【Linux】进程间关系与守护进程

1. 进程组

1.1 进程组概念

• 每一个进程除了有一个进程ID(PID)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，一个进程组可以包含多个进程
• 每一个进程组也有一个唯一的进程组 ID(PGID)，并且这个PGID类似于进程ID，同样是一个正整数，可以存放在pid_t数据类型中

$ ps -eo pid,pgid,ppid,comm | grep test
#结果如下
PID PGID PPID COMMAND
2830 2830 2259 test
# -e 选项表⽰every的意思， 表⽰输出每⼀个进程信息
# -o 选项以逗号操作符（,）作为定界符, 可以指定要输出的列

1.2 组长进程

每一个进程组都有一个组长进程。组长进程的ID等于其进程ID

[node@localhost code]$ ps -o pid,pgid,ppid,comm | cat
# 输出结果 
PID PGID PPID COMMAND
2806 2806 2805 bash
2880 2880 2806 ps
2881 2880 2806 cat

• 从结果上看ps进程的PID和PGID相同，说明ps进程是该进程组的组长进程，该进程组包括ps和cat两个进程
• 进程组组长的作用：进程组组长可以创建一个进程组或者创建该组中的进程
• 进程组的生命周期：从进程组创建开始到其中最后一个进程离开为止
• 注意：只要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已经终止无关

2. 会话

2.1 会话概念

1. 会话（Session） 是一个或多个进程组的集合；
2. 一个会话可容纳多个进程组；
3. 会话拥有唯一标识：会话 ID（SID）

一条管道命令，自动形成一个进程组。管道里的所有进程，都属于同一个进程组

末尾加 & → 整个进程组丢到后台运行

proc2 | proc3 &
proc2 和 proc3 用管道连在一起放进同一个进程组，这个进程组成为后台进程组

ps axj | head -n1

ps axj：列出所有进程的详细信息（含进程组、会话）
       a → 显示所有用户的进程 
       x → 显示无控制终端的进程
       j → 显示作业控制 / 进程组 / 会话信息
|：管道，把左边的输出传给右边
head -n1：只取第一行

2.2 如何创建会话

可以调用setseid函数来创建一个会话，前提是调用进程不能是一个进程组的组长

#include <unistd.h>
/*
 *功能：创建会话 
 *返回值：创建成功返回SID, 失败返回-1 
 */
pid_t setsid(void);

调用setsid()的进程，会一口气完成 3 个操作：

1. 创建新会话，自己成为会话首进程： 新建一个全新的会话， 自己成为这个会话的首进程， 此时会话里只有它一个进程
2. 创建新进程组，自己成为进程组组长，新进程组 ID = 自己的 PID
3. 脱离控制终端 （最重要）：调用后彻底断开终端联系， 变成没有终端的后台进程

如果调用进程本身就是组长进程，setsid () 会直接失败！为什么？系统规定：组长进程不能创建新会话

标准解决方法：先 fork，再让子进程调用：子进程继承父进程的进程组 ID**，** PID 是新的，子进程一定不是组长进程

2.3 会话ID(SID)

会话 ID (SID) = 会话首进程的 PID = 会话首进程的进程组 ID (PGID)

**3.**控制终端

3.1 什么是控制终端？

用户登录用的终端 / 伪终端 ，就是 Shell 进程的控制终端

• 打开的命令行窗口、SSH 登录，都是控制终端
• 它是进程和用户交互的入口：键盘输入、屏幕输出
• 终端信息存在进程 PCB 里，子进程会继承父进程的控制终端

3.2 核心特性

默认标准输入输出都指向它

fork 子进程会继承控制终端

3.3 终端 + 会话 + 进程组 的绑定规则

1. 一个会话最多有一个控制终端
2. 会话首进程 = 控制进程
3. 一个会话分两种进程组：前台进程组（1 个） 独占终端输入输出，**后台进程组（N 个）**不能直接读终端
4. 有控制终端，就一定有前台进程组
5. 终端按键信号 → 发给前台进程组所有进程： Ctrl+C（中断）Ctrl+\（退出
6. 终端断开连接 → 信号发给会话首进程

4. 作业控制

4.1 什么是作业，作业控制

• 在 Shell 里输入的一整条命令，就是一个作业
• 一个作业 = 一个进程组
• 一个前台作业可以由多个进程组成，一个后台作业也可以由多个进程组成，Shell可以同时运行一个前台作业和任意多个后台作业，这称为作业控制

4.2 作业号

放在后台执行的程序或命令称为后台命令，可以在命令的后面加上 & 符号从而让Shell识别这是一个后台命令，后台命令不用等待该命令执行完成，就可立即接收新的命令，另外后台进程执行完后 会返回一个作业号以及一个进程号（PID）

默认作业：

1. + ：当前默认作业
2. - ：候补默认作业（即将成为默认作业
3. 无符号：普通普通非默认作业

4.3 前后台任务管理命令

|------------|-------------------------------------------------|
| jobs | 查看当前用户终端 下，所有后台 / 暂停的任务列表，同时会显示任务的+、-标记 |
| fg 任务号 | foreground，把指定后台任务，拉回到前台运行，接管终端交互 |
| Ctrl+C | 只能终止当前正在前台运行的任务；后台任务不受这个按键影响 |
| Ctrl+Z | 暂停当前前台正在运行的进程，将它挂起放到后台暂停状态，终端会立刻恢复 bash 命令行 |
| bg 任务号 | background，让刚才被Ctrl+Z暂停的后台任务，在后台继续运行 |

5. 守护进程（Daemon）

守护进程，就是真正脱离终端、常驻系统后台运行的特殊进程，也叫精灵进程

怎么手动把普通程序变成守护进程？

1. fork () 创建子进程，父进程直接退出
2. setsid () 创建新会话（最关键！脱离终端）
3. chdir ("/") 把工作目录改成根目录
4. umask (0) 重置文件权限（可选）
5. 关闭 / 重定向 0、1、2 标准文件描述符

Deamon.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

const char *root = "/";
const char *dev_null = "/dev/null";

void Daemon(bool ischdir, bool isclose)
{
    // 1. 忽略可能引起程序异常退出的信号
    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

    // 2. 让自己不要成为组长，父进程退出
    if (fork() > 0)
        exit(0);

    // 3. 创建新会话，彻底脱离终端
    setsid();

    // 4. 修改进程的工作目录为根目录
    if (ischdir)
        chdir(root);

    // 5. 处理标准输入、输出、错误
    if (isclose)
    {
        close(0);
        close(1);
        close(2);
    }
    else
    {
        // 推荐方式：重定向到 /dev/null
        int fd = open(dev_null, O_RDWR);
        if (fd > 0)
        {
            dup2(fd, 0);
            dup2(fd, 1);
            dup2(fd, 2);
            close(fd);
        }
    }
}

dup2(旧的文件描述符, 新的文件描述符);
  意思：把【旧的】复制到【新的】，让新的指向旧的
dup2 (谁复制，复制给谁);

6. 如何将服务守护进程化

// ./server port
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        std::cout << "Usage : " << argv[0] << " port" << std::endl;
        return 0;
    }

    uint16_t localport = std::stoi(argv[1]);

    // 将程序设置为守护进程
    Daemon(false, false);

    std::unique_ptr<TcpServer> svr(new TcpServer(localport, HandlerRequest));
    svr->Loop();

    return 0;
}