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，使用者通過終端登入系統後得到一個Shell進程，這個終端成為Shell進程的控制終端（Controlling Terminal），控制終端是儲存在PCB中的資訊，而我們知道fork會複製PCB中的資訊，因此由Shell進程啟動的其它進程的控制終端也是這個終端。預設情況下（沒有重新導向），每個進程的標準輸入、標準輸出和標準錯誤輸出都指向控制終端，進程從標準輸入讀也就是讀使用者的鍵盤輸入，進程往標準輸出或標準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修飾鍵可以給前台進程發訊號，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裝置檔案/dev/tty訪問它的控制終端。事實上每個終端裝置都對應一個不同的裝置檔案，/dev/tty提供了一個通用的介面，一個進程要訪問它的控制終端既可以通過/dev/tty也可以通過該終端裝置所對應的裝置檔案來訪問。ttyname函數可以由檔案描述符查出對應的檔案名稱，該檔案描述符必須指向一個終端裝置而不能是任意檔案。在linux上的命令tty 也可以查看到當前的終端。

比如我們在圖形介面下開啟一個終端可能是/dev/pts/0, 第二個可能是/dev/pts/1 ...(網路終端)

而切換到字元介面下可能是/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。當使用者在控制終端輸入特殊的修飾鍵（例如Ctrl-C）時，核心會發送相應的訊號（例如SIGINT）給前台進程組的所有進程。各進程、進程組、Session的關係如所示。

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，使用者關閉終端視窗或登出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、建立守護進程步驟

調用fork(),建立新進程，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建立新的會話期
將目前的目錄改為根目錄
將標準輸入、標準輸出、標準錯誤重新導向到/dev/null

成功調用setsid函數的結果是：

建立一個新的Session，當前進程成為Session Leader，當前進程的id就是Session的id。

建立一個新的進程組，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。

樣本程式：

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: process_.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > 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不控制終端 */ 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(); // 子進程調用後產生一個新的會話期     if (nochdir == 0)         chdir("/"); //更改目前的目錄為根目錄     if (noclose == 0)     {         int i;         for (i = 0; i < 3; ++i)             close(i);         open("/dev/null", O_RDWR); // 將標準輸入，標準輸出等都重新導向到/dev/null         dup(0);         dup(0);     }     return 0; }

執行程式再ps axj 一下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/process$ ./daemon 
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/process$ ps axj
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND

...........................................................................................................................

 1  7678  7678  7678 ?           -1 Rs    1000   0:03 ./daemon

可以看出守護進程的ID也是進程組的ID，也是會話期的ID，此外這個會話期沒有前台進程組。

五、使用daemon函數實現守護進程

功能：建立一個守護進程

原型：int daemon(int nochdir, int noclose);
參數：
nochdir：=0將目前的目錄更改至“/”
noclose：=0將標準輸入、標準輸出、標準錯誤重新導向至“/dev/null”

參考：《linux c 編程一站式學習》、《APUE》