linux内核之进程的基本概念(进程,进程组,会话关系)

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:进程ID,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,父进程也有父进程,这就形成了一个以init进程为根的家族树。除此以外,进程还有其他层次关系: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:进程组是一组相关进程的集合,会话是一组相关进程组的集合。
这样说来,一个进程会有如下ID:
·PID:进程的唯一标识。对于多线程的进程而言,所有线程调用getpid函数会返回相同的值。
·PGID:进程组ID。每个进程都会有进程组ID,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:会话ID。每个进程也都有会话ID。默认情况下,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:
  1. ps -ejH
  2. ps axjf
进程,可以调用以下函数获取进程组ID跟会话ID.
  1. pid_t getpgrp(void);
  2. pid_t getsid(pid_t pid);
前面提到过,新进程默认继承父进程的进程组ID和会话ID,如果都是默认情况的话,那么追根溯源可知,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,实际情况并非如此,系统中存在很多不同的会话,每个会话下也有不同的进程组。
为何会如此呢?
就像家族企业一样,如果从创业之初,所有家族成员都墨守成规,循规蹈矩,默认情况下,就只会有一个公司、一个部门。但是也有些“叛逆”的子弟,愿意为家族公司开疆拓土,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”,甚至不愿意呆在家族公司里,他别开天地,另创了一个公司,那这个新公司就是新创建的会话组。由此可见,系统必须要有改变和设置进程组ID和会话ID的函数接口,否则,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,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,囊括了登录用户的所有活动。
在登录shell时,用户可能会使用管道,让多个进程互相配合完成一项工作,这一组进程属于同一个进程组。
当用户通过SSH客户端工具(putty、xshell等)连入Linux时,与上述登录的情景是类似的。
4.2.1 进程组
修改进程组ID的接口如下
  1. int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);
这个函数的含义是,找到进程ID为pid的进程,将其进程组ID修改为pgid,如果pid的值为0,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,都是创立新的进程组,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,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。
  1. setpgid(0,0)
  2. setpgid(getpid(),0)
  3. setpgid(getpid(),getpid())
setpgid函数有很多限制:
·pid参数必须指定为调用setpgid函数的进程或其子进程,不能随意修改不相关进程的进程组ID,如果违反这条规则,则返回-1,并置errno为ESRCH。
·pid参数可以指定调用进程的子进程,但是子进程如果已经执行了exec函数,则不能修改子进程的进程组ID。如果违反这条规则,则返回-1,并置errno为EACCESS。
·在进程组间移动,调用进程,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,不加入公司(会话),就无法加入公司下属的部门(进程组),否则就是部门要造反的节奏。如果违反这条规则,则返回-1,并置errno为EPERM。
·pid指定的进程,不能是会话首进程。如果违反这条规则,则返回-1,并置errno为EPERM。

有了创建进程组的接口,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,代码如下:cmd1 | cmd2 | cmd3
下面用一个最简单的命令来说明,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,两者通过管道协同完成一项工作,它们隶属于同一个进程组,其中ps进程是进程组的组长。
进程组的概念并不难理解,可以将人与人之间的关系做类比。一起工作的同事,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,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,可以更方便地管理这一组进程了。比如这项工作放弃了,不必向每个进程一一发送信号,可以直接将信号发送给进程组,进程组内的所有进程都会收到该信号。
        前文曾提到过,子进程一旦执行exec,父进程就无法调用setpgid函数来设置子进程的进程组ID了,这条规则会影响shell的作业控制。出于保险的考虑,一般父进程在调用fork创建子进程后,会调用setpgid函数设置子进程的进程组ID,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,但是这样做能够保证无论是父进程先执行,还是子进程先执行,子进程一定已经进入了指定的进程组中。由于fork之后,父子进程的执行顺序是不确定的,因此如果不这样做,就会造成在一定的时间窗口内,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(如编译大型工程),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,可以在命令的结尾添加“&”符号,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,可能同时存在多个后台进程组,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(如ctrl+c、ctrl+z、ctr+\等)时,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,无论是前台进程组还是后台进程组,它们或多或少存在一定的联系,为了更好地控制这些进程组(或者称为作业),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,选取其中一个作为前台来直接接收终端的输入及信号,其他的工作则放在后台执行。

会话
会话是一个或多个进程组的集合,以用户登录系统为例,可能存在如图4-3所示的情况。
 系统提供setsid函数来创建会话,其接口定义如下:
  1. #include <unistd.h>
  2. pid_t setsid(void);
如果这个函数的调用进程不是进程组组长,那么调用该函数会发生以下事情:
1)创建一个新会话,会话ID等于进程ID,调用进程成为会话的首进程。
2)创建一个进程组,进程组ID等于进程ID,调用进程成为进程组的组长。
3)该进程没有控制终端,如果调用setsid前,该进程有控制终端,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,否则调用会失败,返回-1,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,而进程组的其他成员仍然在老的会话中,那么,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,这就破坏了进程组和会话的严格的层次关系了。


来自为知笔记(Wiz)


posted on 2016-08-10 00:42 笨拙的菜鸟 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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