linux进程组

1. linux 进程管理之进程调度与切换

我们知道，进程运行需要各种各样的系统资源，如内存、文件、打印机和最

宝贵的 CPU 等，所以说，调度的实质就是资源的分配。系统通过不同的调度算法（Scheling Algorithm）来实现这种资源的分配。通常来说，选择什么样的调度算法取决于资源分配的策略（Scheling Policy）。

有关调度相关的结构保存在 task_struct 中，如下：

active_mm 是为内核线程而引入的，因为内核线程没有自己的地址空间，为了让内核线程与普通进程具有统一的上下文切换方式，当内核线程进行上下文切换时，让切换进来的线程的 active_mm 指向刚被调度出去的进程的 active_mm（如果进程的mm 域不为空，则其 active_mm 域与 mm 域相同）。

在 linux 2.6 中 sched_class 表示该进程所属的调度器类有3种：

进程的调度策略有5种，用户可以调用调度器里不同的调度策略：

在每个 CPU 中都有一个自身的运行队列 rq，每个活动进程只出现在一个运行队列中，在多个 CPU 上同时运行一个进程是不可能的。

运行队列是使用如下结构实现的：

tast 作为调度实体加入到 CPU 中的调度队列中。

系统中所有的运行队列都在 runqueues 数组中，该数组的每个元素分别对应于系统中的一个 CPU。在单处理器系统中，由于只需要一个就绪队列，因此数组只有一个元素。

内核也定义了一下便利的宏，其含义很明显。

Linux、c/c++服务器开发篇-------我们来聊聊进程的那些事

Linux内核 进程间通信组件的实现

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在分析调度流程之前，我们先来看在什么情况下要执行调度程序，我们把这种情况叫做调度时机。

Linux 调度时机主要有。

时机1，进程要调用 sleep() 或 exit() 等函数进行状态转换，这些函数会主动调用调度程序进行进程调度。

时机2，由于进程的时间片是由时钟中断来更新的，因此，这种情况和时机4 是一样的。

时机3，当设备驱动程序执行长而重复的任务时，直接调用调度程序。在每次反复循环中，驱动程序都检查 need_resched 的值，如果必要，则调用调度程序 schele() 主动放弃 CPU。

时机4 ， 如前所述， 不管是从中断、异常还是系统调用返回， 最终都调用 ret_from_sys_call()，由这个函数进行调度标志的检测，如果必要，则调用调用调度程序。那么，为什么从系统调用返回时要调用调度程序呢？这当然是从效率考虑。从系统调用返回意味着要离开内核态而返回到用户态，而状态的转换要花费一定的时间，因此，在返回到用户态前，系统把在内核态该处理的事全部做完。

Linux 的调度程序是一个叫 Schele() 的函数，这个函数来决定是否要进行进程的切换，如果要切换的话，切换到哪个进程等。

从代码分析来看，Schele 主要完成了2个功能：

进程上下文切换包括进程的地址空间的切换和执行环境的切换。

对于 switch_mm 处理，关键的一步就是它将新进程页面目录的起始物理地址装入到寄存器 CR3 中。CR3 寄存器总是指向当前进程的页面目录。

switch_to 把寄存器中的值比如esp等存放到进程thread结构中，保存现场一边后续恢复，同时调用 __switch_to 完成了堆栈的切换。

在进程的 task_struct 结构中有个重要的成分 thread，它本身是一个数据结构 thread_struct, 里面记录着进程在切换时的（系统空间）堆栈指针，取指令地址（也就是“返回地址”）等关键性的信息。

关于__switch_to 的工作就是处理 TSS （任务状态段）。

TSS 全称task state segment，是指在操作系统进程管理的过程中，任务（进程）切换时的任务现场信息。

linux 为每一个 CPU 提供一个 TSS 段，并且在 TR 寄存器中保存该段。

linux 中之所以为每一个 CPU 提供一个 TSS 段，而不是为每个进程提供一个TSS 段，主要原因是 TR 寄存器永远指向它，在任务切换的适合不必切换 TR 寄存器，从而减小开销。

在从用户态切换到内核态时，可以通过获取 TSS 段中的 esp0 来获取当前进程的内核栈 栈顶指针，从而可以保存用户态的 cs,esp,eip 等上下文。

TSS 在任务切换过程中起着重要作用，通过它实现任务的挂起和恢复。所谓任务切换是指，挂起当前正在执行的任务，恢复或启动另一任务的执行。

在任务切换过程中，首先，处理器中各寄存器的当前值被自动保存到 TR（任务寄存器）所指定的任务的 TSS 中；然后，下一任务的 TSS 被装入 TR；最后，从 TR 所指定的 TSS 中取出各寄存器的值送到处理器的各寄存器中。由此可见，通过在 TSS 中保存任务现场各寄存器状态的完整映象，实现任务的切换。

因此，__switch_to 核心内容就是将 TSS 中的内核空间（0级）堆栈指针换成 next->esp0。这是因为 CPU 在穿越中断门或者陷阱门时要根据新的运行级别从TSS中取得进程在系统空间的堆栈指针。

thread_struct.esp0 指向进程的系统空间堆栈的顶端。当一个进程被调度运行时，内核会将这个变量写入 TSS 的 esp0 字段，表示这个进程进入0级运行时其堆栈的位置。换句话说，进程的 thread_struct 结构中的 esp0 保存着其系统空间堆栈指针。当进程穿过中断门、陷阱门或者调用门进入系统空间时，处理器会从这里恢复期系统空间栈。

由于栈中变量的访问依赖的是段、页、和 esp、ebp 等这些寄存器，所以当段、页、寄存器切换完以后，栈中的变量就可以被访问了。

因此 switch_to 完成了进程堆栈的切换，由于被切进的进程各个寄存器的信息已完成切换，因此 next 进程得以执行指令运行。

由于 A 进程在调用 switch_to 完成了与 B 进程堆栈的切换，也即是寄存器中的值都是 B 的，所以 A 进程在 switch_to 执行完后，A停止运行，B开始运行，当过一段时间又把 A 进程切进去后，A 开始从switch_to 后面的代码开始执行。

schele 的调用流程如下：

2. linux 如何查看某个进程的用户和用户组

"在Linux下查看用户属于哪个组有很多种方法，下面介绍常用的方法：
1.使用groups命令，后不加用户显示自己属于哪个组，如果后接用户名，则显示这个用户。
[root@localhost 桌面]# groups
root
[root@localhost 桌面]# groups markzhy
markzhy : markzhy
2.使用id命令，用法同groups命令
[root@localhost 桌面]# id markzhy
uid=1000(markzhy) gid=1000(markzhy) 组=1000(markzhy)
3.直接查看/etc/passwd文件

3. Linux进程的调度

上回书说到 Linux进程的由来 和 Linux进程的创建 ，其实在同一时刻只能支持有限个进程或线程同时运行(这取决于CPU核数量，基本上一个进程对应一个CPU)，在一个运行的操作系统上可能运行着很多进程，如果运行的进程占据CPU的时间很长，就有可能导致其他进程饿死。为了解决这种问题，操作系统引入了 进程调度器 来进行进程的切换，轮流让各个进程使用CPU资源。

1）rq： 进程的运行队列( runqueue)， 每个CPU对应一个 ，包含自旋锁(spinlock)、进程数量、用于公平调度的CFS信息结构、当前运行的进程描述符等。实际的进程队列用红黑树来维护(通过CFS信息结构来访问)。

2）cfs_rq： cfs调度的进程运行队列信息 ，包含红黑树的根结点、正在运行的进程指针、用于负载均衡的叶子队列等。

3）sched_entity： 把需要调度的东西抽象成调度实体 ，调度实体可以是进程、进程组、用户等。这里包含负载权重值、对应红黑树结点、 虚拟运行时vruntime 等。

4）sched_class：把 调度策略(算法)抽象成调度类 ，包含一组通用的调度操作接口。接口和实现是分离，可以根据调度接口去实现不同的调度算法，使一个Linux调度程序可以有多个不同的调度策略。

1） 关闭内核抢占 ，初始化部分变量。获取当前CPU的ID号，并赋值给局部变量CPU， 使rq指向CPU对应的运行队列 。 标识当前CPU发生任务切换 ，通知RCU更新状态，如果当前CPU处于rcu_read_lock状态，当前进程将会放入rnp-> blkd_tasks阻塞队列，并呈现在rnp-> gp_tasks链表中。 关闭本地中断 ，获取所要保护的运行队列的自旋锁， 为查找可运行进程做准备 。

2） 检查prev的状态，更新运行队列 。如果不是可运行状态，而且在内核态没被抢占，应该从运行队列中 删除prev进程 。如果是非阻塞挂起信号，而且状态为TASK_INTER-RUPTIBLE，就把该进程的状态设置为TASK_RUNNING，并将它 插入到运行队列 。

3）task_on_rq_queued(prev) 将pre进程插入到运行队列的队尾。

4）pick_next_task 选取将要执行的next进程。

5）context_switch(rq, prev, next)进行 进程上下文切换 。

1) 该进程分配的CPU时间片用完。

2) 该进程主动放弃CPU(例如IO操作)。

3) 某一进程抢占CPU获得执行机会。

Linux并没有使用x86 CPU自带的任务切换机制，需要通过手工的方式实现了切换。

进程创建后在内核的数据结构为task_struct ， 该结构中有掩码属性cpus_allowed，4个核的CPU可以有4位掩码，如果CPU开启超线程，有一个8位掩码，进程可以运行在掩码位设置为1的CPU上。

Linux内核API提供了两个系统调用 ，让用户可以修改和查看当前的掩码：

1) sched_setaffinity()：用来修改位掩码。

2) sched_getaffinity()：用来查看当前的位掩码。

在下次task被唤醒时，select_task_rq_fair根据cpu_allowed里的掩码来确定将其置于哪个CPU的运行队列，一个进程在某一时刻只能存在于一个CPU的运行队列里。

在Nginx中，使用了CPU亲和度来完成某些场景的工作：

worker_processes      4;

worker_cpu_affinity 0001001001001000;

上面这个配置说明了4个工作进程中的每一个和一个CPU核挂钩。如果这个内容写入Nginx的配置文件中，然后Nginx启动或者重新加载配置的时候，若worker_process是4，就会启用4个worker，然后把worker_cpu_affinity后面的4个值当作4个cpu affinity mask，分别调用ngx_setaffinity，然后就把4个worker进程分别绑定到CPU0～3上。

worker_processes      2;

worker_cpu_affinity 01011010;

上面这个配置则说明了两个工作进程中的每一个和2个核挂钩。

4. linux中怎么使后台进程的输出至控制终端

linux进程组会话控制终端一个进程可以通过fork()调用创建子进程，这些进程就可以构成一个进程组。 进程组--------------------------------------------- 进程组是一个或多个进程的集合。每个进程组有一个称为组长的进程，组长进程就是其进程号(pid)等于进程组号(gid)的进程(即进程组号等于组长的进程号)。进程组的概念有很多用途，最常见的是我们在终端上向前台执行程序发出终止信号(Ctrl-C),同时终止整个进程组的所有进程。 (1). Shell上的一条命令行形成一个进程组 (2). 每个进程属于一个进程组 (3). 每个进程组有一个领头进程(组长) (4). 进程组的生命周期到组中最后一个进程终止, 或加入其他进程组为止 (5). getpgrp: 获得进程组id, 即领头进程的pid (6). 前台进程组和后台进程组 (7). 进程A(假设该进程为组长)和其子进程B属于同一进程组，它们的进程组号(task_struct.gid)都为进程A的进程号(A.pid)会话 --------------------------------------------- 会话期(Session,或者称为会话)则是一个或多个进程组的集合。通常情况下，用户登录后所执行的所有程序都属于一个会话期，而其登录shell则是会话期首进程(Session leader),并且它所使用的中断就是会话期的控制终端(Controlling Terminal),因此会话期的首进程通常也被称为控制进程(Controlling process)。当我们退出登录(logout)时，所有属于这个会话期的进程都将被终止。 (1). 一次登录形成一个会话 (2). 一个会话可包含多个进程组, 但只能有一个前台进程组. (3). setsid()可建立一个新的会话；如果调用该函数的进程不是进程组的领头进程, 该函数才能建立新的会话.调用setsid()之后, 调用进程将成为新会话的领头进程.控制终端--------------------------------------------- (1) 会话的领头进程打开一个终端之后, 该终端就成为该会话的控制终端 (SVR4/linux) (2) 与控制终端建立连接的会话领头进程称为控制进程 (session leader) (3) 一个会话只能有一个控制终端 (4) 产生在控制终端上的输入和信号将发送给会话的前台进程组中的所有进程 (5) 终端上的连接断开时(比如网络断开或Modem断开), 挂起信号将发送到控制进程(session leader)

5. linux 下查看进程用什么命令

linux 下查看进程可以使用的命令：

1、ps命令查找与进程相关的PID号：

2、ps a 显示现行终端机下的所有程序，包括其他用户的程序。

3、ps -A 显示所有程序。

4、ps c 列出程序时，显示每个程序真正的指令名称，而不包含路径，参数或常驻服务的标示。

5、ps -e 此参数的效果和指定"A"参数相同。

6、ps e 列出程序时，显示每个程序所使用的环境变量。

7、ps f 用ASCII字符显示树状结构，表达程序间的相互关系。

8、ps -H 显示树状结构，表示程序间的相互关系。

9、ps -N 显示所有的程序，除了执行ps指令终端机下的程序之外。

10、ps s 采用程序信号的格式显示程序状况。

11、ps S 列出程序时，包括已中断的子程序资料。

12、ps -t<终端机编号> 指定终端机编号，并列出属于该终端机的程序的状况。

13、ps u 以用户为主的格式来显示程序状况。

14、ps x 显示所有程序，不以终端机来区分。

6. linux后台启动进程

父子进程
在linux系统里面，子进程由父进程fork而来，而所有的进程都是由init进程或其子进程fork而来，即init进程是所有进程的祖先。
父子进程的运行是相对独立的，一方的退出不会导致另一方退出。
进程组和会话

Session特点
session可以在任何时候创建，调用setsid函数即可，session中的第一个进程即为session的leader，leader是不能变的。常见的创建session的场景是用户登录，启动bash进程时将会创建新的session，bash进程会作为session的leader，随后bash里面运行的进程（不特殊处理）都将属于这个session。
session的主要特点是当session的leader退出后，session中的所有其它进程将会收到SIGHUP信号，其默认行为是终止进程，即session的leader退出后，session中的其它进程也会退出。
如果session和tty关联的话，它们之间只能一一对应，一个tty只能属于一个session，一个session只能打开一个tty。当然session也可以不和任何tty关联。

进程的启动方式：
1)前台启动：用户输入命令，直接执行程序
2)后台启动：在命令行尾加入“&”符号

要使终端关闭时进程不退出，有以下几种情况：
1）用户进程拦截SIGHUP信号。
2）使用户进程和bash进程不在一个session。

7. 如何正确编写linux守护进程

1、守护进程，也就是通常说的Daemon进程，是Linux中的后台服务进程。它是一个生存期较长的进程，通常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。如果想让某个进程不因为用户或终端或其他地变化而受到影响，那么就必须把这个进程变成一个守护进程。
2、创建守护进程步骤
1）创建子进程，父进程退出
之后的所有工作都在子进程中完成，而用户在Shell终端里则可以执行其他命令，从而在形式上做到了与控制终端的脱离。
在Linux中父进程先于子进程退出会造成子进程成为孤儿进程，而每当系统发现一个孤儿进程时，就会自动由1号进程（init）收养它，这样，原先的子进程就会变成init进程的子进程。
2）在子进程中创建新会话
进程组：是一个或多个进程的集合。进程组有进程组ID来唯一标识。除了进程号（PID）之外，进程组ID也是一个进程的必备属性。每个进程组都有一个组长进程，其组长进程的进程号等于进程组ID。且该进程组ID不会因组长进程的退出而受到影响。
会话周期：会话期是一个或多个进程组的集合。通常，一个会话开始于用户登录，终止于用户退出，在此期间该用户运行的所有进程都属于这个会话期。
（1）pid_t setsid(void);
setsid() creates a new session if the calling process is not a process group leader. The calling process will be the only process in this new process group and in this new session.
setsid函数用于创建一个新的会话，并担任该会话组的组长。调用setsid有下面的3个作用：
① 让进程摆脱原会话的控制
② 让进程摆脱原进程组的控制
③ 让进程摆脱原控制终端的控制
有以下三个结果：
（a)成为新会话的首进程
（b）成为一个新进程组的组长进程
（c）没有控制终端。
有些人建议在此时再次调用fork，并使父进程终止。第二个子进程作为守护进程继续运行。这样就保证了该守护进程不是会话首进程。
setsid函数能够使进程完全独立出来，从而摆脱其他进程的控制。
setsid()调用成功后，进程成为新的会话组长和新的进程组长，并与原来的登录会话和进程组脱离。由于会话过程对控制终端的独占性，进程同时与控制终端脱离。 子进程可以自己组成一个新的进程组,即调用setpgrp()与原进程组脱离关系,产生一个新的进程组,进程组号与它的进程号相同.这样,父进程退出运行后就不会影响子进程的当前运行.
3）改变当前目录为根目录
使用fork创建的子进程继承了父进程的当前工作目录；进程活动时，其工作目录所在的文件系统不能卸下。通常的做法是让"/"作为守护进程的当前工作目录，也可以是其他目录，如/tmp，使用chdir。
4）重设文件权限掩码
文件权限掩码是指屏蔽掉文件权限中的对应位。比如，有个文件权限掩码是050，它就屏蔽了文件组拥有者的可读与可执行权限。mask = mask & ~050
通常，把文件权限掩码设置为0，umask(0)。
5）关闭文件描述符
用fork函数新建的子进程会从父进程那里继承已经打开了的文件描述符。这些被打开的文件可能永远不会被守护进程读写，但它们一样消耗系统资源，而且可能导致所在的文件系统无法卸下。
在上面的第二步之后，守护进程已经与所属的控制终端失去了联系。因此从终端输入的字符不可能达到守护进程，守护进程中用常规方法（如printf）输出的字符也不可能在终端上显示出来。所以，文件描述符为0、1和2 的3个文件（常说的输入、输出和报错）已经失去了存在的价值，也应被关闭。
for(i=0;i<MAXFILE;i++)
close(i);
6）守护进程退出处理
当用户需要外部停止守护进程运行时，往往会使用 kill命令停止该守护进程。所以，守护进程中需要编码来实现kill发出的signal信号处理，达到进程的正常退出。
signal(SIGTERM, sigterm_handler);
void sigterm_handler(int arg)
{
_running = 0;
}
7）处理SIGCHLD信号
处理SIGCHLD信号并不是必须的。但对于某些进程，特别是服务器进程往往在请求到来时生成子进程处理请求。如果父进程不等待子进程结束，子进程将成为僵尸进程（zombie）从而占用系统资源。如果父进程等待子进程结束，将增加父进程的负担，影响服务器进程的并发性能。在Linux下可以简单地将 SIGCHLD信号的操作设为SIG_IGN。
signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
这样，内核在子进程结束时不会产生僵尸进程。