【Linux网络编程】之守护进程

进程组

进程组的概念

当我们使用以下命令查与进程相关的属性时，会看到一个叫PGID的属性：

ps ajx

它标识某一个进程属于哪个进程组。

进程组是一个进程或者多个进程的集合。每一个进程组有唯一的PGID，它是一个正整数，和PPID和PID一样，可以在C语言中用pid_t类型表示。

例如，在终端中执行如下命令：

sleep 1000 | sleep 2000 | sleep 3000

使用ps查看:

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep -v 'grep' | grep sleep

这三个进程的PPID也就是父进程都是一样的，也就是-bash进程，所以这三个sleep进程是兄弟进程，它们同属于一个进程组。

就算只有一个进程，它也会自成一个进程组：

组长进程

组长进程就是进程组中的第一个创建的进程（按照时间），如果这个进程组中就只有一个进程，那么它就是进程组中的组长。

当进程组中的组长终止后，这个进程组并不会终止，要等到这个进程组中的最后一个进程终止，它才会终止。

代码验证1：使用下面代码先验证，C语言fork子进程，父进程和子进程属于一个进程组，且父进程是组长进程。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
   pid_t id = fork();
   if(id == 0)//子进程执行
   {
        while(1)
        {
            printf("i am child,my pid is %d\n",getpid());
            sleep(1);
        }
   }

   while(1);
   return 0;
}

运行结果：

代码验证2：当组长进程结束，进程组并不会立即终止，而是等这个组中所有的进程终止后再终止：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
   pid_t id = fork();
   if(id == 0)//子进程执行
   {
        while(1)
        {
            printf("i am child,my pid is %d\n",getpid());
            sleep(1);
        }
   }

   return 0;
}

运行结果：

会话

会话的概念

会话可以看作是多个进程组的集合，一个会话会有多个进程组，会话也会有唯一的会话ID。

一般来说，会话中的第一个进程组是-bash对应的进程组，会话ID等于该-bash进程组的组ID。

通常来说，进程组可以由以下方式创建：

1. 通过管道创建兄弟进程，这些兄弟进程是一个进程组
2. 父进程fork子进程，父子进程是一个进程组。

会话ID

上面我们提到了会话ID,会话ID就是该会话中首进程的进程ID或者说是首进程的组ID。（就是-bash进程的进程ID，-bash进程总是会首进程，也是会首进程的组长进程）。

控制终端

控制终端的概念

在Linux/类Uinx系统中，控制终端通常与会话关联。即一个会话对应一个控制终端。

当用户通过一个终端登录系统，会得到一个首进程shell进程，这个终端成为shell进程的控制终端，由于有关控制终端的信息存储在进程PCB中，后续的其它进程都是通过shell进程fork的，所以其它进程的控制终端也都是这个控制终端。

实际上控制终端是一个逻辑概念，每个控制终端都对应一个终端文件。这些文件被称为终端文件或tty设备文件。

在Linux中，终端文件在/dev/pts路径下：

ls /dev/pts

实验验证：实验步骤如下。

1. 终端1，循环执行以下脚本指令：

    while :;do ls -l /dev/pts;sleep 1;echo "~~~~~~~~~~~~~~~~~";done
   

2. 不断创建新的终端，观察打印的终端文件是否增多。

3. 关闭打开的终端，观察打印的终端文件是否减少。

实验现象如下：

控制终端的作用

1. 信号发送：可以通过特定的组合键向前台进程组发送信号，比如Ctrl+C发送SIGINT信号来中断当前操作，或者Ctrl+Z发送SIGTSTP暂停一个进程。

2. 输入输出：控制终端为进程提供标准输入、输出和错误流。大多数情况下，这些流直接对应于用户的键盘输入和屏幕显示。

   • 什么意思呢，就是我们向键盘输入一个内容都会显示在控制终端上，printf等往显示器打印的函数，打印的内容也会显示到终端上。因为**当进程启动时，如果没有特别指定其他的输入输出目的地（重定向），其标准输入、输出和错误流默认就会关联到控制终端对应的设备文件上。**云服务器上文件描述符0、1、2指向的文件：

     

   • 虚拟机中（也类似）：

     

3. 作业控制：允许用户管理属于当前shell会话的不同任务（作业）。这包括将作业放到后台执行或从前台恢复执行。作业和前台后台进程的概念我们稍后会谈。

会话、终端、bash三者的关系

Linux中的shell进程叫做bash，当用户通过xshell等ssh远程登录客户端中的终端登录后，这个终端成为bash进程的控制终端，而这个终端中的所有进程组（前台和后台）构成一个会话（当你登录系统并启动bash时，实际上就开启了一个新的会话。），画图来表示就是下面这样：

前台进程与后台进程

概念

前台进程和后台进程都是进程，唯一区别就是前台进程可以通过终端接收用户的输入，同时也可以接收来自用户的命令（ctrl C、ctrl Z），前台进程还可以将输出输入到显示器（也就是终端上）。但是后台进程则不同，它不直接与用户交互，即它们不接受键盘输入，也不将输出直接显示给用户（除非特别配置）。

特点

1. 前台进程：
   • 独占性：同一终端，同一时刻，只能有一个进程或进程组。这意味着前台进程对输入输出有独占性。
   • 用户交互：前台进程可以直接通过终端与用户进行交互。这意味着它可以接受用户的输入，并将其显示在屏幕上。通常用户输入的命令，就是在前台运行。
   • 信号响应：前台进程组可以接收到某些类型的信号，比如通过按下Ctrl+C发送的SIGINT中断信号来终止当前操作。这是前台进程的一个重要特性，允许用户直接控制正在运行的程序。
2. 后台进程：
   • 并发执行：多个后台进程可以同时执行（并发是看似同时执行，实则轮询执行），一个终端可以有多个后台作业同时执行。
   • 无需与用户交互：不接收用户的输入，也不会将输出直接显示给用户。
   • 信号限制：ctrl C等命令无法作用于后台进程，要使用kill、killall等命令。

查看当前终端的后台进程

命令jobs可以查看当前终端的后台进程，它会显示每个后台作业的作业号和状态。

jobs

选项-l:添加 -l 选项后，jobs 命令不仅显示基本的作业信息，还会额外列出每个作业的进程ID（PID）。

前台进程与后台进程的切换

1. 前台进程切换为后台进程：

   • 方法1：在执行一个程序时，在后面加上&。

     

   • 方法2：ctrl Z暂停某个正在执行的前台进程，它将被切为后台进程：

     

   • 方法3：当某个子进程的父进程结束，它还在运行时它就会变成孤儿进程。无法通过ctrl C命令终止它的运行，因为孤儿进程被init（SID、PID为1）进程收养，但可以通过kill、killall命令终止它。可以认为这是一种特殊情况。

2. 后台进程切换为前台进程：

   • 使用命令fg（foreground的缩写）将后台进程切换为前台进程：

     fg 作业号
     

     

   • 扩展命令bg，这个命令可以将暂停的命令继续在后台运行。

     bg
     

   `
   

作业控制

相关概念

作业：

作业是指Linux系统中正在运行的一个进程或者进程组（多个进程）。进程之间一般通过管道来互相协作。

作业控制：

shell可以同时运行一个前台作业和多个后台作业，这叫做作业控制。前台作业和后台作业都可以由多个进程组成。

作业号：

作业号是后台作业专有的，它们在开始执行时或者执行完后会返回一个作业号。

示例1：

echo "1111" &

示例2：

sleep 1000 | sleep 2000 | sleep 3000 &

• [1]就是该作业的作业号。

作业状态（一般指后台作业）

常见的作业有以下状态：

1. Running状态：

   

2. Stopped状态：

   

3. Done状态：

   

4. Terminated状态：

   

5. Done(code)状态。后台执行下面的脚本文件：

   exit 42 # 返回退出状态码42
   

   

守护进程

概念

守护进程不同于普通的后台进程（作业），普通的后台作业它有关联的终端，即使不与用户交互或者不输出内容到用户的显示器上，但是守护进程有自己独立的会话，并且它无终端关联，脱离终端控制，除非系统关闭，否则守护进程不会轻易的关闭。

常见的守护进程：比如httpd（Apache HTTP服务器）、sshd（SSH服务器）、crond（定时任务调度器）等都是典型的守护进程，它们为系统提供核心服务。

普通后台程序：例如，你在终端中运行的一个长时间的数据处理脚本，并在其后加上&让它在后台运行。这个脚本就是一个普通的后台程序，而不是守护进程。

将进程守护化

进程守护化的步骤

1. 父进程fork子进程：让父进程退出，后续都是子进程来执行相关程序，并成为守护进程，因为创建一个新的会话需要该进程不是进程组的组长。这是系统设计所决定的，如果不这样做，会有循环依赖问题。
2. setsid() 创建新会话：使子进程成为新会话的领导者，并脱离所有终端的控制，确保它没有控制终端。
3. 改变当前工作目录（如果需要）：通常是切换到根目录（/），以避免占用挂载点。
4. 重定向标准输入、输出和错误流（如果后面不使用也可以关闭）：通常指向/dev/null或其他适当的日志文件，以防止无意中使用这些默认流。/dev/null文件读取都会读到null，写入都会被自动丢弃。
5. 关闭不需要的文件描述符：确保除了必要的资源外，其他文件描述符都被关闭。

代码实现

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdbool.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

const char* newdir = "/";
const char* newpath = "/dev/null";
void Demon(bool IsChangeWorkDir,bool IsRedir)
{
   //0.忽略可能引起程序异常的信号
   // 忽略SIGCHLD信号，防止产生僵尸进程
    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
   // 忽略SIGPIPE信号，避免程序因写入已关闭的pipe/socket而终止
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
   //1.创建子进程,并让父进程退出
   if(fork() > 0)
   {
      printf("pid is %d\n",getpid());
      exit(0);
   }
   //2.让子进程新建一个会话，成为守护进程,子进程成为新会话的leader进程,会话ID和这个子进程的进程ID相同
   setsid();

   //3. 已经成为守护进程，查看是否需要更改工作目录
   if(IsChangeWorkDir)
   {
      chdir(newdir);
   }

   //4.查看是否需要重定向0、1、2标准输入、输入、错误流
   if(IsRedir)
   {
      int fd = open(newpath,O_RDWR);//以读写模式打开
      dup2(fd,0);
      dup2(fd,1);
      dup2(fd,2);
      close(fd);//不需要fd了
   }

   else
   {
      close(0);
      close(1);
      close(2);
   }
}
int main()
{
   Demon(true,true);
   while(true);//变成守护进程了
   return 0;
}

运行结果：