进程间关系和守护进程

news2024/9/20 18:38:09

序言

当我们使用指令 ps 查看进程的相关信息时，在以前我们只是关注该进程的 PID(该进程的标识符) ， PPID(其父进程的标识符) 以及 STAT(该进程的状态)。
那 PGID 和 SID 又是什么？有什么作用呢？

1. 进程组

1.1 什么是进程组？

当我们启动程序执行相应的任务时，我们的任务可能只是创建了一个进程：

 1 #include <iostream>
   2 #include <unistd.h>
   3 
   4 int main()
   5 {
   6     while(1)
   7     {
   8         std::cout << "I am running, my pid is " << getpid() << std::endl;
   9         sleep(1);
  10     }
  11     return 0;
  12 }

我们使用指令 ps 查看进程信息：
在这里插入图片描述

在这里的 PGID 就是代表进程组，进程组的 id 和 PID 保持一致。当我们的进程组只包含一个进程时，进程的 ID 等于其进程 ID。

那如果我们的任务包含多个进程呢？举个栗子：
在这里插入图片描述
当一个进程组包含多个进程时，进程组的 ID 和第一个创建的进程的 ID 保持一致。

总结一下，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。

1.2 组长进程

每一个进程组都包含一个组长进程，组长进程的 ID 就是该进程组的 ID。根据上面代码的举例，我们不难得出以下结论：

当一个进程组只有一个进程时，该进程就是组长进程
当一个进程组包含多个进程时，首先创建的进程为组长进程

一个进程组的生每周期取决于最后终止的进程而非是组长进程。

2. 会话

2.1 什么是会话

会话可以看成是 一个或多个进程组的集合，一个会话可以包含多个进程组。每一个会话也有一个会话 ID(SID)。
创建一个新的会话时可以简单理解为 创建终端文件和启动 bash 进程：

终端：终端是用户与操作系统进行交互的界面。
bash：bash 是 Linux上 最常用的 Shell 之一，Shell 是运行在终端上的程序，它提供了用户与操作系统交互的接口。

怎么来证明呢？现在我在 XShell 上只是启动一个会话，查看我们的终端文件和 bash 进程：
在这里插入图片描述

可以看到只存在一个终端文件和 bash 进程，那我们再创建一个回话呢：
在这里插入图片描述
现在就变成了两个终端文件和两个 bash 进程。

所以在每一次登录时，都会为我们自动建立一次会话。会话的 id 和第一个创建的进程的 id 保持一致，在大多数情况下都是我们的 bash，除非是我们手动创建的会话。

2.2 创建一个会话

可以调用 setsid 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。
大家都知道可以使用 ctrl + c 来终止当前程序（需要是前台的程序，后面会说）的执行吧，但是该程序必须是当前会话下的程序。那不是废话吗，我在我会话下启动的程序肯定就是啊，难不成跑到别处去了？
没认识 setsid 之前你的话是对的，但是认识之后就不一定了，举个栗子：

   1 #include <iostream>
   2 #include <unistd.h>
   3 
   4 int main()
   5 {
   6     // child
   7     if(fork() ==  0)
   8     {
   			 // 创建新的会话
   9         setsid();
  10         while(1)
  11         {
  12             std::cout << "I am child process, my pid is " << getpid() << std::endl;
  13             sleep(2);
  14         }
  15     }
  16     // parent
  17     else
  18     {
  19         while(1)
  20         {
  21             std::cout << "I am parent process, my pid is " << getpid() << std::endl;
  22             sleep(2);
  23          }
  24     }
  25 
  26     return 0;
  27 }

现在我们运行这段程序：
在这里插入图片描述
程序正常运行，但是终止进程后子进程依然执行，这是因为子进程属于其他会话，不归当前会话管。那除了重启大法没办法终止他了吗？肯定不是，我们还有 kill 指令。

3. 前后台任务

3.1 前台任务

前台任务会占据终端的输入输出，即它会接收你通过键盘输入的命令或数据，并将它的输出结果直接显示在终端上。前台任务会阻塞终端，直到它完成或者被你明确地放到后台执行。简而言之，前台任务会占有终端文件！ 比如：

   1 #include <iostream>
   2 #include <unistd.h>
   3 
   4 int main()
   5 {
   6     while(true) sleep(1);
   7     return 0;
   8 }

现在我们运行该程序，并向终端输入指令：
在这里插入图片描述
可以看到并没有任何结果，这是因为我们输入的指令都是被 bash 指令接受之后创建子进程执行的，但是现在终端文件被该进程占有了，自然 bash 收不到了。

3.2 后台任务

后台任务是指那些在终端之外运行的任务，它们 不会直接占据终端的输入输出。后台任务可以在你执行其他任务或关闭终端时继续运行。要将一个任务放到后台执行，你可以在命令的末尾加上 & 符号。
还是上一段程序，但是在运行时在最后加上 &:
在这里插入图片描述

可以看到，我们指令的执行并没有受到干扰。

那我怎么查看我后台任务的执行情况呢，使用指令 jobs [-l]:
在这里插入图片描述

3.3 后台任务切回前台

只需要使用指令 fg n，n 代表该任务的编号：
在这里插入图片描述

3.4 前台任务切回后台

首先我们需要使用指令 ctrl + z 将该任务暂停，之后使用指令 bg n 将该任务切换到后台：
在这里插入图片描述

4. 守护进程

我们运行一个普通的进程时，不管是前台还是后台，当我们一退出，会话一结束。我们执行的进程也会随之终止，但是在很多应用场景下，服务是不能停的！不可能程序员一下班，我们的应用就罢工了吧！
所以有了守护进程，守护进程通常用于 提供需要持续运行的服务，如网络服务（Web服务器、FTP服务器等）、数据库服务等。这些服务在系统运行期间 一直保持运行状态，确保用户可以随时访问。
那我们如何创建一个守护进程呢，关键是 创建一个新的会话，当我们的会话结束时，该会话不受影响！但是只是靠一个进程是做不到的，因为 调用 setsid 的函数不能是进程组长！包含一个进程的进程组，该进程就是组长！解决方法也很简单，一个进程不行那就创建一个子进程嘛，创建的过程如下：

#pragma once

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

void Daemon(const std::string &newpath = "")
{
    // 防止一些异常退出信号
    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

    // 创建子进程，父进程退出
    if (fork() > 0)
        exit(0);

    // 设置一个新的会话
    setsid();

    // 关闭原来的文件描述符
    int fd = open("/dev/null", O_RDWR);
    if (fd > 0)
    {
        dup2(fd, 0);
        dup2(fd, 1);
        dup2(fd, 2);
        close(fd);
    }

    // 是否更改工作路径
    if (!newpath.empty())
    {
        chdir(newpath.c_str());
    }
}

父进程的作用就是创建一个子进程，之后父进程的生命周期就结束了。子进程创建了一个新的会话，脱离了原来的会话。
在这里为什么需要关闭原来的文件描述符呢？这是因为现有的文件描述符还指向原来会话的文件，这是不严谨的，因为我们当前已经脱离了原来的会话。在这里没有直接的关闭，因为 考虑到后续场景可能使用到读写操作。所以我们让他指向一个空的文件（类似于空指针）。是否需要切换路径和使用场景相关。