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

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;
}

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)

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; 
}

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) 

• 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; 
}

3. 会话

 pid_t setsid(void)

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)

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; 
}

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。