基本概念
一、进程
进程与程序的区别：程序是指的存储在存储设备上（如磁盘）包含了可执行机器指 令（二进制代码）和数据的静态实体；而进程可以认为是已经被OS从磁盘加载到内存上的、动态的、可运行的指令与数据的集合，是在运行的动态实体。
二、进程组
每个进程除了有一个进程ID之外，还属于一个进程组。进程组是一个或多个进程的集合。通常，它们与同一作业相关联，可以接收来自同一终端的各种信号。每个进程组有一个唯一的进程组ID。每个进程组都可以有一个组长进程。组长进程的标识是，其进程组ID等于其进程ID。
组长进程可以创建一个进程组，创建该组中的进程，然后终止。只要在某个进程组中一个进程存在，则该进程组就存在，这与其组长进程是否终止无关。
三、作业
Shell分前后台来控制的不是进程而是作业（Job）或者进程（Process Group）。一个前台作业可以由多个进程组成，一个后台也可以由多个进程组成，Shell可以运行一个前台作业和任意多个后台作业，这称为作业控制。
作业与进程组的区别：如果作业中的某个进程又创建了子进程，则子进程不属于作业。一旦作业运行结束，Shell就把自己提到前台，如果原来的前台进程还存在（如果这个子进程还没终止），它自动变为后台进程组。
示例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork");
return -1;
}
else if(id == 0) //child
{
while(1)
{
printf("child\n");
sleep(1);
}
}
else //father
{
int count = 0;
while(count < 5)
{
printf("father\n");
++count;
sleep(1);
}
exit(0);
}
return 0;
}父子进程同时向终端输出信息，5秒之后父进程退出，但子进程仍在继续。（只能通过kill命令杀死该进程）
四、会话
会话（Session）是一个或多个进程组的集合。
一个会话可以有一个控制终端。这通常是登陆到其上的终端设备（在终端登陆情况下）或伪终端设备（在网络登陆情况下）。建立与控制终端连接的会话首进程被称为控制进程。一个会话中的几个进程组可被分为一个前台进程组以及一个或多个后台进程组。所以一个会话中，应该包括控制进程（会话首进程），一个前台进程组和任意后台进程组。
示例：
其中proc1与proc2属于同一个后台进程组，proc3，proc4和proc5属于同一个前台进程组，Shell本身属于一个单独的进程组。这些进程组的控制终端相同，它们同属于一个会话，当用户在控制终端输入特殊的控制键（如Ctrl+C，产生SIGINT,Ctrk+\,产生SIGQUIT,Ctrl+Z,产生SIGTSTP），内核发送相应的信号给前台进程组中的所有进程。
五、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),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。此外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。
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。
示例：
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("fd: %d -> %s\n",0, ttyname(0));
printf("fd: %d -> %s\n",1, ttyname(1));
printf("fd: %d -> %s\n",2, ttyname(2));
return 0;
}
再打开一个终端运行该程序：
再打开一个终端运行该程序：
将终端0的运行结果重定向到终端1
我们发现，终端1的标准输出变成了终端1的。而标准输入和标准错误没有变化，还是终端0
作业控制
会话（Session）与进程组
事实上,Shell分前后台来控制的不是进程而是作业 (Job)或者进程组(ProcessGroup)。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(Job Control)。
其中proc1和proc2属于同一个后台进程组,proc3、proc4、proc5属于同一个前台进程组,Shell进程本身属于一个单独的进程组。这些进程组的控制终端相同,它们属于同一个Session。当用户在控制终端输入特殊的控制键(例如Ctrl-C)时,内核会发送相应的信号(例如SIGINT)给前台进程组的所有进程。
shell执行命令的过程：
由Shell进程fork出的子进程本来具有和Shell相同的Session、进程组和控制终端,但是Shell调用setpgid函数将作业中的某个子进程指定为一个新进程组的Leader,然后调用setpgid将该作业中的其它子进程也转移到这个进程组中。如果这个进程组需要在前台运行,就调用tcsetpgrp函数将它设置为前台进程组,由于一个Session只能有一个前台进程组,所以Shell所在的进程组就自动变成后台进程组。在上面的例子中,proc3、proc4、proc5被Shell放到同一个前台进程组,其中有一个进程是该进程组的Leader,Shell调用wait等待它们运行结束。一旦它们全部运行结束,Shell就调用tcsetpgrp函数将自己提到前台继续接受命令。但是注意,如果proc3、proc4、proc5中的 某个进程又fork出子进程,子进程也属于同一进程组,但是Shell并不知道子进程的存在,也不会调用wait等待它结束。换句话说,proc3 | proc4 | proc5是Shell的作业,而这个子进程不是,这是作业和进程组在概念上的区别。一旦作业运行结束,Shell就把自己提到前台,如果原来的前台进程组还存在(如果这个子进程还没终止),则它自动变成后台进程组。
示例：
这个作业由ps和cat两个进程组成,在前台运行。从PPID列可以看出这两个进程的父进程是bash。从PGRP列可以看出,bash在id为5122的进程组中,这个id等于bash的进程id,所以它是进程组的Leader,而两个子进程在id为8762的进程组中,ps是这个进程组的Leader。从SESS可以看出三个进程都在同一Session中,bash是Session Leader。从TPGID可以看出,前台进程组的id是6576,也就是两个子进程所在的进程组。
这个作业由ps和cat两个进程组成,在后台运行,bash不等作业结束就打印提示信息[1] 7141然后给出提示符接受新的命令,[1]是作业的编号,如果同时运行多个作业可以用这个编号区分,7141是该作业中某个进程的id。
与作业控制有关的信号
将cat放到后台运行,由于cat需要读标准输入(也就是终端输入),而后台进程是不能读终端输入的,因此内核发SIGTTIN信号给进程,该信号的默认处理动作是使进程停止。
jobs命令可以查看当前有哪些作业。fg命令可以将某个作业提至前台运行,如果该作业的进程组正在后台运行则提至前台运行,如果该作业处于停止状态,则给进程组的每个进程发SIGCONT信号使它继续运行。参数%1表示将第1个作业提至前台运行。cat提到前台运行后,挂起等待终端输入,当输入hello并回车后,cat打印出同样的一行,然后继续挂起等待输入。如果输入Ctrl-Z则向所有前台进程发SIGTSTP信号,该信号的默认动作是使进程停止，cat继续以后台作业的形式存在。
bg命令可以让某个停止的作业在后台继续运行,也需要给该作业的进程组的每个进程发SIGCONT信号。cat进程继续运行,又要读终端输入,然而它在后台不能读终端输入,所以又收到SIGTTIN信号而停止。
用kill命令给一个停止的进程发SIGTERM信号,这个信号并不会立刻处理,而要等进程准备继续运行之前处理,默认动作是终止进程。但如果给一个停止的进程发SIGKILL信号就不同了。如下：
SIGKILL信号既不能被阻塞也不能被忽略,也不能用自定义函数捕捉,只能按系统的默认动作立刻处理。与此类似的还有SIGSTOP信号,给一个进程发SIGSTOP信号会使进程停止,这个默认的处理动作不能改变。这样保证了不管什么样的进程都能用SIGKILL终止或者用SIGSTOP停止,当系统出现异常时管理员总是有办法杀掉有问题的进程或者暂时停掉怀疑有问题的进程。
守护进程
守护进程（Daemon）是运行在后台的一种特殊进程。它独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些发生的事件。守护进程是一种很有用的进程。Linux的大多数服务器就是用守护进程实现的。比如，Internet服务器inetd，Web服务器httpd等。同时，守护进程完成许多系统任务。比如，作业规划进程crond，打印进程lpd等。（这里的结尾字母d就是Daemon的意思）
linux创建守护进程的步骤如下：
创建守护进程最关键的一步是调用setsid函数创建一个新的Session,并成为Session Leader。该函数调用成功时返回新创建的Session的id(其实也就是当前进程的id),出错返回-1。注意,调用这个函数之前,当前进程不允许是进程组的Leader,否则该函数返回-1。要保证当前进程不是进程组的Leader也很容易,只要先fork再调用setsid就行了。fork创建的子进程和父进程在同一个进程组中,进程组的Leader必然是该组的第一个进程,所以子进程不可能是该组的第一个进程,在子进程中调用setsid就不会有问题了。
成功调用该函数的结果是:
1. 创建一个新的Session,当前进程成为Session Leader,当前进程的id就是Session的id。
2. 创建一个新的进程组,当前进程成为进程组的Leader,当前进程的id就是进程组的id。
3. 如果当前进程原本有一个控制终端,则它失去这个控制终端,成为一个没有控制终端的进程。所谓失去控制终端是指,原来的控制终端仍然是打开的,仍然可以读写,但只是一个普通的打开文件而不是控制终端了。
创建守护进程
1. 调用umask将文件模式创建屏蔽字设置为0.
2. 调用fork，父进程退出（exit）。
原因：
1）如果该守护进程是作为一条简单的shell命令启动的，那么父进程终止使得shell认为该命令已经执行完毕。
2）保证子进程不是一个进程组的组长进程。
3. 调用setsid创建一个新会话。setsid会导致：
1）调用进程成为新会话的首进程。
2）调用进程成为一个进程组的组长进程 。
3）调用进程没有控制终端。（再次fork一次，保证daemon进程，之后不会打开tty设备）
4. 将当前工作目录更改为根目录。
5. 关闭不在需要的文件描述符。
6. 其他：忽略SIGCHLD信号。
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