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Android C++ 系列:Linux 进程间关系

作者:轻口味
  • 2021 年 12 月 02 日
  • 本文字数:2936 字

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Android C++系列:Linux进程间关系

1. 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(Controlling Terminal),在前面文章我们说过,控制终端是保存在 PCB 中的信 息,而我们知道 fork 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输出都 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。在前面信号文章中还提过,在控制终端输入一些特殊的控制键可以给前台 进程发信号,例如Ctrl-C表示 SIGINT,Ctrl-\表示 SIGQUIT。


init-->fork-->exec-->getty-->用户输入账号-->login-->输入密码-->exec-->shell
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文件与 I/O 文章中提过,每个进程都可以通过一个特殊的设备文件/dev/tty 访问它的控制终 端。事实上每个终端设备都对应一个不同的设备文件,/dev/tty 提供了一个通用的接口,一 个进程要访问它的控制终端既可以通过/dev/tty 也可以通过该终端设备所对应的设备文件来 访问。ttyname 函数可以由文件描述符查出对应的文件名,该文件描述符必须指向一个终端 设备而不能是任意文件。下面我们通过实验看一下各种不同的终端所对应的设备文件名。


#include <unistd.h> #include <stdio.h>int main() {  printf("fd 0: %s\n", ttyname(0));   printf("fd 1: %s\n", ttyname(1));   printf("fd 2: %s\n", ttyname(2));   return 0;}
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硬件驱动程序负责读写实际的硬件设备,比如从键盘读入字符和把字符输出到显示器, 线路规程像一个过滤器,对于某些特殊字符并不是让它直接通过,而是做特殊处理,比如在 键盘上按下 Ctrl-Z,对应的字符并不会被用户程序的 read 读到,而是被线路规程截获,解释成 SIGTSTP 信号发给前台进程,通常会使该进程停止。线路规程应该过滤哪些字符和做哪些特殊处理是可以配置的。



1.1 网络终端

虚拟终端或串口终端的数目是有限的,虚拟终端(字符控制终端)一般就是/dev/tty1∼/ dev/tty6 六个,串口终端的数目也不超过串口的数目。然而网络终端或图形终端窗口的数目 却是不受限制的,这是通过伪终端(Pseudo TTY)实现的。一套伪终端由一个主设备(PTY Master)和一个从设备(PTY Slave)组成。主设备在概念上相当于键盘和显示器,只不过 它不是真正的硬件而是一个内核模块,操作它的也不是用户而是另外一个进程。从设备和上 面介绍的/dev/tty1 这样的终端设备模块类似,只不过它的底层驱动程序不是访问硬件而是 访问主设备。网络终端或图形终端窗口的 Shell 进程以及它启动的其它进程都会认为自己的 控制终端是伪终端从设备,例如/dev/pts/0、/dev/pts/1 等。下面以 telnet 为例说明网络登 录和使用伪终端的过程。



如果 telnet 客户端和服务器之间的网络延迟较大,我们会观察到按下一个键之后要过几秒钟才能回显到屏幕上。这说明我们每按一个键 telnet 客户端都会立刻把该字符发送给服务 器,然后这个字符经过伪终端主设备和从设备之后被 Shell 进程读取,同时回显到伪终端从 设备,回显的字符再经过伪终端主设备、telnetd 服务器和网络发回给 telnet 客户端,显示 给用户看。也许你会觉得吃惊,但真的是这样:每按一个键都要在网络上走个来回!

2. 进程组

一个或多个进程的集合,进程组 ID 是一个正整数。 用来获得当前进程进程组 ID 的函数:


pid_t getpgid(pid_t pid) pid_t getpgrp(void)
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获得父子进程进程组


#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>int main(void) {  pid_t pid;  if ((pid = fork()) < 0) {       perror("fork");      exit(1);  }else if (pid == 0) {    printf("child process PID is %d\n",getpid());     printf("Group ID is %d\n",getpgrp());     printf("Group ID is %d\n",getpgid(0));     printf("Group ID is %d\n",getpgid(getpid()));     exit(0);  }  sleep(3);  printf("parent process PID is %d\n",getpid());   printf("Group ID is %d\n",getpgrp());  return 0; }
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组长进程标识:其进程组 ID==其进程 ID


组长进程可以创建一个进程组,创建该进程组中的进程,然后终止,只要进程组中有一 个进程存在,进程组就存在,与组长进程是否终止无关


进程组生存期:进程组创建到最后一个进程离开(终止或转移到另一个进程组) 一个进程可以为自己或子进程设置进程组 ID


int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid) 
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  • 如改变子进程为新的组,应在 fork 后,exec 前使用

  • 非 root 进程只能改变自己创建的子进程,或有权限操作的进程


setpgid()加入一个现有的进程组或创建一个新进程组,如改变父子进程为新的组


#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h>int main(void) {  pid_t pid;  if ((pid = fork()) < 0) {     perror("fork");    exit(1);  } else if (pid == 0) {    printf("child process PID is %d\n",getpid());    printf("Group ID of child is %d\n",getpgid(0)); // 返回组id sleep(5);    printf("Group ID of child is changed to %d\n",getpgid(0));     exit(0);  }  sleep(1);  setpgid(pid,pid); // 父进程改变子进程的组id为子进程本身  sleep(5);  printf("parent process PID is %d\n",getpid());  printf("parent of parent process PID is %d\n",getppid());   printf("Group ID of parent is %d\n",getpgid(0));   setpgid(getpid(),getppid()); // 改变父进程的组id为父进程的父进程   printf("Group ID of parent is changed to %d\n",getpgid(0));  return 0; }
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3. 会话

 pid_t setsid(void)
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  1. 调用进程不能是进程组组长,该进程变成新会话首进程(session header)

  2. 该进程成 为一个新进程组的组长进程。

  3. 需有 root 权限(ubuntu 不需要)

  4. 新会话丢弃原有的控制终端,该会话没有控制终端

  5. 该调用进程是组长进程,则出错返回

  6. 建立新会话时,先调用 fork, 父进程终止,子进程调用


 pid_t getsid(pid_t pid)
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pid 为 0 表示察看当前进程 session ID


ps ajx 命令查看系统中的进程。参数 a 表示不仅列当前用户的进程,也列出所有其他用 户的进程,参数 x 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,参数 j 表示 列出与作业控制相关的信息。


组长进程不能成为新会话首进程,新会话首进程必定会成为组长进程。


#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h>int main(void) {  pid_t pid;  if ((pid = fork())<0) {     perror("fork");    exit(1);  } else if (pid == 0) {    printf("child process PID is %d\n", getpid());     printf("Group ID of child is %d\n", getpgid(0));     printf("Session ID of child is %d\n", getsid(0));     sleep(10);    setsid(); // 子进程非组长进程,故其成为新会话首进程,且成为组长进程。该进程组id即为会话进程         printf("Changed:\n");    printf("child process PID is %d\n", getpid());    printf("Group ID of child is %d\n", getpgid(0));    printf("Session ID of child is %d\n", getsid(0));     sleep(20);    exit(0);  }  return 0; }
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4.总结

本文介绍了 linux 终端的进程知识,本地终端、网络终端的虚拟终端原理;进程组概念 getpgid、getpgrp;进程会话概念 setsid 等。

发布于: 16 小时前阅读数: 9
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🏆2021年InfoQ写作平台-签约作者 🏆 2017.10.17 加入

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