《UNIX环境高级编程》--9进程关系

进程关系

1. 终端登录：

   • BSD系统：

     • 当系统自举时，内核创建进程ID为 1 的进程，即init进程
     • init进程读取文件/etc/ttys，对每个允许登录的终端设备，init调用一次fork，其所生成的子进程则exec getty程序（以一个空的环境）

     • getty对终端设备调用open函数，以读、写方式将终端打开。

       • 一旦设备被打开则文件描述符0、1、2被设置到该设备
       • 然后getty输出login:之类的信息，并等待用户键入用户名

       • 当用户键入了用户名后，getty的工作就完成了，它以类似下列的方式调用login程序：

         execle("/bin/login","login","-p",username,(char *)0,envp);

         其中envp是getty以终端名和在gettytab中说明的环境字符串为login创建的环境。-p标志通知login保留传递给它的环境，也可以将其他环境字符串添加到该环境中，但是不能替换它

     • login能处理多项工作
       
       • login得到了用户名，所以能够调用getpwnam获取相应用户的口令文件登录项，然后调用getpass以显示Password:
       • 接着login读取用户键入的口令，它调用crypt将用户键入的口令加密，并且与该用户在阴影口令文件中登录的pw_passwd字段比较
       • 如果用户自己键入的口令都无效，则login以参数1调用exit表示登录过程失败
         
         • 父进程init了解了子进程的终止情况后，再次调用fork其后又调用了getty，对此终端重复上述过程
       • 如果用户键入的口令正确，则login完成下列工作：
         
         • 将当前工作目录更改为用户的起始目录
         • 调用chown更改该终端的所有权，使得登录用户成为它的所有者
         • 将对该终端设备的访问权限变成”用户读和写“
         • 调用setgid和initgroups设置进程组ID
         • 用login得到的所有信息初始化环境：起始目录(HOME)、shell(SHELL)、用户名(USER和LOGNAME)以及一个系统默认路径(PATH)
         • login进程调用setuid，将进程的用户ID更改登录用户的用户ID，并调用该用户的登录shell，其方式类似于：execl("/bin/sh","-sh",(char*)0);
         • 至此，登录用户的登录shell开始运行。登录shell读取其启动文件（如.profile)。这些启动文件通常是更改某些环境变量并增加很多环境变量。当执行完启动文件后，用户最后得到shell提示符，并能键入命令
   • MAC OS X系统：它部分地给予Free BSD，因此启动步骤与FreeBSD几乎相同，除了：
     
     • init工作是由launchd完成的
     • 一开始提供的就是图形终端
   • Linux：步骤几乎与Free BSD相同。但是init读取的是/etc/inittab文件而不是/etc/ttys文件

   

2. 网络登录：对于网络登录，所有登录都是经由内核的网络接口驱动程序。

   • 在BSD系统中，由init执行shell脚本/etc/rc，此shell脚本启动inetd守护进程。由inetd负责处理网络登录
   • 在Linux系统中，使用xinetd代替inetd进程

进程组

1. 进程组：每个进程除了有一个进程ID之外，还属于一个进程组。进程组是一个或者多个进程的集合。

   • 通常进程组是在同一个作业中结合起来的
   • 同一个进程组中的各进程接收来自同一个终端的信号
   • 每个进程中都有一个唯一的进程组ID标志
     
     • 进程组ID类似于进程ID，是一个整数并且可以存放在pid_t数据类型中
   • 每个进程组都有一个组长进程。进程组ID就等于组长进程的进程ID
     
     • 进程组的组长进程可以创建该组中的进程
     • 进程组的组长进程也可以终止。只要进程组中至少有一个进程存在，则该进程中就存在，这与组长进程是否终止无关
   • 进程组的生命周期：从组长进程创建进程中开始，到组内最后一个进程离开为止的时间
     
     • 这里用离开，是因为进程可以从一个进程组转移到另一个进程组

2. getpgrp/getpgid函数：获取进程所属的进程组：

   
   #include
   
   pid_t getpgrp(void);
   pid_t getpgid(pid_t pid);

   • 对于getpgrp函数：其返回值是调用进程的进程组ID（没有失败值）
   • 对于getpgid函数：
     
     • 参数：pid为待查看进程的进程ID。如果pid=0，则返回调用进程的进程组ID
       

   这里没有要求pid和本进程的关系

3. 返回值：成功，则返回进程组ID；失败返回 -1

会话

1. 会话session是一个或者多个进程组的集合。

2. setsid函数：创建一个新会话

   
   #include
   
   pid_t setsid(void);

   • 返回值：
     
     • 成功：返回进程组ID
     • 失败：返回 -1

   进程调用setsid建立一个新会话。如果调用此函数的进程不是一个进程组的组长进程，则此函数创建一个新会话并且发生下面三件事：
   

   • 该进程会变成新会话的会话首进程session leader。此时该进程是新会话中的唯一进程
     

   会话首进程是创建该会话的进程

3. 该进程成为一个新进程组的组长进程。新进程组ID就是该调用进程的进程ID
4. 该进程没有控制终端。即使调用setsid之前该进程有一个控制终端，该联系也被切断

如果调用此函数的进程是个进程组的组长，则此函数返回出错。
通常是进程首先 fork，然后父进程终止，子进程调用 setsid继续执行。这确保了子进程不是一个进程组的组长

5. getsid函数：返回进程所在的会话ID（会话ID等于会话首进程的进程组ID，会话首进程总是进程组的组长进程，因此它也等于会话首进程的进程ID）

   
   #include
   
   pid_t getsid(pid_t pid);

   • 参数：
     
     • pid:待查看进程的进程ID
   • 返回值：
     
     • 成功：会话ID
     • 失败：返回 -1

   如果pid为0，则getsid返回调用进程的会话ID。如果pid并不属于调用者所在的会话，则调用进程就不能得到该会话ID

作业控制

1. 会话和进程组还有一些特性：

   • 一个会话可以有一个控制终端controlling terminal
     
     • 这可以是终端设备（在终端登录的情况下）
     • 也可以是伪终端设备（在网络登录的情况下）
   • 建立与控制终端连接的会话首进程称作控制进程controlling process
   • 一个会话中的进程组可以分成一个前台进程组，以及一个或者多个后台进程组
   • 如果一个会话有一个控制终端，则它有一个前台进程组，其他进程组为后台进程组
   • 无论何时键入终端的中断键（通常是Ctrl+C），都会将中断信号发送至前台进程组的所有进程
   • 无论何时键入终端的退出键（通常是Ctrl+\），都会将退出信号发送至前台进程组的所有进程

2. tcgetpgrp/tcsetpgrp函数：获取/设置当前进程所在会话的前台进程组ID

   
   #include
   
   pid_t tcgetpgrp(int fd);
   int tcsetpgrp(int fd,pid_t pgrpid);

   • 参数：

     • fd：进程在fd这个描述符上打开的终端
     • pgrpid：待设置的前台进程组ID

   • 返回值：

     • 对于tcgetpgrp：成功则返回前台进程组ID，失败返回 -1
     • 对于 tcsetpgrp：成功返回 0；失败返回 -1

   如果进程有一个控制终端，则该进程可以调用tcsetpgrp将前台进程组ID设置为pgrpid，其中：

   • pgrpid必须是同一个会话的一个进程组的ID
   • fd必须引用该会话的控制终端

   注意：大多数应用程序并不直接使用这两个函数，它们通常是由作业控制shell调用

3. tcgetsid函数：获取会话首进程的进程组ID（也就是会话ID）

   
   #include
   
   pid_t tcgetsid(int fd);

   • 参数：
     
     • fd：进程在fd这个描述符上打开的终端
   • 返回值：
     
     • 成功则返回前台进程组ID
     • 失败返回 -1

   注意会话ID不一定等于前台进程组的组ID。对于一个会话，会话ID通常不变（前提是没有函数主动设置它）；但是前台进程组进程由于作业调度会经常发生变化