Linux 进程概念: thread group, process group, session

目录

• 1. 概念
  • 1.1 Thread Group（Linux 特有）
  • 1.2 Process Group (PGID)
    • 1.2.1 Process Group 的用途
    • 1.2.2 Process Group 示例
  • 1.3 Session（SID）
    • 1.3.1 bash 和 Session
• 2. 小结

1. 概念

• Thread Group（TGID）——进程内的线程集合
• Process Group 进程组（PGID）—— 作业(job) 控制单元
• Session（SID）—— Process Group 的 高级聚合单元

它们存在于不同层级，但容易混淆。让我们逐步解析。

1.1 Thread Group（Linux 特有）

• 在 Linux 中，进程和线程都是内核中的 task_struct 对象。
• 所谓进程，本质上就是一个Thread Group，其中主线程(main thread)担任组长(group leader)角色，也即 task_struct::group_leader。
• 每个线程都有一个线程标识符（TID）——这是 gettid() 函数返回的值（内核内部）。
• 进程中的所有线程共享相同的线程组标识符（TGID），该值等于主线程的进程标识符（PID）。在 Linux 中，getpid() 函数实际上返回的是 TGID 而非 TID。
• 线程通过调用 clone() 函数并指定 CLONE_THREAD 参数来创建，而进程是通过 fork() 或 等同方式(如 glibc 的 fork() 封装为 clone(CLONE_CHILD_SETTID | CLONE_CHILD_CLEARTID | SIGCHLD))。

Thread Group 示例：

Process "A" (PID/TGID=1000)
 ├─ Thread 1: TID=1000
 ├─ Thread 2: TID=1001
 └─ Thread 3: TID=1002

• 所有线程均属于同一线程组（TGID=1000）。
• 从用户空间视角来看，这相当于“一个进程包含三个线程”。

1.2 Process Group (PGID)

• 源自 POSIX 的作业控制(job control)抽象概念。
• 通过 setpgid() 和 getpgid() 创建/管理。
• 每个进程仅属于一个进程组。
• 进程组领导者：其进程 ID（PID）等于进程组 ID（PGID）的进程。

1.2.1 Process Group 的用途

• 用于向 Process Group 发送信号（kill(-pgid, SIGINT)）。
• 用于控制 shell 的前台/后台任务（fg/bg）。
• 终端的前台 Process Group 接收来自键盘的信号（Ctrl-C、Ctrl-Z）。

1.2.2 Process Group 示例

PGID=2000
 ├─ PID=2000 (leader, "bash")
 ├─ PID=2010 ("ls")
 └─ PID=2011 ("grep foo")

• 所有这些进程都属于 Process Group 2000。
• 若按下 Ctrl-C，内核将向 Process Group ID 2000（所有成员）发送 SIGINT 信号。

1.3 Session（SID）

• Session 一组 Process Group 的集合。
• 由 setsid() 函数创建。
• Session Leader 进程，即其进程标识符 PID 等于 SID 的进程。
• Session 与控制终端相关联：
  • 若 Session Leader 进程未关联控制终端，可通过 ioctl(TIOCSCTTY) 获取控制终端。
  • 该终端的前台Process Group 属于该 Session 的一部分。

Session 示例：

SID=2294 (session leader = bash)
  ├─ PGID=2294 (foreground job, bash + its pipeline)
  │    ├─ PID=2294 bash
  │    ├─ PID=2300 ls
  │    └─ PID=2301 grep foo
  └─ PGID=2400 (background job)
       ├─ PID=2400 sleep
       └─ PID=2401 cat

1.3.1 bash 和 Session

• Bash 终端会话（类似于在 TTY 或 终端模拟器 上获得的登录 shell）是符合 POSIX 定义的会话（Session），其中 bash 作为会话领导者（Session Leader）。
• 但在另一个 shell 内部启动的普通 bash 并非新会话（Session），它只是同一会话（Session）内的子进程。

2. 小结

• Thread Group（仅限 Linux）：同一进程内的线程（通过clone(CLONE_THREAD)创建）。
• Process Group（POSIX）：用于作业控制（Job control）和信号传递的进程集合。
• Session（POSIX）：包含一个或多个 Process Group，与终端绑定。

作个类比：

• 线程 = 同公寓居民（共享厨房 = 地址空间）。
• Thread Group = 多个公寓组成团队（可作为整体管理）。
• Session = 一栋建筑（容纳多个团队(Thread Group)，设有前台 = 控制终端）。