进程关系

在早期的UNIX系统中，例如V7，用户用哑终端(通过RS-232连到主机)进行登录

终端或者是本地的(直接连接)或者是远程的(通过调制解调器连接)

在这两种情况下登录都经由内核中的终端设备驱动程序，例如在PDP-11上常用的设备是DH-11和DZ-11

因为连到主机上的终端设备数已经确定，所以同时的登录数也就有了已知的上限

下面说明的登录过程适用于使用一个 RS-232 终端登录到UNIX系统中

终端登录中 init 知道哪些终端设备可用来进行登录，并为每个设备生成一个getty进程

但是对网络登录则情况有所不同，所有登录都经由内核的网络界面驱动程序(例如以太网驱动程序)，事先并不知道将会有多少这样的登录

不是 使一个进程 等待 每一个可能的登录 ，而是 必须等待一个网络连接请求 的到达

在4.3+BSD中，有一个称为 "inetd" 的进程，它等待大多数网络连接

登录需要理解的重点是： 当通过 终端 或 网络登录 时得到一个 登录shell ，其 标准输入 、 标准输出 和 标准出错 连接 到一个 终端设备 或者 伪终端设备 上

接着会了解到这一登录shell 是一个POSIX.1 “对话期”的开始，而此终端或伪终端则是会话期的“控制终端”

getpgrp ：返回 调用进程 的 进程组ID

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

/**
 * 返回调用进程的进程组ID
 *
 * pid: 进程ID
 *
 * return: pid所属 进程组的组ID
 *
 */
pid_t getpgid(pid_t pid);

进程组组长 可以 创建 一个 进程组 ， 创建 该组中的进程 ，然后 终止

只要在某个进程组中有一个进程存在，则该进程组就存在，这与其组长进程是否终止无关

从 进程组创建开始 到其中 最后一个进程离开 为止的 时间区间 称为 进程组的生命期

某个进程组中的最后一个进程可以终止，也可以参加另一个进程组

setgpid : 参加 一个 现存的进程组 或者 创建 一个 新进程组

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

/**
 * 设置pid进程的进程组ID为pgid
 *
 * pid: 进程ID
 * pgid: 进程组ID
 *
 * return: 若成功则为 0，出错为 -1
 * 
 */
int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);

将 pid进程 的 进程组ID 设置为 pgid

一个进程只能为 它自己 或 它的子进程 设置 进程组ID ：

• 如果 pid 是 0 ，则让 调用者的进程ID 成为进程组ID
• 如果 pgid 是 0 ，则由 pid指定的进程ID 成为进程组ID
• 如果 这两个参数相等 ，则由 pid指定的进程 变成 进程组组长
• 在它的 子进程 调用了 exec 后，就 不能再设置 该子进程 的进程组ID
• 如果系统 不支持作业控制 ，此函数返回出错，errno设置为 ENOSYS

在大多数作业控制shell中，在fork之后调用此函数
1. 使父进程设置其子进程的进程组ID
2. 使子进程设置其自己的进程组ID

虽然这些调用中有一个是冗余的，但这样做可以保证父、子进程在进一步操作之前，子进程都进入了该进程组

如果不这样做的话，就会产生一个竞态条件，因为它依赖于哪一个进程先执行！！！

setsid ： 创建 一个 新的会话期

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

/**
 * 创建一个新的会话期
 *
 * return: 若成功则为 进程组ID，若出错则为 -1
 *
 */
pid_t setsid(void);

• 如果 调用此函数的进程 不是 一个进程组的组长 ，则此函数 创建 一个 新对话期 ：
  1. 此进程变成该 新对话期 的 对话期首进程 (创建该对话期的进程)
     • 是 该新对话期 中的 唯一进程
  2. 此进程成为一个 新进程组 的 组长进程
     • 新进程组ID 也是 此调用进程的进程ID
  3. 此进程没有 控制终端
     • 如果在 调用setsid之前 此进程 有一个控制终端 ，那么这种 关系也被解除
• 如果此调用进程 已经是 一个进程组的组长，则此函数 返回出错

为了保证不出错，通常先调用fork，然后使其父进程终止，而子进程则继续

因为子进程继承了父进程的进程组ID，而其进程ID则是新分配的，两者不可能相等，所以这就保证了子进程不是一个进程组的组长

• tcgetpgrp ：返回 拥有控制终端 的 前台进程组 的 组ID
• tcsetpgrp ： 设置 控制终端 的 前台进程组 的 组ID

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

/**
 * 返回某个文件描述符相关联的控制终端的前台进程组的组ID
 *
 * filedes: 文件描述符
 *
 * return: 若成功则为 前台进程组ID，若出错则为 -1
 *
 */
pid_t tcgetpgrp(int filedes);

/**
 * 设置filedes所打开的控制终端的前台进程组ID为pgrpid
 *
 * filedes: 与某个 tty 相关联的文件描述符
 * pgrpid: 某个 tty 下的一个对话期中的一个进程组的ID
 *
 * return: 成功返回 0，失败返回 -1
 *
 */
int tcsetpgrp(int filedes, pid_t pgrpid);

这两个函数用来 通知内核 哪一个进程组是 前台进程组 ，而内核中的 终端设备驱动程序 也能知道将 终端输入 和 终端产生 的 信号 送到何处

只有支持作业控制，这两个函数才被定义，否则直接报错

可以 键入 一个 影响前台作业 的 特殊字符 ，比如 挂起键 (一般采用 Ctrl-z )与终端进行交互作用。键入此字符使 终端驱动程序 将 信号SIGTSTP 送至 前台进程组 中的 所有进程 ， 后台进程组作业则不受影响 。实际上有三个特殊字符可使终端驱动程序产生信号，并将它们送至前台进程组:

• 中断 字符 (一般采用 DELETE 或 Ctrl-c )产生 SIGINT
• 退出 字符(一般采用 Ctrl-\ )产生 SIGQUIT
• 挂起 字符(一般采用 Ctrl-z )产生 SIGTSTP

图9-8摘录了已说明的作业控制的某些功能：

• 穿过终端驱动程序框 的 实线 ： 终端I/O 和 终端产生的信号 总是从 前台进程组 连接到 实际终端

• SIGTTOU信号 的 虚线 ： 后台进程组进程的输出 是否 出现在终端 是 可选择的

  

Bourne shell不支持作业控制

Bash支持作业控制，依次执行刚才的命令：

考虑一个进程：

• 它 fork了一个子进程 然后 终止 。这在系统中是经常发生的，并无异常之处

• 在父进程终止时，如果该 子进程停止 (作业控制)，则 子进程 就成了 孤儿进程组

  #include <sys/types.h>
  #include <errno.h>
  #include <fcntl.h>
  #include <signal.h>
  #include "apue.h"
  
  static void sig_hup(int);
  static void pr_ids(char *);
  
  int main(void)
  {
          char c;
          pid_t pid;
  
          pr_ids("parent");
          if( (pid = fork()) < 0)
                  err_sys("fork error");
  
          else if(pid > 0) { 
                  sleep(5);//父进程先休眠，使得子进程有机会先运行
                  exit(0); 
          } else {
                  pr_ids("child");
                  signal(SIGHUP, sig_hup); //处理挂断信号
                  kill(getpid(), SIGTSTP); //发送信号使得子进程停止
                  pr_ids("child"); //变成孤儿进程组后，转入后台运行
                  if(read(STDIN_FILENO, &c, 1) != 1)
                          //后台进程组读取控制终端输入会产生SIGTTIN信号，导致读取报错errno=EIO
                          printf("read error from control terminal, errno = %d\n", errno
                                 exit(0);
                                 }        
          }
  
          static void sig_hup(int signo)
          {
                  printf("SIGHUP received, pid = %d\n", getpid());
                  return;
  
          }
  
          static void pr_ids(char *name)
          {
                  printf("%s: pid = %d, ppid = %d, pgrp = %d\n",
                         name, getpid(), getppid(), tcgetpgrp(STDIN_FILENO));
                  fflush(stdout);
          }
  

  图9-10显示了父进程已经fork了子进程后的情况：

  

  假定使用了一个作业控制shell。shell将 前台进程 放在一个 进程组中 (本例中是 512 )， shell 则留在自己的 组内 ( 442 )。 子进程 继承 其 父进程 ( 512 )的 进程组 。在fork之后:

  1. 父进程 睡眠5秒钟 ：
     • 让子进程在父进程终止之前运行
  2. 子进程 为 挂断信号 ( SIGHUP ) 建立 信号处理程序 ：
     • 这样就能观察到SIGHUP信号是否已送到子进程
  3. 子进程 用 kill函数 向其 自身发送 停止信号 ( SIGTSTP )：
     • 停止了子进程，类似于用终端挂起字符(Ctrl-Z)停止一个前台作业
  4. 当 父进程 终止 时：
     • 该 子进程 成为 孤儿进程 ， 父进程ID 成为 1 ，也就是 init进程
  5. 子进程 成为一个 孤儿进程组 的 成员 ：
     • 因为 进程组中所有进程 的 父进程 (如进程513的父进程1) 属于另一个对话期 ，所以此进程组是孤儿进程组
  6. POSIX.1要求向 新孤儿进程组 中处于 停止状态 的 每一个进程 发送 挂断信号 ( SIGHUP )，接着又向其 发送 继续信号 ( SIGCONT )

  7. 在 处理了挂断信号 后， 子进程继续

     • 对 挂断信号 的系统 默认 动作是 终止该进程 ，所以 提供一个信号处理程序 以捕捉该信号

     测试结果：

     $ a.out
     parent: pid = 512, ppid = 442, pgrp = 512
     child: pid = 513, ppid = 512, pgrp = 512
     $ SIGHUP received, pid = 513
     child: pid = 513, ppid = 1, pgrp = 512
     read error from control terminal, errno = 5
     

注意：

因为两个进程登录shell和子进程都写向终端，所以shell提示符和子进程的输出一起出现

子进程的父进程ID变成1，成为了孤儿进程

父进程终止时，子进程变成后台进程组，而父进程是由shell作为前台作业执行的

sig_hup函数中的printf会在pr_ids函数中的printf之前执行

在子进程中调用pr_ids后，程序企图读标准输入
当后台进程组试图读控制终端时，则对该后台进程组产生SIGTTIN，这导致read返回出错，其errno设置为EIO(其值是5)

每个 对话期 都分配了一个 session 结构：

• s_count：该对话期中的 进程组数 。当此计数器减至 0 时，则可 释放此结构
• s_leader：指向 对话期首进程 proc 结构的指针
  • 4.3+BSD不保持 对话期ID 字段
  • SVR4则保持此字段
• s_ttyvp ：指向 控制终端 vnode 结构的指针
• s_ttyp：指向 控制终端 tty 结构的指针

在调用setsid时，在内核中分配一个新的对话期结构：

1. s_count设置为1
2. s_leader设置为调用进程的proc结构的指针
3. 因为新对话期没有控制终端，所以s_ttyvp和s_ttyp设置为空指针

每个 终端设备 和每个 伪终端设备 均在内核中分配这样一个 tty 结构：

• t_session：指向将此终端作为 控制终端 的 session 结构
  • session 结构也会 指向 tty 结构
  • 终端在 失去载波信号 时需要使用此指针 将挂起信号 送给 对话期首进程
• t_pgrp：指向 前台进程组 的 pgrp 结构
  • 终端驱动程序 用此字段 将信号 送向 前台进程组
    • 由 输入特殊字符 ( 中断 、 退出 和 挂起 )而产生的三个信号被送至 前台进程组
• t_termios：包含所有这些 特殊字符 和与该 终端有关信息 的结构
• t_winsize：包含 终端窗口当前尺寸 的 winsize 结构

 注意：为了找到特定对话期的前台进程组，内核从session结构开始

然后用s_ttyp得到控制终端的tty结构，然后用t_pgrp得到前台进程组的pgrp结构

pgrp 结构包含一个 进程组 的信息：

• pg_id： 进程组ID
• pg_session：指向此 进程组 所属的 session 结构
• pg_mem：是指向此 进程组 第一个进程 proc 结构的指针

proc 结构包含一个 进程 的所有信息：

• p_pid： 进程ID
• p_pptr：指向 父进程 proc结构的指针
• p_pgrp：指向本进程 所属的进程组 的 pgrp 结构
• p_pgrpnxt：指向 进程组 中 下一个进程 的指针
  • 进程组 中 最后一个进程 的p_pgrpnxt为 NULL 指针

在 打开 控制终端设备 时 分配vnode结构 ， 进程 对 /dev/tty 的所有 访问 都通过 vnode 结构

在BSD中实际 i 节点是 v 节点的一部分

而SVR4实现中 v节点 存在 i节点 中

Next：信号

Previous：进程控制

Home：目录