linux之进程的基本概念(进程PID，进程组PGID，会话关系SID）（作业）setpgid()、setsid()

进程

进程是操作系统的一个核心概念。每个进程都有自己唯一的标识&＃xff1a;进程ID&＃xff0c;也有自己的生命周期。一个典型的进程的生命周期如图4-1所示。

进程都有父进程&＃xff0c;父进程也有父进程&＃xff0c;这就形成了一个以init进程为根的家族树。除此以外&＃xff0c;进程还有其他层次关系&＃xff1a;进程、进程组和会话。

进程组和会话在进程之间形成了两级的层次&＃xff1a;进程组是一组相关进程的集合&＃xff0c;会话是一组相关进程组的集合。

这样说来&＃xff0c;一个进程会有如下ID&＃xff1a;

• PID&＃xff1a;进程的唯一标识。对于多线程的进程而言&＃xff0c;所有线程调用getpid函数会返回相同的值。
• PGID&＃xff1a;进程组ID。每个进程都会有进程组ID&＃xff0c;表示该进程所属的进程组。默认情况下新创建的进程会继承父进程的进程组ID。
• SID&＃xff1a;会话ID。每个进程也都有会话ID。默认情况下&＃xff0c;新创建的进程会继承父进程的会话ID。
  可以调用如下指令来查看所有进程的层次关系&＃xff1a;

ps -ejH
ps axjf


进程&＃xff0c;可以调用以下函数获取进程组ID跟会话ID.

pid_t getpgrp(void);
pid_t getsid(pid_t pid);


前面提到过&＃xff0c;新进程默认继承父进程的进程组ID和会话ID&＃xff0c;如果都是默认情况的话&＃xff0c;那么追根溯源可知&＃xff0c;所有的进程应该有共同的进程组ID和会话ID。但是调用ps axjf可以看到&＃xff0c;实际情况并非如此&＃xff0c;系统中存在很多不同的会话&＃xff0c;每个会话下也有不同的进程组。

为何会如此呢&＃xff1f;

就像家族企业一样&＃xff0c;如果从创业之初&＃xff0c;所有家族成员都墨守成规&＃xff0c;循规蹈矩&＃xff0c;默认情况下&＃xff0c;就只会有一个公司、一个部门。但是也有些“叛逆”的子弟&＃xff0c;愿意为家族公司开疆拓土&＃xff0c;愿意成立新的部门。这些新的部门就是新创建的进程组。如果有子弟“离经叛道”&＃xff0c;甚至不愿意呆在家族公司里&＃xff0c;他别开天地&＃xff0c;另创了一个公司&＃xff0c;那这个新公司就是新创建的会话组。

由此可见&＃xff0c;系统必须要有改变和设置进程组ID和会话ID的函数接口&＃xff0c;否则&＃xff0c;系统中只会存在一个会话、一个进程组。

进程组和会话是为了支持shell作业控制而引入的概念。

当有新的用户登录Linux时&＃xff0c;登录进程会为这个用户创建一个会话。用户的登录shell就是会话的首进程。会话的首进程ID会作为整个会话的ID。会话是一个或多个进程组的集合&＃xff0c;囊括了登录用户的所有活动。

在登录shell时&＃xff0c;用户可能会使用管道&＃xff0c;让多个进程互相配合完成一项工作&＃xff0c;这一组进程属于同一个进程组。

当用户通过SSH客户端工具&＃xff08;putty、xshell等&＃xff09;连入Linux时&＃xff0c;与上述登录的情景是类似的。

进程组

修改进程组ID的接口如下

int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);


这个函数的含义是&＃xff0c;找到进程ID为pid的进程&＃xff0c;将其进程组ID修改为pgid&＃xff0c;如果pid的值为0&＃xff0c;则表示要修改调用进程的进程组ID。该接口一般用来创建一个新的进程组。

下面三个接口含义一致&＃xff0c;都是创立新的进程组&＃xff0c;并且指定的进程会成为进程组的首进程。如果参数pid和pgid的值不匹配&＃xff0c;那么setpgid函数会将一个进程从原来所属的进程组迁移到pgid对应的进程组。

setpgid(0,0)
setpgid(getpid(),0)
setpgid(getpid(),getpid())


setpgid函数有很多限制&＃xff1a;

• pid参数必须指定为调用setpgid函数的进程或其子进程&＃xff0c;不能随意修改不相关进程的进程组ID&＃xff0c;如果违反这条规则&＃xff0c;则返回-1&＃xff0c;并置errno为ESRCH。
• pid参数可以指定调用进程的子进程&＃xff0c;但是子进程如果已经执行了exec函数&＃xff0c;则不能修改子进程的进程组ID。如果违反这条规则&＃xff0c;则返回-1&＃xff0c;并置errno为EACCESS。
• 在进程组间移动&＃xff0c;调用进程&＃xff0c;pid指定的进程及目标进程组必须在同一个会话之内。这个比较好理解&＃xff0c;不加入公司&＃xff08;会话&＃xff09;&＃xff0c;就无法加入公司下属的部门&＃xff08;进程组&＃xff09;&＃xff0c;否则就是部门要造反的节奏。如果违反这条规则&＃xff0c;则返回-1&＃xff0c;并置errno为EPERM。
• pid指定的进程&＃xff0c;不能是会话首进程。如果违反这条规则&＃xff0c;则返回-1&＃xff0c;并置errno为EPERM。

有了创建进程组的接口&＃xff0c;新创建的进程组就不必继承父进程的进程组ID了。最常见的创建进程组的场景就是在shell中执行管道命令&＃xff08;“|”就是管道&＃xff09;&＃xff0c;代码如下&＃xff1a;cmd1 | cmd2 | cmd3

下面用一个最简单的命令来说明&＃xff0c;其进程之间的关系如图4-2所示。

ps ax | grep nfsd


ps进程和grep进程都是bash创建的子进程&＃xff0c;两者通过管道协同完成一项工作&＃xff0c;它们隶属于同一个进程组&＃xff0c;其中ps进程是进程组的组长。

进程组的概念并不难理解&＃xff0c;可以将人与人之间的关系做类比。一起工作的同事&＃xff0c;自然比毫不相干的路人更加亲近。shell中协同工作的进程属于同一个进程组&＃xff0c;就如同协同工作的人属于同一个部门一样。

引入了进程组的概念&＃xff0c;可以更方便地管理这一组进程了。比如这项工作放弃了&＃xff0c;不必向每个进程一一发送信号&＃xff0c;可以直接将信号发送给进程组&＃xff0c;进程组内的所有进程都会收到该信号。

前文曾提到过&＃xff0c;子进程一旦执行exec&＃xff0c;父进程就无法调用setpgid函数来设置子进程的进程组ID了&＃xff0c;这条规则会影响shell的作业控制。

出于保险的考虑&＃xff0c;一般父进程在调用fork创建子进程后&＃xff0c;会调用setpgid函数设置子进程的进程组ID&＃xff0c;同时子进程也要调用setpgid函数来设置自身的进程组ID。这两次调用有一次是多余的&＃xff0c;但是这样做能够保证无论是父进程先执行&＃xff0c;还是子进程先执行&＃xff0c;子进程一定已经进入了指定的进程组中。
由于fork之后&＃xff0c;父子进程的执行顺序是不确定的&＃xff0c;因此如果不这样做&＃xff0c;就会造成在一定的时间窗口内&＃xff0c;无法确定子进程是否进入了相应的进程组。

用户在shell中可以同时执行多个命令。对于耗时很久的命令&＃xff08;如编译大型工程&＃xff09;&＃xff0c;用户不必傻傻等待命令运行完毕才执行下一个命令。用户在执行命令时&＃xff0c;可以在命令的结尾添加“&”符号&＃xff0c;表示将命令放入后台执行。
这样该命令对应的进程组即为后台进程组。在任意时刻&＃xff0c;可能同时存在多个后台进程组&＃xff0c;但是不管什么时候都只能有一个前台进程组。只有在前台进程组中进程才能在控制终端读取输入。
当用户在终端输入信号生成终端字符&＃xff08;如ctrl&＃43;c、ctrl&＃43;z、ctr&＃43;\等&＃xff09;时&＃xff0c;对应的信号只会发送给前台进程组。

shell中可以存在多个进程组&＃xff0c;无论是前台进程组还是后台进程组&＃xff0c;它们或多或少存在一定的联系&＃xff0c;为了更好地控制这些进程组&＃xff08;或者称为作业&＃xff09;&＃xff0c;系统引入了会话的概念。会话的意义在于将很多的工作囊括在一个终端&＃xff0c;选取其中一个作为前台来直接接收终端的输入及信号&＃xff0c;其他的工作则放在后台执行。

会话

系统提供setsid函数来创建会话&＃xff0c;其接口定义如下&＃xff1a;

#include
pid_t setsid(void);


如果这个函数的调用进程不是进程组组长&＃xff0c;那么调用该函数会发生以下事情&＃xff1a;
1&＃xff09;创建一个新会话&＃xff0c;会话ID等于进程ID&＃xff0c;调用进程成为会话的首进程。
2&＃xff09;创建一个进程组&＃xff0c;进程组ID等于进程ID&＃xff0c;调用进程成为进程组的组长。
3&＃xff09;该进程没有控制终端&＃xff0c;如果调用setsid前&＃xff0c;该进程有控制终端&＃xff0c;这种联系就会断掉。

调用setsid函数的进程不能是进程组的组长&＃xff0c;否则调用会失败&＃xff0c;返回-1&＃xff0c;并置errno为EPERM。
这个限制是比较合理的。如果允许进程组组长迁移到新的会话&＃xff0c;而进程组的其他成员仍然在老的会话中&＃xff0c;那么&＃xff0c;就会出现同一个进程组的进程分属不同的会话之中的情况&＃xff0c;这就破坏了进程组和会话的严格的层次关系了。

参考文章&＃xff1a;linux之进程的基本概念(进程&＃xff0c;进程组&＃xff0c;会话关系&＃xff09;