搞懂進(jìn)程組、會話、控制終端關(guān)系，才能明白守護(hù)進(jìn)程干嘛的？

守護(hù)進(jìn)程

概念：

守護(hù)進(jìn)程，也就是通常所說的 Daemon 進(jìn)程，是 Linux 中的后臺服務(wù)進(jìn)程。周期性的執(zhí)行某種任務(wù)或等待處理某些發(fā)生的事件。

Linux 系統(tǒng)有很多守護(hù)進(jìn)程，大多數(shù)服務(wù)都是用守護(hù)進(jìn)程實現(xiàn)的。比如：像我們的 tftp，samba，nfs 等相關(guān)服務(wù)。

UNIX 的守護(hù)進(jìn)程一般都命名為*d 的形式，如 httpd，telnetd 等等。

生命周期:

守護(hù)進(jìn)程會長時間運(yùn)行，常常在系統(tǒng)啟動時就開始運(yùn)行，直到系統(tǒng)關(guān)閉時才終止。

守護(hù)進(jìn)程不依賴于終端

從終端開始運(yùn)行的進(jìn)程都會依附于這個終端，這個終端稱為這些進(jìn)程的控制終端。當(dāng)控制終端被關(guān)閉時，相應(yīng)的進(jìn)程都會被自動關(guān)閉。咱們平常寫進(jìn)程時，一個死循環(huán)程序，咱們不知道有 ctrl+c 的時候，怎么關(guān)閉它呀，是不是關(guān)閉終端呀。也就是說關(guān)閉終端的同時也關(guān)閉了我們的程序，但是對于守護(hù)進(jìn)程來說，其生命周期守護(hù)需要突破這種限制，它從開始運(yùn)行，直到整個系統(tǒng)關(guān)閉才會退出，所以守護(hù)進(jìn)程不能依賴于終端。

查看守護(hù)進(jìn)程

ps axj

a: 顯示所有

x：顯示沒有控制終端的進(jìn)程

j：顯示與作業(yè)有關(guān)的信息（顯示的列）：會話期 ID（SID），進(jìn)程組 ID（PGID），控制終端（TT），終端進(jìn)程組 ID（TRGID）

? 所有的守護(hù)進(jìn)程都是以超級用戶啟動的(UID 為 0)；

? 沒有控制終端(TTY 為？)；

? 終端進(jìn)程組 ID 為 -1(TPGID 表示終端進(jìn)程組 ID，該值表示與控制終端相關(guān)的前臺進(jìn)程組，如果未和任何終端相關(guān)，其值為 -1；

? 所有的守護(hù)進(jìn)程的父進(jìn)程：

歷史上，Linux 的啟動一直采用 init 進(jìn)程；下面的命令用來啟動服務(wù)。

這種方法有兩個缺點(diǎn)：
1.?啟動時間長。init 進(jìn)程是串行啟動，只有前一個進(jìn)程啟動完，才會啟動下一個進(jìn)程。
2.?啟動腳本復(fù)雜。init 進(jìn)程只是執(zhí)行啟動腳本，不管其他事情。腳本需要自己處理各種情況，
這往往使得腳本變得很長。

Systemd

就是為了解決這些問題而誕生的。它的設(shè)計目標(biāo)是，為系統(tǒng)的啟動和管理提供一套完整的解決方案。

根據(jù) Linux 慣例，字母 d 是守護(hù)進(jìn)程（daemon）的縮寫。Systemd 這個名字的含義，就是它要守護(hù)整個系統(tǒng)。

進(jìn)程組、會話、控制終端

? 進(jìn)程組

shell 里的每個進(jìn)程都屬于一個進(jìn)程組，創(chuàng)建進(jìn)程組的目的是用于簡化向組內(nèi)所有進(jìn)程發(fā)送信號的操作，即如果一個信號是發(fā)給一個進(jìn)程組，則這個組內(nèi)的所有進(jìn)程都會受到該信號【方便管理】。

? PGID 進(jìn)程組 ID

進(jìn)程組內(nèi)的所有進(jìn)程都有相同的 PGID，等于該組組長的 PID。（進(jìn)程組組長：進(jìn)程組中有一個進(jìn)程擔(dān)當(dāng)組長。進(jìn)程組 ID（PGID）等于進(jìn)程組組長的進(jìn)程 ID。已知一個進(jìn)程，要得到該進(jìn)程所屬的進(jìn)程組 ID 可以調(diào)用 getpgrp。一個進(jìn)程可以通過另一個系統(tǒng)調(diào)用 setpgrp 來加入一個已經(jīng)存在的進(jìn)程組或者創(chuàng)建一個新的進(jìn)程組。

如果內(nèi)核支持 _POSIX_JOB_CONTROL（該宏被定義）則內(nèi)核會為 Shell 上的每一條命令行（可能由多個命令通過管道等連接）創(chuàng)建一個進(jìn)程組。從這點(diǎn)上看，進(jìn)程組不是進(jìn)程的概念，而是 shell 上才有，所以在 task_struct 里并沒有存儲進(jìn)程組 id 之類的變量。

進(jìn)程組的生命周期到組中最后一個進(jìn)程終止或其加入其他進(jìn)程組（離開本進(jìn)程組）為止。

會話

一般一個用戶登錄后新建一個會話，每個會話也有一個 ID 來標(biāo)識（SID）。登錄后的第一個進(jìn)程叫做會話領(lǐng)頭進(jìn)程（session leader），通常是一個 shell/bash。對于會話領(lǐng)頭進(jìn)程，其 PID=SID。

控制終端

一個會話一般會擁有一個控制終端用于執(zhí)行 IO 操作。會話的領(lǐng)頭進(jìn)程打開一個終端之后, 該終端就成為該會話的控制終端。與控制終端建立連接的會話領(lǐng)頭進(jìn)程也稱為控制進(jìn)程 (controlling process) 。一個會話只能有一個控制終端。

前臺進(jìn)程組

該進(jìn)程組中的進(jìn)程能夠向終端設(shè)備進(jìn)行讀、寫操作的進(jìn)程組。例如登陸 shell（例如 bash）通過調(diào)用 int tcsetpgrp(int fd, pid_t pgrp); 函數(shù)設(shè)置為某個進(jìn)程組 pgrp 關(guān)聯(lián)終端設(shè)備 fd，該函數(shù)執(zhí)行成功后，該進(jìn)程組 pgrp 成為前臺進(jìn)程組。

后臺進(jìn)程組

該進(jìn)程組中的進(jìn)程只能夠向終端設(shè)備寫。

終端進(jìn)程組 ID

每個進(jìn)程還有一個屬性，終端進(jìn)程組 ID(TPGID)，用來標(biāo)識一個進(jìn)程是否處于一個和終端相關(guān)的進(jìn)程組中。前臺進(jìn)程組中的進(jìn)程的 TPGID=PGID，后臺進(jìn)程組的 PGID≠TPGID。若該進(jìn)程和任何終端無關(guān)，其值為 -1。通過比較他們來判斷一個進(jìn)程是屬于前臺進(jìn)程組，還是后臺進(jìn)程組。

進(jìn)程組、對話期和控制終端關(guān)系

進(jìn)程組、對話期和控制終端關(guān)系

1. 每個會話有且只有一個前臺進(jìn)程組，但會有 0 個或者多個后臺進(jìn)程組。產(chǎn)生在控制終端上的輸入（Input）和信號（Signal）將發(fā)送給會話的前臺進(jìn)程組中的所有進(jìn)程。對于輸出（Output）來說，則是在前臺和后臺共享的，即前臺和后臺的打印輸出都會顯示在屏幕上。終端上的連接斷開時 (比如網(wǎng)絡(luò)斷開或 Modem 斷開), 掛起信號將發(fā)送到控制進(jìn)程(controlling process) 。一個用戶登錄后創(chuàng)建一個會話。一個會話中只存在一個前臺進(jìn)程組，但可以存在多個后臺進(jìn)程組。第一次登陸后第一個創(chuàng)建的進(jìn)程是 shell，也就是會話的領(lǐng)頭進(jìn)程，該領(lǐng)頭進(jìn)程缺省處于一個前臺進(jìn)程組中并打開一個控制終端可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。當(dāng)在 shell 里運(yùn)行一行命令后（不帶&）創(chuàng)建一個新的進(jìn)程組，命令行中如果有多個命令會創(chuàng)建多個進(jìn)程，這些進(jìn)程都處于該新建進(jìn)程組中，shell 將該新建的進(jìn)程組設(shè)置為前臺進(jìn)程組并將自己暫時設(shè)置為后臺進(jìn)程組。

舉例

1. 打開第一個終端執(zhí)行命令：

ping?127.0.0.1?-aq?|?grep?icmp?&??//?通過管道將兩個命令串接起來 ping?–q 不顯示 timeout 信息，將其設(shè)置到后臺并 running

2. 在第一個終端繼續(xù)執(zhí)行命令，在前臺再新建一個進(jìn)程組。【注意沒有&】

ping?127.0.0.1?-aq?|?grep?icmp?// 在前臺再新建一個進(jìn)程組，

3. 開啟第二個終端并運(yùn)行

?ps?axj?|?grep?pts/0??????即過濾只看 pts/0 里的會話

?PPID???PID??PGID???SID?TTY??????TPGID?STAT???UID???TIME?COMMAND
?2109??2111??2111??2111?pts/0?????2538?Ss????1000???0:01?bash
?2111??2503??2503??2111?pts/0?????2538?S?????1000???0:00?ping?127.0.0.1?-aq
?2111??2504??2503??2111?pts/0?????2538?S?????1000???0:00?grep?--color=auto?icmp
?2111??2538??2538??2111?pts/0?????2538?S+????1000???0:00?ping?127.0.0.2?-aq
?2111??2539??2538??2111?pts/0?????2538?S+????1000???0:00?grep?--color=auto?timeo

? SID 都是 2111，說明大家都在一個 Session 里

? 有三個進(jìn)程組 PGID 2111，2503 和 2538。我們可以看到用|連起來的 ping 和 grep 是在一個進(jìn)程組里的。

? 2538 這個進(jìn)程組是一個前臺的進(jìn)程組，因為其 PGID==TGPID， 2503 這個進(jìn)程組是一個后臺進(jìn)程組

4. 在第一個終端中執(zhí)行 Ctrl+C 在第二個終端里繼續(xù) ps axj | grep pts/0

?PPID???PID??PGID???SID?TTY??????TPGID?STAT???UID???TIME?COMMAND
?2109??2111??2111??2111?pts/0?????2111?Ss+???1000???0:01?bash
?2111??2503??2503??2111?pts/0?????2111?S?????1000???0:00?ping?127.0.0.1?-aq
?2111??2504??2503??2111?pts/0?????2111?S?????1000???0:00?grep?--color=auto?icmp

? 2538 那個前臺進(jìn)程組的所有進(jìn)程都消失了，說明信號會發(fā)給前臺進(jìn)程組的所有進(jìn)程

? 2111，即 bash 所在的那個進(jìn)程組成為了前臺進(jìn)程組。

守護(hù)進(jìn)程創(chuàng)建流程

守護(hù)進(jìn)程創(chuàng)建流程如下：

1.?創(chuàng)建子進(jìn)程，父進(jìn)程退出?
2.?在子進(jìn)程中創(chuàng)建新會話?
3.?改變當(dāng)前目錄為根目錄?
4.?重設(shè)文件權(quán)限掩碼?
5.?關(guān)閉文件描述符?

1. 創(chuàng)建子進(jìn)程，父進(jìn)程退出

由于守護(hù)進(jìn)程是脫離控制終端的，因此，完成第一步后就會在 shell 終端里造成一程序已經(jīng)運(yùn)行完畢的假象。之后的所有后續(xù)工作都在子進(jìn)程中完成，而用戶在 shell 終端里則可以執(zhí)行其他的命令，從而在形式上做到了與控制終端的脫離。

由于父進(jìn)程已經(jīng)先于子進(jìn)程退出，會造成子進(jìn)程沒有父進(jìn)程，從而變成一個孤兒進(jìn)程。在 Linux 中，每當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一個孤兒進(jìn)程，就會自動由 1 號進(jìn)程收養(yǎng)。原先的子進(jìn)程就會變成 init 進(jìn)程的子進(jìn)程。

2. 在子進(jìn)程中創(chuàng)建新會話

setsid()函數(shù)的作用。一個進(jìn)程調(diào)用 setsid()函數(shù)后，會發(fā)生如下事件：

??首先內(nèi)核會創(chuàng)建一個新的會話，并讓該進(jìn)程成為該會話的 leader 進(jìn)程，
??同時伴隨該 session 的建立，一個新的進(jìn)程組也會被創(chuàng)建，同時該進(jìn)程成為該進(jìn)程組的組長。
??該進(jìn)程此時還沒有和任何控制終端關(guān)聯(lián)。若需要則要另外調(diào)用 tcsetpgrp，前面講前臺進(jìn)程組時介紹過。

調(diào)用 setsid()有以下 3 個作用：

??讓進(jìn)程擺脫原會話的控制。
??讓進(jìn)程擺脫原進(jìn)程組的控制。
??讓進(jìn)程擺脫原控制終端的控制。

那么，在創(chuàng)建守護(hù)進(jìn)程時為什么要調(diào)用 setsid()函數(shù)呢？

讀者可以回憶一下創(chuàng)建守護(hù)進(jìn)程的第一步，在那里調(diào)用了 fork()函數(shù)來創(chuàng)建子進(jìn)程再令父進(jìn)程退出。由于在調(diào)用 fork()函數(shù)時，子進(jìn)程全盤復(fù)制了父進(jìn)程的會話期、進(jìn)程組和控制終端等，雖然父進(jìn)程退出了，但原先的會話期、進(jìn)程組和控制終端等并沒有改變，因此，還不是真正意義上的獨(dú)立。而 setsid()函數(shù)能夠使進(jìn)程完全獨(dú)立出來，從而脫離所有其他進(jìn)程和終端的控制。

詳細(xì)見 man 2 setsid。

3. 改變當(dāng)前目錄為根目

這一步也是必要的步驟。使用 fork()創(chuàng)建的子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的當(dāng)前工作目錄。

由于在進(jìn)程運(yùn)行過程中，當(dāng)前目錄所在的文件系統(tǒng)（如“/mnt/usb”等）是不能卸載的，這對以后的使用會造成諸多的麻煩（如系統(tǒng)由于某種原因要進(jìn)入單用戶模式）。

因此，通常的做法是讓“/”作為守護(hù)進(jìn)程的當(dāng)前工作目錄，這樣就可以避免上述問題。當(dāng)然，如有特殊需要，也可以把當(dāng)前工作目錄換成其他的路徑，如 /tmp。改變工作目錄的常見函數(shù)是 chdir()。

4. 重設(shè)文件權(quán)限掩碼

文件權(quán)限掩碼是指屏蔽掉文件權(quán)限中的對應(yīng)位。

例如，有一個文件權(quán)限掩碼是 050，它就屏蔽了文件組擁有者的可讀與可執(zhí)行權(quán)限。由于使用 fork()函數(shù)新建的子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的文件權(quán)限掩碼，這就給該子進(jìn)程使用文件帶來了諸多的麻煩。

因此，把文件權(quán)限掩碼設(shè)置為 0，可以大大增強(qiáng)該守護(hù)進(jìn)程的靈活性。設(shè)置文件權(quán)限掩碼的函數(shù)是 umask()。在這里，通常的使用方法為 umask(0)。即賦予最大的能力。

5. 關(guān)閉文件描述符

同文件權(quán)限掩碼一樣，用 fork()函數(shù)新建的子進(jìn)程會從父進(jìn)程那里繼承一些已經(jīng)打開的文件。這些被打開的文件可能永遠(yuǎn)不會被守護(hù)進(jìn)程讀或?qū)?，但它們一樣消耗系統(tǒng)資源，而且可能導(dǎo)致所在的文件系統(tǒng)無法被卸載。

在上面的第（2）步之后，守護(hù)進(jìn)程已經(jīng)與所屬的控制終端失去了聯(lián)系，因此，從終端輸入的字符不可能達(dá)到守護(hù)進(jìn)程，守護(hù)進(jìn)程中用常規(guī)方法（如 printf()）輸出的字符也不可能在終端上顯示出來。

所以，文件描述符為 0、1 和 2 的 3 個文件（常說的輸入、輸出和報錯這 3 個文件）已經(jīng)失去了存在的價值，也應(yīng)被關(guān)閉。

代碼實現(xiàn)

/*
?關(guān)注一口 Linux
*/
#include??
#include??
#include??
#include?
#include?
#include??
#include?
#include?

int?main()
{
?pid_t?pid;
?int?i,?fd;
?char?*buf?=?"This?is?a?Daemonn";

?pid?=?fork();
?if?(pid?<?0)?{
??printf("Error?forkn");
??exit(1);
?}?
?
?/*?第一步,父進(jìn)程退出?*/
?if?(pid?>?0)?{
??exit(0);?
?}
?/*?第二步?*/
?setsid();
?/*?第三步?*/??
?chdir("/");??
?/*?第四步?*/
?umask(0);
?/*?第五步?*/??
?for(i?=?0;?i?<?getdtablesize();?i++)?
?{
??close(i);
?}
?
?/*?這時創(chuàng)建完守護(hù)進(jìn)程，以下開始正式進(jìn)入守護(hù)進(jìn)程實際工作
??*?注意：由于此時守護(hù)進(jìn)程完全脫離了控制終端，因此，不能像其他普通進(jìn)程
??*?一樣通過 printf 或者 perror 將錯誤信息輸出到控制終端，一種通用的辦
??*?法是使用 syslog 服務(wù)，將程序中的出錯信息輸入到系統(tǒng)日志文件中。
??*?本程序著重演示創(chuàng)建守護(hù)進(jìn)程的步驟，暫不演示 syslog。
??*/
?while(1)?{
??if?((fd?=?open("/tmp/daemon.log",?
????O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,?0600))?<?0)?{
???exit(1);
??}
??write(fd,?buf,?strlen(buf)?+?1);
??close(fd);
??sleep(10);
?}
?
?exit(0);
}

執(zhí)行結(jié)果

由上圖可見：? 守護(hù)進(jìn)程 ./run 的 UID 為 0；? 沒有控制終端(TTY 為？)；? 終端進(jìn)程組 ID 為 -1；? 守護(hù)進(jìn)程的父進(jìn)程為 1516，即 systemd。