台执⾏行
  • ps的参数j表示显示作业相关信息(下文介绍作业)
  • 进程组ID为组长进程ID
  • 组长退出后进程组还在

作业

进程组方便了我们灵活地控制一组进程的状态
但有时我们不仅需要控制状态，还要控制正在进行进程的行为（比如挂起一进程），称为作业控制
在作业控制的角度看进程，进程就是作业

常用的操作比如

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$ proc1   #表示将proc1作业（进程）放到前台运行
$ proc2 & #表示将proc2作业（进程）放到后台运行

$ fg 进程号 //让指定pid进程进入前台
$ bg 进程号 //让指定pid进程进入后台

$ jobs //查看当前作业

由上例易知，shell创建一个进程即位作业，但作业可以不仅仅包含一个进程

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$ ps axj | grep root | more &

此时就运行了三个进程

有了作业控制，如果用户在编辑一个文本，可以挂起该作业，运行完其它操作再继续编辑
如

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$ vim test.txt #打开文件后按下 ^Z(Ctrl+Z)，vim会挂起

此时我们可以在这个shell中做其它操作，当想要回到编辑器时

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$ jobs -l #-l表示显示作业相关进程的pid

[1]+  5439 Suspended: 18           vim test.txt

$ fg 1 #回到作业1

此外，一个进程fork出的子进程不属于当前作业，很多时候不严格区分进程组和作业

会话

每打开一个终端都会建立一个会话
建立会话的进程叫控制进程，一个会话包含一个前台作业和若干后台作业
Linux下打开一个终端

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[lxk@localhost ~]$ ls | grep D | more &

再打开一个新的终端

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$ ls | grep D | more &

$ ps axj | head -1 ; ps axj | grep more | grep -v grep
  PPID   PID   PGID    SID  TTY       TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
 11579  11641  11639  11579 pts/1     11758  T    1000   0:00 more
 11692  11749  11747  11692 pts/2     11692  T    1000   0:00 more

可见两个后台的进程属于不同的会话

另外，在mac os下（BSD），不同的终端属于一个会话

守护进程

实际开发我们需要一种进程：
独立于终端之外，不随终端的退出而退出，也不受终端发出的信号的影响，周期地执行某项管理服务

这就是守护进程

我们可以看到很多系统的进程都是守护进程(TPGID = -1)

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$ ps axj | head -n3
  PPID    PID   PGID    SID TTY  TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
     0      1      1      1 ?     -1    Ss     0   0:16 /usr/lib/systemd/systemd --switched-root --system --deserialize 21
     0      2      0      0 ?     -1    S      0   0:00 [kthreadd]

预定成俗的，守护进程通常以d结尾，表示daemon（精灵）

打印机例子

打印的任务就用到了守护进程
打印机是一种独占设备，若一个进程打开它又长时间不用，就会导致其他进程都无法使用打印机。
通过创建一个守护进程，当一个进程需要打印文件时，将待打印文件放置到指定目录，由守护进程负责打印工作，即解决了进程空占打印机问题

守护进程的创建

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#include<stdio.h>  
#include<unistd.h>  
#include<signal.h>  
#include<stdlib.h>  
int creat_daemon()  
{      
    umask(0);      
    
    //调用fork方便随后setsid。    
    pid_t id = fork();  
    if(id > 0)  
    {  
        exit(1);  
    }  
    else if(id == 0)  
    {  
        setsid();         //创建新的会话  
        if(chdir("/")<0)  //将新建会话的工作目录改成根目录  
        {  
           perror("chdir");  
           return;  
        }  
        
        //关闭从不需要的父进程继承来的文件  
        close(0);  
        close(1);
        close(2);  
        
        // 注册⼦子进程退出忽略信号，防止僵尸进程
        if( sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL ) < 0 )
            return; 
    }  
}  
  
int main()  
{  
    creat_daemon();  
    while(1);  
    return 0;  
}

其中

  • 为了使得守护进程权限最大，需要把文件掩码置0
  • 为了使得当前进程脱离当前会话，需要执行setpid
    • pid_t setsid(void);
    • 创建一个新的会话，返回 session id （等于进程id），失败返回-1
    • 若当前进程为进程组组长，则执行失败，所以创建守护进程需要先fork一次
  • 更改工作路径到根目录（或对应盘符无法卸载或目录被强制卸载、守护进程失效）

此外，在更改工作目录前可以fork第二次，
fork的第二次的原因是在执行setsid后进程变成了会话组长，会话组长有权限再次打开终端
通过再次fork，可以保证守护进程无法再次打开终端

但这并不是必须的（很多开源项目都没有使用）

daemon函数

Linux下实际开发中，我们可以使用daemon函数直接创建守护进程

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    daemon(0,0);
    while(1);
}

其中

  • int daemon(int nochdir, int noclose);
    • nochdir：=0 将当前目录更改至“/”
    • noclose：=0 将标准输入、标准输出、标准错误重定向至“/dev/null”
      • /dev/null被称为黑洞，不管哪个文件描述符对其进行写操作，它都会直接将数据丢弃；
  • 成功返回0，失败放回-1