网络：4.1加餐 - 进程间关系与守护进程

进程间关系与守护进程

一.进程组

1. 什么是进程组

进程是以进程组的形式完成对应的任务的！
单个进程，自己独立成为进程组

之前我们提到了进程的概念， 其实每一个进程除了有一个进程ID(PID)之外 还属于一个进程组。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。 每一个进程组也有一个唯一的进程组ID(PGID)， 并且这个PGID类似于进程ID， 同样是一个正整数， 可以存放在pid_t数据类型中。

$ ps -eo pid,pgid,ppid,comm | grep test#结果如下
PID  PGID PPID COMMAND
2830 2830 2259 test# -e 选项表示every的意思， 表示输出每一个进程信息
# -o 选项以逗号操作符（,）作为定界符, 可以指定要输出的列

2. 组长进程

**每一个进程组都有一个组长进程。 组长进程的ID等于其进程ID。**我们可以通过ps命令看到组长进程的
现象：

[node@localhost code]$ ps -o pid,pgid,ppid,comm | cat# 输出结果
PID PGID PPID COMMAND
2806 2806 2805 bash
2880 2880 2806 ps
2881 2880 2806 cat
# ps和cat是同一进程组

从结果上看ps进程的PID和PGID相同， 那也就是说明ps进程是该进程组的组长进程， 该进程组包括ps和cat两个进程。

• 进程组组长的作用： 进程组组长可以创建一个进程组或者创建该组中的进程
• 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： 主要某个进程组中有一个进程存在， 则该进程组就存在， 这与其组长进程是否已经终止无关。

二.会话

登录就是建立会话的过程；
关闭终端，就是销毁会话的过程－>可能会影响你的服务器的运行！
网络服务器端程序不能受到任何用户登陆和注销的影响！

问：
为什么我们直接启动一个任务（进程组），就无法输入命令来进行执行了呢？
为什么我们把任务放在后台执行，但是我们依旧又能够执行对应的命令？
答：
键盘只有一个，输入的数据必须明确的给一个进程或者进程组，会话内部进程组必须区分成为：
前台进程组和后台进程组！
键盘输入的数据，只给前台进程组！
所以：
一次会话中，有且只能有一个前台进程组，后台进程组可以有多个
次会话中，有且只能有一个前台任务，后台任务可以有多个！

进程组vs会话：进程组一定会属于某一个会话；
进程组vs任务(作业)：任务就是某种工作，需要由进程组来完成。进程组和任务是一个硬币的两面;

1. 什么是会话

刚刚我们谈到了进程组的概念， 那么会话又是什么呢？ 会话其实和进程组息息相关， 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)

通常我们都是使用管道将几个进程编成一个进程组。 如上图的进程组2和进程组3可能是由下列命令形成的：

[node@localhost code]$ proc2 | proc3 &
[node@localhost code]$ proc4 | proc5 | proc6 &
# &表示将进程组放在后台执行

我们举一个例子观察一下这个现象：

# 用管道和sleep组成一个进程组放在后台运行
[node@localhost code]$ sleep 100 | sleep 200 | sleep 300 &# 查看ps命令打出来的列描述信息
[node@localhost code]$ ps axj | head -n1# 过滤sleep相关的进程信息
[node@localhost code]$ ps axj | grep sleep | grep -v grep
# a选项表示不仅列当前⽤户的进程，也列出所有其他⽤户的进程
# x选项表示不仅列有控制终端的进程，也列出所有⽆控制终端的进程
# j选项表示列出与作业控制相关的信息， 作业控制后续会讲
# grep的-v选项表示反向过滤， 即不过滤带有grep字段相关的进程# 结果如下
PPID   PID   PGID  SID   TTY    TPGID STAT UID  TIME   COMMAND
2806  4223  4223  2780  pts/2   4229   S   1000  0:00  sleep 100
2806  4224  4223  2780  pts/2   4229   S   1000  0:00  sleep 200
2806  4225  4223  2780  pts/2   4229   S   1000  0:00  sleep 300
# SID:会话id, s是session（会话)的简写

从上述结果来看3个进程对应的PGID相同， 即属于同一个进程组。

2. 如何创建会话

可以调用setseid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。

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

该接口调用之后会发生：

• 调用进程会变成新会话的会话首进程。 此时， 新会话中只有唯一的一个进程
• 调用进程会变成进程组组长。 新进程组ID就是当前调用进程ID
• 该进程没有控制终端。 如果在调用setsid之前该进程存在控制终端， 则调用之后会切断联系

需要注意的是： 这个接口如果调用进程原来是进程组组长， 则会报错， 为了避免这种情况， 我们通常的使用方法是先调用fork创建子进程， 父进程终止， 子进程继续执行， 因为子进程会继承父进程的进程组ID, 而进程ID则是新分配的， 就不会出现错误的情况。

3. 会话ID(SID)

上边我们提到了会话ID， 那么会话ID是什么呢？ 我们可以先说一下会话首进程， 会话首进程是具有唯一进程ID的单个进程， 那么我们可以将会话首进程的进程ID当做是会话ID。注意：会话ID在有些地方也被称为 会话首进程的进程组ID， 因为会话首进程总是一个进程组的组长进程， 所以两者是等价的。

三.控制终端

先说一下什么是控制终端？

**在UNIX系统中，用户通过终端登录系统后得到一个Shell进程，这个终端成为Shell进程的控制终端。控制终端是保存在PCB中的信息，我们知道fork进程会复制PCB中的信息，因此由Shell进程启动的其它进程的控制终端也是这个终端。默认情况下没有重定向，每个进程的标准输入、标准输出和标准错误都指向控制终端，进程从标准输入读也就是读用户的键盘输入，进程往标准输出或标准错误输出写也就是输出到显示器上。**另外会话、进程组以及控制终端还有一些其他的关系，我们在下边详细介绍一下：

• 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（终端设备或伪终端设备）后，该终端就成为该会话的控制终端。
• 建立与控制终端连接的会话首进程被称为控制进程。就是bash(程序替换了)
• 一个会话中的几个进程组可被分成一个前台进程组以及一个或者多个后台进程组。
• 如果一个会话有一个控制终端，则它有一个前台进程组，会话中的其他进程组则为后台进程组。
• 无论何时进入终端的中断键（ctrl+c）或退出键（ctrl+\），就会将中断信号发送给前台进程组的所有进程。
• 如果终端接口检测到调制解调器（或网络）已经断开，则将挂断信号发送给控制进程（会话首进程）。

这些特性的关系如下图所示：

四.作业控制

1. 什么是作业(job)和作业控制(Job Control)？

作业是针对用户来讲，用户完成某项任务而启动的进程，一个作业既可以只包含一个进程，也可以包含多个进程，进程之间互相协作完成任务， 通常是一个进程管道。

Shell分前后台来控制的不是进程而是作业 或者进程组。⼀个前台作业可以由多个进程组成，⼀个后台作业也可以由多个进程组成，Shell可以同时运行⼀个前台作业和任意多个后台作业，这称为作业控制。

例如下列命令就是一个作业，它包括两个命令，在执行时Shell将在前台启动由两个进程组成的作业：

[node@localhost code]$ cat /etc/filesystems | head -n 5

运行结果如下所示：

xfs
ext4
ext3
ext2
nodev proc

2. 作业号

放在后台执行的程序或命令称为后台命令，可以在命令的后面加上& 符号从而让Shell识别这是一个后台命令，后台命令不用等待该命令执行完成，就可立即接收新的命令，另外后台进程执行完后会返回一个作业号以及一个进程号（PID）。

例如下面的命令在后台启动了一个作业， 该作业由两个进程组成， 两个进程都在后台运行:

[node@localhost code]$ cat /etc/filesystems | grep ext &

执行结果如下：

[1] 2202
ext4
ext3
ext2
# 按下回车
[1]+ 完成 cat /etc/filesystems | grep --color=auto ext

• 第一行表示作业号和进程ID， 可以看到作业号是1， 进程ID是2202
• 第3-4行表示该程序运行的结果， 过滤/etc/filesystems 有关ext 的内容
• 第6号分别表示作业号、默认作业、作业状态以及所执行的命令

关于默认作业：对于一个用户来说，只能有一个默认作业（+） ，同时也只能有一个即将成为默认作业的作业（-） ，当默认作业退出后，该作业会成为默认作业。

• + : 表示该作业号是默认作业
• - ：表示该作业即将成为默认作业
• 无符号： 表示其他作业

3. 作业状态

常见的作业状态如下表所示：

4. 作业的挂起与切回

(1).作业挂起

我们在执行某个作业时，可以通过Ctrl+Z 键将该作业挂起，然后Shell会显示相关的作业号、状态以及所执行的命令信息。

例如我们运行一个死循环的程序， 通过Ctrl+Z 将该作业挂起， 观察一下对应的作业状态：

#include <stdio.h>int main()
{while (1){printf("hello\n");}return 0;
}

下面我运行这个程序， 通过Ctrl+Z 将该作业挂起：

# 运行可执行程序
[node@localhost code]$ ./test
#键入Ctrl + Z观察现象

运行结果如下：

# 结果依次对应作业号 默认作业 作业状态 运行程序信息
[1]+ 已停止 ./test7

可以发现通过Ctrl+Z 将作业挂起， 该作业状态已经变为了停止状态

(2).作业切回

如果想将挂起的作业切回，可以通过fg 命令， fg 后面可以跟作业号或作业的命令名称。如果参数缺省则会默认将作业号为1的作业切到前台来执行，若当前系统只有一个作业在后台进行，则可以直接使用fg命令不带参数直接切回。 具体的参数参考如下：

例如我们把刚刚挂起来的./test 作业切回到前台：

[node@localhost code]$ fg %%

运行结果为开始无限循环打印hello ， 可以发现该作业已经切换到前台了。

注意： 当通过fg 命令切回作业时，若没有指定作业参数，此时会将默认作业切到前台执行，即带有“+”的作业号的作业

5. 查看后台执行或挂起的作业

我们可以直接通过输入 jobs 命令查看本用户当前后台执行或挂起的作业

• 参数-l 则显示作业的详细信息
• 参数-p 则只显示作业的PID

例如， 我们先在后台及前台运行两个作业， 并将前台作业挂起， 来用 jobs 命令查看作业相关的信息：

# 在后台运行一个作业sleep
[node@localhost code]$ sleep 300 &
# 运行刚才的死循环可执行程序
[node@localhost code]$ ./test
# 键入Ctrl + Z 挂起作业
# 使用jobs命令查看后台及挂起的作业
[node@localhost code]$ jobs -l

运行结果如下所示：

# 结果依次对应作业号 默认作业 作业状态 运行程序信息
[1]- 2265 运行中 sleep 300 &
[2]+ 2267 停止 ./test7

6. 作业控制相关的信号

上面我们提到了键入 Ctrl + Z 可以将前台作业挂起，实际上是将STGTSTP 信号发送至前台进程组作业中的所有进程， 后台进程组中的作业不受影响。 在unix系统中， 存在3个特殊字符可以使得终端驱动程序产生信号， 并将信号发送至前台进程组作业， 它们分别是：

• Ctrl + C ： 中断字符， 会产生 SIGINT 信号
• Ctrl + \ ： 退出字符， 会产生 SIGQUIT 信号
• Ctrl + Z ：挂起字符， 会产生 STGTSTP 信号

终端的I/O(即标准输入和标准输出)和终端产生的信号总是从前台进程组作业连接打破实际终端。我们可以通过下体来看到作业控制的功能：

五.守护进程

Daemon.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include "Log.hpp"
#include "Common.hpp"using namespace LogModule;const std::string dev = "/dev/null";// 将服务进行守护进程化的服务
void Daemon(int nochdir, int noclose)
{// 1.忽略IO,子进程退出等相关信号signal(SIGPIPE, SIG_IGN);signal(SIGCHLD, SIG_IGN);// 2.父进程直接结束if(fork() > 0)exit(0);// 3.设置新会话,只能是子进程(孤儿进程,被领养,父进程就是1)setsid(); //称为一个独立的会话if(nochdir == 0){chdir("/"); //更改进程的工作路径？？？为什么？？}// 4.由于不同版本内核,依旧可能和显示器,键盘,stdin,stdout,stderr关联// 守护进程,不从键盘输入,也不需要向显示器打印//  方法1：关闭0,1,2 -- 不推荐//  方法2：打开/dev/null, 重定向标准输入，标准输出，标准错误到/dev/nullif(noclose == 0){int fd = ::open(dev.c_str(), O_RDWR);if(fd < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "open "<<dev<<" error";exit(OPEN_ERROR);}else{dup2(fd, 0);dup2(fd, 1);dup2(fd, 2);close(fd);}}
}

六.如何将服务守护进程化

#include "NetCal.hpp"
#include "Protocol.hpp"
#include "TcpServer.hpp"
#include "Daemon.hpp"
#include <memory>
#include <unistd.h>void Usage(std::string proc)
{std::cerr << "Usage: " << proc << " port" << std::endl;
}// ./tcpserver 8080
int main(int argc, char*argv[])
{if (argc != 2){Usage(argv[0]);exit(USAGE_ERR);}std::cout << "服务器已经启动，已经是一个守护进程了" << std::endl;// 守护进程化// Daemon(0,0); //自己实现的库函数daemon(0, 0);Enable_File_Log_Strategy();// 1.顶层--应用层std::unique_ptr<Cal> cal = std::make_unique<Cal>();// 2.协议层--表示层using func_t_s = std::function<Response(Request&req)>; //定义GetRequest调用的函数类型std::unique_ptr<Protocol<func_t_s>> protocol = std::make_unique<Protocol<func_t_s>>([&cal](Request&req)->Response{return cal->Execute(req);});// 3.服务器层--会话层std::unique_ptr<TcpServer> tsvr = std::make_unique<TcpServer>(std::stoi(argv[1]),[&protocol](std::shared_ptr<Socket> &sock, InetAddr &client){protocol->GetRequest(sock,client);});tsvr->Start();return 0;
}

七.daemon(库函数)

作用： 将当前进程快速变成守护进程

#include <unistd.h>int daemon(int nochdir, int noclose);

参数

• nochdir
  • 0：切换当前工作目录到 /
  • 1：不切换目录
• noclose
  • 0：关闭标准输入/输出/错误，并重定向到 /dev/null
  • 1：不关闭标准标准输入输出

通常用 daemon(0, 0);

返回值

• 成功：返回 0
• 失败：返回 -1