进程间关系

进程间关系：进程、僵尸进程、孤儿进程、进程组、前台进程组、后台进程组、孤儿进程组、会话、控制终端

Posted on March 16, 2011 by lesca

进程属于一个进程组，进程组属于一个会话，会话可能有也可能没有控制终端^[1]
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僵尸进程与孤儿进程
僵尸进程：先于父进程终止，但是父进程没有对其进行善后处理（获取终止子进程有关信息，释放它仍占有的资源）。消灭僵尸进程的唯一方法是终止其父进程。
孤儿进程：该进程的父进程先于自身终止。其特点是PPID=1（init进程的ID）。一个孤儿进程可以自成孤儿进程组。

文中用到的缩写
PID = 进程ID （由内核根据延迟重用算法生成）
PPID = 父进程ID（只能由内核修改）
PGID = 进程组ID（子进程、父进程都能修改）
SID = 会话ID（进程自身可以修改，但有限制，详见下文）
TPGID= 控制终端进程组ID（由控制终端修改，用于指示当前前台进程组）

进程、进程组、会话之间的关系
进程属于一个进程组，进程组属于一个会话，会话可能有也可能没有控制终端^[1]
会话首进程：新建会话时，会话中的唯一进程，其PID=SID。它通常是一个登陆shell，也可以在成为孤儿进程后调用setsid()成为一个新会话。
会话：一个或多个进程组的集合。一个登陆shell发起的会话，一般由一个会话首进程、一个前台进程组、一个后台进程组组成。
进程组：一个或多个进程的集合，进程组属于一个会话。fork()并不改变进程组ID。
进程组组长：PID与PGID相等的进程。组长可以改变子进程的进程组ID，使其转移到另一进程组。例如一个shell进程（下文均以bash为例），当使用管道线时，例如echo "hello" | cat，bash以第一个命令的进程ID为该管道线内所有进程设置进程组ID。本例中echo和cat的进程组ID都设置成echo的进程ID^[2]。
前台进程组^[3]：该进程组中的进程能够向终端设备进行读、写操作的进程组。
后台进程组^[4]：一个会话中，除前台进程组、会话首进程以外的所有进程组。该进程组中的进程能够向终端设备写，但是当试图读终端设备时，将会收到SIGTTIN信号，并停止。登录shell可以根据设置在终端上发出一条消息^[5]通知用户有进程欲求读终端。
孤儿进程组（定义1）：该组中的每个成员的父进程要么是该组的一个成员，要么不是该组所属会话的成员
孤儿进程组（定义2）：不是孤儿进程组的条件是，该组中有一个进程，其父进程属于同一会话的另一个组中^[6]。

解析：产生一个僵尸进程（组）并读终端
1.由组长fork()产生的子进程其进程组ID不变（因为fork()不改变进程组ID）
2.若组长是bash，则将子进程的进程组ID设置成第一个命令的PID，即由第一个命令当组长，并成为一个新的进程组
3.由bash产生的新进程组中，至少要有一个进程的PPID指向该bash，否则该进程组成为孤儿进程组^[6]，无法将进程状态的改变通知bash
4.bash通过wait函数族检测子进程（新的进程组）的状态，从而决定如何设置前台进程组ID（给指定的终端设备）^[3]
5.后台进程（组）试图读控制终端设备时，终端驱动程序向其发送SIGTTIN信号，此时应当由bash唤醒该进程（组），使之进入前台
6.对于孤儿进程（组），bash无法知晓其状态，因为bash不知道其PID，而唯一知道其PID的进程已经终止，也就无法知晓其组ID，从而不能将其组ID放入前台。如果孤儿进程（组）试图读取终端，read()调用将失败，并将errno置为EIO。

注释
[1] 在内核中，/dev/tty是控制终端的同义语。
[2] 不同的shell对使用管道线时创建子进程的顺序不同，本文以bash为例，它是支持作业控制的shell的典型代表。
[3] 登陆shell（例如bash）通过调用tcsetpgrp()函数设置前台进程组，该函数将终端设备的fd（文件描述符）与指定进程组关联。成为前台进程组的进程其TPGID=PGID，常常可以通过比较他们来判断前后台进程组。
[4] 前台进程组ID只能有一个，而后台进程组同时可存在多个。后台进程组的PGID≠TPGID。
[5] 可以通过使用stty tostop命令禁止后台进程组向终端进行写操作，当发出写请求时，将会收到SIGTTOU信号。
[6] 也就是说，将该父进程终止就能使该进程组成为僵尸进程。这个父进程通常是这个进程组的组长进程，因为只有它的父进程在这个进程组外，而其他进程（组长的子进程）的父进程都是组长进程的ID。