UNIX高级环境编程（12）进程关联（Process Relationships）- 终端登录过程 ，进程组，Session

在前面的章节我们了解到，进程之间是有关联的：

• 每个进程都有一个父进程；
• 子进程退出时，父进程可以感知并且获取子进程的退出状态。

本章我们将了解：

• 进程组的更多细节；
• sessions的内容；
• login shell和我们从login shell启动的进程之间的关系。

 

一 终端登录（Terminal Logins）

BSD Terminal Logins

 BSD终端的登录程序在过去35年都没有改变。

1. 系统管理员（the system adminstrator）创建一个文件 /etc/ttys，每一个登录终端都在该文件占一行，改行包含登录终端名，其他的参数则会传递给getty函数。
2. 其中一个参数是终端的传输波特率（baud rate）。
3. 当系统引导完成，内核创建init进程，进程ID为1。init进程负责引导系统启动。
4. init进程读取文件/etc/ttys，并为每一个登录设备fork一个进程，然后执行exec运行getty程序。

 上面的流程如下图所示：

由init进程fork创建的进程的real user ID为0，effective user ID为0，并且他们都有超级用户权限。

程序getty的职责：为终端设备调用open函数，一旦设备被打开，文件描述符0，1，2被设置给该设备。然后getty输出一些提示符，等待我们输入用户名。当我们输入用户名后，getty的工作就完成了，然后通过调用exec函数执行登录函数，如下。

execle(“/bin/login”, “login”, “-p”, username, (char *)0, envp);

增加了login程序后，流程如下图所示：

上图中fork出来的进程都有超级用户权限，因为他们都是从init进程fork出来，而init进程有超级用户权限。

下面的进程的进程ID都是相同的，因为exec函数不改变进程的ID，并且他们的父进程的ID都是1。

现在登录程序转到login程序执行，login程序会做下面的事情：

1. 根据我们输入的用户名，调用函数getpwnam获取用户名对应的密码；
2. 调用函数getpass打印提示符 Password: ，等待读取我们输入的密码；
3. 对我们输入的密码进行加密，将加密后的密码和从系统密码文件获取的密码进行对比，如果密码不同，则login程序调用exit函数退出，并返回退出状态1。init进程得到1的进程终止状态，则会再次执行fork进行登录重试。

如果我们正确登录，则login程序会继续做下面的事情：

1. 当前工作目录切换到我们的主目录（chdir）；
2. 改变我们的终端设备的所有权为我们自己所有（chown）；
3. 改变我们的终端设备的权限，使得我们可以从该终端设备读取和输入；
4. 设置我们的组ID（setgid和initgroups）;
5. 初始化我们的环境变量；
6. 改变我们的用户ID（setuid），激活我们的登录shell ，如execl(“/bin/sh”, “-sh”, (char *)0);

 过程如下图所示：

我们的shell已经启动后，会去读取启动文件（.profile或.bash_profile或.bash_login或.profile，不同的系统启动文件的命名不同）。这些启动文件的作用是增加系统的环境变量，设置一些全局变量，链接等。

 

2 网络登录（Network Logins）

物理登录和网络登录的区别在于：登录终端到主机的连接是否是点对点的。

网络登录情况下，登录是一种可用服务，就像其他的服务，如FTP或SMTP。

网络登录服务特点是不知道会有多少登录请求会来。所以内核不是在等待每一个可能的登录，而是通过网络接口驱动（network interface drivers）在等待一个网络连接登录请求。

为了统一处理物理登录和网络登录，一个软件驱动，叫做虚拟终端（pseudo terminal）被用来用将网络登录后的行为请求映射为真实终端的行为。

BSD Network Logins

进程inetd等待处理大部分的网络连接。

下面我们将了解网络登录的过程。

1. 系统启动时，init进程创建一个shell执行脚本/etc/rc，其中一个后台进程就是inetd。一旦该脚本终止，inetd进程的父进程就成为了init进程；
2. inetd的职责是等待TCP/IP连接请求，一旦有新的连接请求到来，inetd会执行fork and exec执行相应的处理程序；
3. telnetd程序会启动一个TELNET服务器，等待用户远程登录，用户通过TCP协议链接服务器，并通过合法的用户密码进行登录。

启动telnetd程序的过程如下图所示：

 

telnetd进程启动后的动作为：

1. 打开一个虚拟终端（pseudo teminal），然后调用fork创建出两个进程；
2. 父进程处理来自网络的连接请求；
3. 子进程执行exec函数调用login程序；
4. 父进程和子进程通过虚拟终端链接；
5. 如果子进程正确登录，则后面的过程和物理登录相同。

过程如下图所示：

 

 3 进程组（Process Groups）

每一个进程都属于一个进程组。

进程组是一些进程的集合，这些进程常常关联于同一个job，并且从同一个终端接收信号。

每一个进程组都有一个唯一的进程组ID。

函数getpgrp返回调用进程的进程组ID。

函数声明：

 #include <unistd.h>

pid_t getpgrp(void);

        // Returns: process group ID of calling process

 

pid_t getpgid(pid_t pid);

        // Returns: process group ID if OK, -1 on error

函数调用getpgid(0); 和函数调用getpgrp(); 作用相同，都返回调用进程的进程组ID。

每个进程组都有个头进程，该进程的进程ID和进程组ID相同。

进程组的生命周期：从一个进程创建一个组开始，只到最有一个组内进程终止或者成为另外一个组的进程为止。

一个进程可以调用函数setpgid加入到另一个进程组或者创建一个进程组。

函数声明：

 #include <unistd.h>

int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);

函数设置进程ID为pid的进程的进程组ID为pgid。

如果pid和pgid相同，都为某个进程的进程ID，则进程pid成为一个进程组的头进程。

如果pid为0，则表示待设置的进程为当前进程。

 

4 Sessions

一个session是一个或几个进程组的集合。

例如下图所示：

一个进程通过调用函数setsid创建一个新的session。

函数声明：

 #include <unistd.h>

pid_t setsid(void);

        // Returns: process group ID if OK, -1 on error

如果调用进程不是组头进程，则会发生三件事：

1. 该进程成为创建的新session的session leader；
2. 该进程成为一个新进程组的头进程，新进程组ID为该调用进程的进程号；
3. 该进程不关联终端。

函数getsid返回一个session leader进程的进程组ID。

函数声明：

#include <unistd.h>

pid_t getsid(pid_t pid);

        // Returns: session leader’s process group ID if OK, -1 on error

如果pid为0，函数getsid返回调用进程所在的session leader进程的进程组号。

 

 

参考资料：

《Advanced Programming in the UNIX Envinronment 3rd》