进程关系

终端登录

对于终端设备登陆，系统管理员首先创建一个配置文件，每一个终端设备在配置文件中占一行。当系统自举时，内核创建进程ID为1的进程，即init进程。init进程使系统进入多用户模式，它读取终端设备的配置文件，对灭一个允许登录的终端设备，它调用一次fork，然后用生成的子进程调用exec，执行getty程序。而getty则对终端设备调用open函数，以读写方式打开终端。如果设备时调制解调器，则open会在驱动中滞留，知道用户拨号调制解调器，并且线路被接通。一旦设备被打开，文件描述符0，1，2就被舍知道该设备，然后getty输入login：之类的信息，等到用户输入用户名。

一旦用户输入了用户名，那么getty的工作就完成了，然后它调用login程序，提示用户输入密码，如果用户输入正确，那么：

• 将当前工作目录改为用户的起始目录。
• 调用chown更改终端的所有权，是登录用户称为它的所有者
• 更改终端设备的访问权限为当前用户可读写
• 调用setgid和initgroups设置进程的组ID
• 用login得到的所有信息初始化环境：HOME、shell、USERNAME、LOGNAME以及一个系统默认路径（PATH）。
• login进程更改为登录用户的用户ID（setuid）并调用该用户的登录shell。

执行流程示意如下：

注意一点，init是以特权模式运行的，login因为也在特权模式下运行，setuid会改变进程的3个用户ID：实际用户ID、有效用户ID和保存的设置用户ID。

当用户登出时，shell进程被终止，于是init进程得到通知，它会对终端设备重复上述过程。

网络登录

网络登录和通过串行终端登录的不同之处在于init进程无法知道会有多少个用户通过网络登录，它也就无法通过预先配置终端文件生成进程的方式来等到用户登录。

当用户通过网络来登录时，守护进程inetd（linux下时xinetd）会收到请求，它fork一个进程来处理这个连接请求。一个telnet登录示意如下：

telnetd进程打开一个伪终端设备，并用fork分成两个进程，父进程负责处理网络请求，子进程则执行login。父进程和子进程通过伪终端相连接。

需要理解的重点是：我们得到一个登录shell时，其标准输入、标准输出和标准错误要么连接到一个终端设备，要么连接到一个伪终端设备。

进程组

进程组是一个或者多个进程的集合。通常，它们是在同一作业中结合起来的，同一进程组的各个进程收到来自统一终端的各种信号。每个进程组有一个唯一的进程组ID。每一个进程组有一个组长进程，组长进程的进程ID即进程组ID。需要注意的是，如果组长进程退出了，进程组仍然存在，而且进程组ID不变，只有当进程组内所有的进程都退出了，那么进程组的生命周期才算结束。

相关接口：

#include <unistd.h>
pid_t getpgrp();		/* 返回当前进程组ID*/

pid_t getpgid(pid_t pid);		/* 返回进程ID为pid的进程组ID，pid = 0时和`getpgrp`等效 */

int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);		/* 加入一个现有进程组或创建一个新进程组，进程职能为它自己和其子										进程设置进程组 */

会话

会话（session）是一个或者多个进程组的集合。通常是由shell的管道将几个进程变成一组。

#include <unistd.h>

pid_t setsid();

setsid函数建立一个新的会话。函数调用成功的前提是调用进程不是一个进程组的组长进程。如果调用成功：

• 进程变成新会话进程的首进程（session leader）
• 该进程称为一个新的进程组的组长进程，进程组ID为当前进程ID，会话ID也为当前进程ID。
• 该进程没有控制终端，如果在调用setsid之前有控制终端，这个联系也被切断。

#include <unistd.h>

pid_t getsid(pid_t pid);

getsid函数返回对应进程的会话首进程的进程组ID，如果pid == 0那么返回当前进程的对应值。出于安全考虑，如果pid不属于调用者所在的会话，那么调用失败。

控制终端

会话和进程组还有一些其他特性：

• 一个会话可以有一个控制终端（controlling terminal），这通常是终端或者伪终端设备。
• 与控制终端建立连接的会话首进程称为控制进程。
• 一个会话的进程组可以被分割为一个前台进程组（foreground process group）和若干个后台进程组（background process group）。
• 如果一个会话有一个控制终端，则它有一个前台进程组
• 中断键（Ctrl-C）、退出键（Ctrl-\）都被发送至前台进程组的所有进程。
• 如果终端断开连接，则挂断信息发送至控制进程。

特性示意：

有时候后台进程组也需要和终端交互，这时候后台进程组可以打开终端设备。当然用户也可以配置终端以防止后台进程和终端进行交互。

#include <unistd.h>

pid_t tcgetpgrp(int fd);		/* 返回前台进程组ID，它与fd上打开的终端相关联 */
int tcsetpgrp(int fd, pid_t pgrpid);		/* 将前台进程组设置为pgrpid，fd必须饮用该会话的控制终端 */
pid_t tcgetsid(int fd);		/* 得到控制控端的会话首进程的会话ID */

孤儿进程组

POSIX.1将孤儿进程组定义为：该组的成员的父进程要么是该组的一个成员，要么不是改组所属会话的成员。POSIX.1要求向新的孤儿进程组中处于停滞状态的每一个成员发送挂断信号（SIGHUP），接着又向其发送继续信号（SIGCONT）。

一个孤儿进程的例子如下：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>

static void sig_hup(int signo) {
    printf("SIGHUP received, pid=%ld\n", (long)getpid());
}

static void pr_ids(char *name) {
    printf("%s: pid = %ld, ppid = %ld, pgrp = %ld, tpgrp = %ld\n",
	   name, (long)getpid(), (long)getppid(), (long)getpgrp(), (long)tcgetpgrp(STDIN_FILENO));
    fflush(stdout);
}

int main(int argc, char *argv[]){

    char c;
    pid_t pid;

    pr_ids("parent");
    if ((pid = fork()) < 0) {
	perror("fork error");
	exit(-1);
    } else if (pid > 0) {
	sleep(5);
    } else {
	pr_ids("child");
	signal(SIGHUP, sig_hup);
	kill(getpid(), SIGTSTP);
	pr_ids("child");
	if (read(STDIN_FILENO, &c, 1) != 1) {
	    printf("read error %d on controlling TTY\n", errno);
	}
    }
    return 0;
}

子进程设置SIGHUP信号的处理函数后将自己停止，当父进程退出后，子进程变成一个新的孤儿进程组的成员，于是系统向这个进程组发送SIGHUP信号，子进程的处理函数被触发，之后子进程又收到SIGCONT信号，程序继续执行。

输出：

➜  ~ ./a.out 
parent: pid = 16564, ppid = 4501, pgrp = 16564, tpgrp = 16564
child: pid = 16565, ppid = 16564, pgrp = 16564, tpgrp = 16564
SIGHUP received, pid=16565                                                                                                                                                                                                                    
child: pid = 16565, ppid = 1, pgrp = 16564, tpgrp = 4501
read error 5 on controlling TTY

由于子进程是孤儿进程组，它如果尝试向终端读取数据，就会出错。