1.1 什么是进程组？#

除了拥有唯一的进程 ID (PID) 之外，每一个进程还属于一个进程组。

• 概念：进程组是一个或多个进程的集合。

• PGID：每个进程组都有一个唯一的进程组 ID (PGID)，类似于 PID，是一个正整数，存放在 pid_t 数据类型中。

可以通过 ps 命令查看进程所属的进程组：

1
# -e: 显示所有进程 (every)
2
# -o: 自定义输出列，以逗号作为定界符
3
ps -eo pid,pgid,ppid,comm | grep test

1.2 组长进程#

每一个进程组都有一个组长进程。

• 特征：组长进程的 PID 等于其 PGID（即 PID == PGID）。

• 作用：组长进程可以创建一个进程组，或者创建该组中的进程。

• 示例：

1
    [node@localhost code]$ ps -o pid,pgid,ppid,comm | cat
2
      PID  PGID  PPID COMMAND
3
     2806  2806  2805 bash
4
     2880  2880  2806 ps     # ps 是组长进程，PID=2880, PGID=2880
5
     2881  2880  2806 cat    # cat 属于 ps 创建的进程组，PGID=2880

说明：从结果上看，ps 进程的 PID 和 PGID 相同，说明 ps 是该进程组的组长进程，该进程组包含 ps 和 cat 两个进程。_

1.3 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，该进程组就存在，这与组长进程是否已经终止无关。

2.1 什么是会话？#

会话与进程组息息相关，可以看成是一个或多个进程组的集合。

• SID：每一个会话也有一个唯一的会话 ID (SID)。

• 形成方式：通常我们使用管道将几个进程编成一个进程组，放到后台执行。

1
    # 使用管道将多个命令编成进程组，并放在后台(&)执行
2
    [node@localhost code]$ proc2 | proc3 &
3
    [node@localhost code]$ sleep 100 | sleep 200 | sleep 300 &

• 查看会话信息：

1
    [node@localhost code]$ ps axj | head -n1
2
    [node@localhost code]$ ps axj | grep sleep | grep -v grep

参数解析：

• -a：列出当前用户以及所有其他用户的进程。

• -x：列出所有有控制终端和无控制终端的进程。

• -j：列出与作业控制相关的信息（如 PGID, SID 等）。

• grep -v grep：反向过滤，排除 grep 自身的进程。 (结果中属于同一个管道命令的多个进程，其 PGID 和 SID 是相同的。)

2.2 如何创建会话#

可以通过调用 setsid() 函数来创建一个新的会话。

1
#include <unistd.h>
2
/*
3
 * 功能：创建会话
4
 * 返回值：创建成功返回 SID，失败返回 -1
5
 */
6
pid_t setsid(void);

调用前提：调用进程不能是一个进程组的组长，否则会报错。

调用后的变化：

1. 调用进程变成新会话的会话首进程。此时新会话中只有该进程一个进程。

2. 调用进程变成新进程组的组长。新进程组 ID 就是当前调用进程的 PID。

3. 脱离控制终端。如果调用前该进程有控制终端，调用后会切断联系。

标准实践（避免报错）：通常先调用 fork() 创建子进程，然后父进程直接退出 (exit)，子进程继续执行 setsid()。因为子进程继承了父进程的组 ID，而获得了新的 PID，从而保证了子进程绝不会是组长进程。

2.3 会话首进程与 SID#

• 会话首进程：具有唯一 PID 的单个进程，它是会话的创建者。

• SID（会话 ID）：会话首进程的 PID 即被当做是会话 ID。(由于会话首进程总是一个进程组的组长，因此 SID 很多时候也等同于该会话首进程的 PGID)。

3.1 概念#

在 UNIX 系统中，用户通过终端登录系统后会得到一个 Shell 进程，这个终端就成为了该 Shell 进程的控制终端。

• 控制终端的信息保存在进程的 PCB 中。

• fork() 出来的子进程会继承父进程的 PCB 信息，因此由 Shell 启动的其他进程默认也共用这个控制终端。

• 默认情况下，进程的标准输入、标准输出、标准错误都指向控制终端（即从键盘读，向显示器写）。

3.2 终端与会话、进程组的关系特性#

• 一个会话可以有一个控制终端。通常会话首进程打开一个终端后，该终端就成为该会话的控制终端。

• 建立了与控制终端连接的会话首进程被称为控制进程。

• 一个会话中的进程组可被分为：一个前台进程组 和 一个或多个后台进程组。

• 只要会话有控制终端，它就一定会有一个前台进程组。

• 信号产生与传递：

  • 键盘中断：键入中断键 (Ctrl+C) 或退出键 (Ctrl+\) 时，终端驱动程序会将对应的信号发送给前台进程组的所有进程。

  • 网络断开：如果终端接口检测到连接（如调制解调器或网络）已断开，会将挂断信号（SIGHUP）发送给控制进程（会话首进程）。

4.1 什么是作业与作业控制？#

• 作业 (Job)：针对用户而言，用户为完成某项任务而启动的进程（或进程管道组合）。一个作业可以包含一个或多个互相协作的进程。

• 作业控制：Shell 分前后台控制的对象是作业（或进程组），而不是单个进程。Shell 可以同时运行一个前台作业和多个后台作业，这种机制称为作业控制。

4.2 作业号与后台执行#

在命令后加 & 符号，可以让 Shell 识别这是一个后台命令（后台作业）。

后台命令无需等待执行完成，终端可立即接收新命令。后台作业提交后，会返回一个作业号和 PID。

1
[node@localhost code]$ cat /etc/filesystems | grep ext &
2
[1] 2202     # [作业号] PID

• 默认作业 (+) 与即将成为默认作业 (-)：

  • +：表示该作业号是当前的默认作业。

  • -：表示当默认作业退出后，该作业即将成为下一个默认作业。

  • 无符号：其他普通后台作业。

4.3 作业状态#

常见作业状态对照表：

4.4 作业的挂起与切回#

1. 作业挂起 (Ctrl + Z)：

   • 在执行前台作业时，键入 Ctrl + Z 会将 SIGTSTP 信号发送给前台进程组的所有进程，使作业挂起变为停止状态 (Stopped)。

2. 作业切回 (fg)：

   • 将挂起或后台的作业切回前台执行。

   • 语法格式：fg [参数]

   • 参数说明：

     • 不带参数：默认将带有 + 号的默认作业切回前台。

     • %n：n 为正整数，表示切回指定的作业号。

     • %string：切回命令以该字符串开头的作业。

     • %?string：切回命令包含该字符串的作业。

     • %+ 或 %%：切回最近提交的作业。

     • %-：切回倒数第二个提交的作业。

4.5 查看作业#

使用 jobs 命令查看当前用户在后台执行或被挂起的作业。

• jobs：查看简略信息。

• jobs -l：显示作业的详细信息（包含 PID 等）。

• jobs -p：只显示作业的 PID。

4.6 终端信号总结#

这 3 个特殊按键可以使终端驱动程序产生信号，并将信号发送至前台进程组（后台进程不受影响）：

• Ctrl + C：中断字符，产生 SIGINT 信号。

• Ctrl + \：退出字符，产生 SIGQUIT 信号。

• Ctrl + Z：挂起字符，产生 SIGTSTP 信号。

5.1 守护进程的创建代码封装 (Daemon.hpp)#

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#pragma once
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#include <iostream>
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#include <cstdlib>
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#include <signal.h>
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#include <unistd.h>
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#include <fcntl.h>
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#include <sys/types.h>
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#include <sys/stat.h>
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const char *root = "/";
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const char *dev_null = "/dev/null";
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void Daemon(bool ischdir, bool isclose)
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{
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    // 1. 忽略可能引起程序异常退出的信号
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    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
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    signal(SIGPIPE, SIG_IGN); // 重点：防止向断开的连接写数据导致进程因 SIGPIPE 崩溃
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    // 2. 保证自己不是组长进程，以便后续顺利调用 setsid()
20
    if (fork() > 0) {
21
        exit(0); // 父进程退出，子进程继续
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    }
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    // 3. 设置自己成为一个新的会话，彻底脱离原有的控制终端
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    setsid();
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    // 4. 更改当前工作目录 (CWD)
28
    if (ischdir) {
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        chdir(root);
30
    }
31

32
    // 5. 处理标准输入、输出、错误 (0, 1, 2)
33
    if (isclose) {
34
        // 直接关闭
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        close(0);
36
        close(1);
37
        close(2);
38
    } else {
39
        // 推荐做法：重定向到 /dev/null（数据黑洞）
40
        int fd = open(dev_null, O_RDWR);
41
        if (fd > 0) {
42
            dup2(fd, 0); // 标准输入重定向到 /dev/null
43
            dup2(fd, 1); // 标准输出重定向到 /dev/null
44
            dup2(fd, 2); // 标准错误重定向到 /dev/null
45
            close(fd);
46
        }
47
    }
48
}

5.2 如何将服务守护进程化#

在网络服务（如 TcpServer）启动之前，调用我们封装好的 Daemon 函数即可让服务以守护进程的形态在后台悄悄运行。

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// main.cpp 示例
2
int main(int argc, char *argv[])
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{
4
    if(argc != 2)
5
    {
6
        std::cout << "Usage: " << argv[0] << " port" << std::endl;
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        return 0;
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    }
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    uint16_t localport = std::stoi(argv[1]);
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12
    // 调用守护进程化接口
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    // false, false 意味着：不更改工作目录到根目录，不直接 close fd 而是重定向到 /dev/null
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    Daemon(false, false);
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    // 启动业务逻辑
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    std::unique_ptr<TcpServer> svr(new TcpServer(localport, HandlerRequest));
18
    svr->Loop();
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    return 0;
21
}