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Linux任务管理与守护进程详解

任务管理

进程组概念

在Linux中，每个进程不仅有进程ID（PID），还属于一个进程组。进程组是一个或多个进程的集合，通常与同一作业相关联，可接收同一终端的信号。

• 进程组ID（PGID）：每个进程组有唯一标识。
• 组长进程：其PGID等于PID，可创建组内进程并终止。
• 存在性：只要组内有一个进程存在，进程组就存在，与组长进程是否终止无关。

作业概念

Shell通过**作业（Job）或进程组（Process Group）**管理前后台任务，而非直接控制单个进程。

• 作业组成：一个作业可包含多个进程。
• 作业控制：Shell支持一个前台作业和多个后台作业。
• 作业与进程组的区别：若作业中的进程创建子进程，该子进程不属于作业。作业结束后，若子进程仍存在，会自动变为后台进程组。

会话概念

**会话（Session）**是一个或多个进程组的集合，通常与一个控制终端关联（如终端设备或伪终端）。

• 控制进程：会话首进程与终端建立连接。
• 进程组划分：会话包含一个前台进程组和多个后台进程组。
• 示例：运行5个死循环程序：
  • mytest1 & mytest2 &：后台进程组。
  • mytest3 | mytest4 | mytest5：前台进程组。
  • Shell单独成组，共享同一会话和控制终端。
• 信号传递：终端输入（如 Ctrl+C 生成 SIGINT）只发送给前台进程组。

相关操作

前台进程&后台进程

• 前台运行：./program，状态为 R+（带+表示前台）。
• 后台运行：./program &，状态为 R，输出类似 [1] 16437，其中 [1] 是作业编号，16437 是进程ID。
• 多进程示例：启动4个后台进程，分别标记为1-4号作业。

jobs、fg、bg

• jobs：查看当前会话的作业列表。
• fg：将作业提到前台。
  • 示例：fg 1，将1号作业提至前台，状态变为 R+。
  • 注意：前台只能有一个进程，bash会自动变为后台。
• bg：让停止的作业在后台继续运行。
  • 示例：Ctrl+Z 停止前台进程（状态变为 T），bg 1 恢复运行（状态为 R）。
  • 本质：发送 SIGCONT 信号。

ps命令查看指定的选项

• ps -o：自定义输出字段，查看当前会话进程信息。
• 会话关系：登录创建bash进程，形成一个会话，所有命令行任务共享同一会话ID（SESS）。
• 系统级查看：ps axj，显示所有进程。

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守护进程

守护进程的概念

**守护进程（Daemon）**是一种运行在后台的特殊进程，独立于控制终端，周期性执行任务或等待事件。

• 特点：无控制终端，不受用户登录注销影响。
• 实例：inetd（Internet服务器）、httpd（Web服务器）、crond（作业调度）。
• 命名：通常以 d 结尾，如 syslogd。

守护进程的查看

使用 ps axj 查看：

• 参数：
  • a：列出所有用户进程。
  • x：包括无终端进程。
  • j：显示作业控制信息。
• 标识：TPGID为 -1 表示无控制终端，即守护进程。
• 内核线程：COMMAND以 [ ] 括起来，通常以 k 开头（如 [kthreadd]）。

常见守护进程：

• udevd：管理 /dev 设备文件。
• acpid：电源管理。
• syslogd：日志维护。

守护进程的创建

原生创建守护进程

创建步骤：

1. 设置文件掩码：umask(0)，确保文件权限符合预期。
2. 创建新会话：fork() 后父进程退出，子进程调用 setsid() 与终端脱离。
3. 忽略SIGCHLD：signal(SIGCHLD, SIG_IGN)，避免僵尸进程。
4. 再次fork（可选）：确保子进程不是会话首进程，防止重新关联终端。
5. 更改目录（可选）：chdir("/")，便于绝对路径访问资源。
6. 重定向IO（可选）：将标准输入/输出/错误重定向至 /dev/null。

代码示例：

#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main() {umask(0);if (fork() > 0) exit(0);setsid();signal(SIGCHLD, SIG_IGN);if (fork() > 0) exit(0);chdir("/");close(0);int fd = open("/dev/null", O_RDWR);dup2(fd, 1);dup2(fd, 2);while (1);return 0;
}

验证：

• ps axj：TPGID为 -1，TTY为 ?。
• PID ≠ PGID ≠ SID，非组长且独立会话。
• /proc/<pid>：工作目录为 /，IO重定向至 /dev/null。

调用daemon函数创建守护进程

int daemon(int nochdir, int noclose);

• 参数：
  • nochdir：0时更改目录为 /。
  • noclose：0时重定向IO至 /dev/null。
• 示例：

#include <unistd.h>
int main() {daemon(0, 0);while (1);return 0;
}

特点：创建的守护进程是会话首进程（SID=PID），未防止终端关联。

模拟实现daemon函数

自定义实现：

#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
void my_daemon(int nochdir, int noclose) {umask(0);if (fork() > 0) exit(0);setsid();signal(SIGCHLD, SIG_IGN);if (fork() > 0) exit(0);if (!nochdir) chdir("/");if (!noclose) {close(0);int fd = open("/dev/null", O_RDWR);dup2(fd, 1);dup2(fd, 2);}
}
int main() {my_daemon(0, 0);while (1);return 0;
}

优势：比系统 daemon 多一步 fork，更彻底脱离终端。

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总结

• 任务管理：通过进程组、作业和会话实现前后台控制，jobs、fg、bg 等命令提供灵活操作。
• 守护进程：后台运行的特殊进程，创建需脱离终端，可通过原生步骤或 daemon 函数实现。