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linux系統編程之進程（五）終端、作業控制與守護進程

一、終端的概念

在UNIX系統中，用戶通過終端登錄系統後得到一個Shell進程，這個終端成為Shell進程的控制終端（Controlling Terminal），控制終端是保存在PCB中的信息，而我們知道fork會復制PCB中的信息，因此由Shell進程啟動的其它進程的控制終端也是這個終端。默認情況下（沒有重定向），每個進程的標准輸入、標准輸出和標准錯誤輸出都指向控制終端，進程從標准輸入讀也就是讀用戶的鍵盤輸入，進程往標准輸出或標准錯誤輸出寫也就是輸出到顯示器上。在控制終端輸入一些特殊的控制鍵可以給前台進程發信號，例如Ctrl-C表示SIGINT，Ctrl-\表示SIGQUIT。

每個進程都可以通過一個特殊的設備文件/dev/tty訪問它的控制終端。事實上每個終端設備都對應一個不同的設備文件，/dev/tty提供了一個通用的接口，一個進程要訪問它的控制終端既可以通過/dev/tty也可以通過該終端設備所對應的設備文件來訪問。ttyname函數可以由文件描述符查出對應的文件名，該文件描述符必須指向一個終端設備而不能是任意文件。在linux上的命令tty 也可以查看到當前的終端。

比如我們在圖形界面下打開一個終端可能是/dev/pts/0, 第二個可能是/dev/pts/1 ...(網絡終端)

而切換到字符界面下可能是/dev/tty1 ...(虛擬終端)

二、作業控制

事實上，Shell分前後台來控制的不是進程而是作業（Job）或者進程組（Process Group）。一個前台作業可以由多個進程組成，一個後台作業也可以由多個進程組成，Shell可以同時運行一個前台作業和任意多個後台作業，這稱為作業控制（JobControl）。例如用以下命令啟動5個進程（這個例子出自APUE）：

$ proc1 | proc2 &

$ proc3 | proc4 | proc5

其中proc1和proc2屬於同一個後台進程組，proc3、proc4、proc5屬於同一個前台進程組，Shell進程本身屬於一個單獨的進程組。這些進程組的控制終端相同，它們屬於同一個Session，一個Session與一個控制終端相關。當用戶在控制終端輸入特殊的控制鍵（例如Ctrl-C）時，內核會發送相應的信號（例如SIGINT）給前台進程組的所有進程。各進程、進程組、Session的關系如下圖所示。

在上面的例子中，proc3、proc4、proc5被Shell放到同一個前台進程組，其中有一個進程是該進程組的Leader，Shell調用wait等待它們運行結束。一旦它們全部運行結束，Shell就調用tcsetpgrp函數將自己提到前台繼續接受命令。但是注意，如果proc3、proc4、proc5中的某個進程又fork出子進程，子進程也屬於同一進程組，但是Shell並不知道子進程的存在，也不會調用wait等待它結束。換句話說，proc3 | proc4 | proc5是Shell的作業，而這個子進程不是，這是作業和進程組在概念上的區別。一旦作業運行結束，Shell就把自己提到前台，如果原來的前台進程組還存在（如果這個子進程還沒終止），則它自動變成後台進程，被init進程接管。

三、守護進程

守護進程是在後台運行不受控端控制的進程，通常情況下守護進程在系統啟動時自動運行，用戶關閉終端窗口或注銷也不會影響守護進程的運行，只能kill掉。守護進程的名稱通常以d結尾，比如sshd、xinetd、crond等

我們用ps axj命令查看系統中的進程，凡是TPGID（前台進程組ID）一欄寫著-1的都是沒有控制終端的進程，或者TTY一欄為？的，也就是守護進程。

四、創建守護進程步驟

調用fork(),創建新進程，它會是將來的守護進程

在父進程中調用exit，保證子進程不是進程組組長

調用setsid創建新的會話期

將標准輸入、標准輸出、標准錯誤重定向到/dev/null

成功調用setsid函數的結果是：

創建一個新的Session，當前進程成為Session Leader，當前進程的id就是Session的id。

創建一個新的進程組，當前進程成為進程組的Leader，當前進程的id就是進程組的id。

如果當前進程原本有一個控制終端，則它失去這個控制終端，成為一個沒有控制終端的進程。

示例程序：

/*************************************************************************
    > File Name: process_.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
 ************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
int setup_daemon(int, int);
/* 守護進程一直在後台運行且無控制終端 */
int main(int argc, char *argv[])
{
    //  daemon(0, 0)
    setup_daemon(0, 0);
    printf("test ... \n"); // 無輸出
    for(;;) ;
    return 0;
}
int setup_daemon(int nochdir, int noclose)
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1)
        ERR_EXIT("fork error");
    if (pid > 0)
        exit(EXIT_SUCCESS);
    /* 調用setsid的進程不能為進程組組長，故fork之後將父進程退出 */
    setsid(); // 子進程調用後生成一個新的會話期
    if (nochdir == 0)
        chdir("/"); //更改當前目錄為根目錄
    if (noclose == 0)
    {
        int i;
        for (i = 0; i < 3; ++i)
            close(i);
        open("/dev/null", O_RDWR); // 將標准輸入，標准輸出等都重定向到/dev/null
        dup(0);
        dup(0);
    }
    return 0;
}