进程组、会话和控制终端

    每个进程除了有一个进程 ID 外，还属于一个进程组。进程组是进程的集合，它们通常是在同一作业中结合起来的，其中的各进程接收来自同一终端的各种信号。每个进程组有一个进程组 ID，并可存放在 pid_t 数据类型中。
    函数 getpgrp 返回调用进程的进程组 ID，函数 getpgid 可返回特定进程的进程组 ID。

#include <unistd.h>
pid_t getpgrp(void);         /* 返回值：调用进程的进程组 ID */
pid_t getpgid(pid_t pid);    /* 返回值：若成功，返回进程组 ID；否则，返回 -1 */

    当 pid 等于 0 时，getpgid(0) 等价于 getpgrp()。
    每个进程组有一个组长进程，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。只要某个进程组中有一个进程存在，则该进程组就存在，而与其组长进程是否终止无关。从进程组创建到其中最后一个进程离开为止的时间区称为进程组的生命期。每个进程组中的最后一个进程可以终止，也可以转移到另一个进程组。
    进程调用 setpgid 可以加入一个现有的进程组或者创建一个新进程组（setsid 函数也可以创建一个新的进程组，见下）。

#include <unistd.h>
int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);    /* 返回值：若成功，返回 0；否则，返回 -1 */

    setpgid 函数把 pid 进程的进程组 ID 设置为 pgid。如果这两个参数相等，则由 pid 指定的进程变成进程组组长。如果 pid 是 0，则使用调用者的进程 ID。而如果 pgid 是 0，则由 pid 指定的进程 ID 用作进程组 ID。
    一个进程只能为它自己或它的子进程设置进程组 ID，在它的子进程调用了 exec 后，它就不再更改该子进程的进程组 ID。在多数作业控制中，在 fork 之后调用此函数，使父进程设置其子进程的进程组 ID，并且也使子进程设置其自己的进程组 ID。尽管其中有一个是冗余的，但确能保证在父进程和子进程认为子进程已进入了该进程组之前，这确实已经发生了。否则，由于父进程和子进程运行的先后次序不确定，会因为子进程的组员身份取决于哪个进程首先执行而产生竞争条件。

    一个或多个进程组的集合就称为会话。如下图中的一个会话有 3 个进程组。

    通常是由 shell 的管道将几个进程编成一组的。例如上图中的安排可能是由下列形式的 shell 命令形成的：
        proc1 | proc2 & proc3 | proc4 | proc5
    进程调用 setsid 函数建立一个新会话。

#include <unistd.h>
pid_t setsid(void);            /* 返回值：若成功，返回进程组 ID；否则，返回 -1 */

    如果调用进程不是一个进程组的组长，则此函数创建一个新回话。具体会发生以下 3 件事：
    （1）该进程变成新会话的会话首进程（session leader，即创建该会话的进程）。
    （2）该进程成为一个新进程组的组长进程。
    （3）该进程没有控制终端（见下），即使在之前它有，这种联系也会被切断。
    如果调用进程已经是一个组长进程，则此函数返回出错。为了避免这种情况，通常先调用 fork，然后使其父进程终止，而子进程继续。因为子进程继承了父进程的进程组 ID，而其进程 ID 是新分配的，两者不可能相等，这就保证了子进程不是一个进程组的组长。
    getsid 函数可以返回会话首进程的进程组 ID。

#include <unistd.h>
pid_t getsid(pid_t pid);
                /* 返回值：若成功，返回会话首进程的进程组 ID；否则，返回 -1 */

    如果 pid 是 0，getsid 返回调用进程的会话首进程的进程组 ID。出于安全考虑，一些实现作了这种限制：如若 pid 不属于调用者所在的会话，那么调用进程就不能得到该会话首进程的进程组 ID。

    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，通常是终端设备（在终端登录的情况下）或伪终端设备（在网络登录的情况下）。
    * 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成一个前台进程组以及多个后台进程组。
    * 如果一个会话有一个控制终端，则它有一个前台进程组，其他进程组为后台进程组。
    * 无论何时输入终端中断键（常为 Delete 或 Ctrl+C）或退出键（常为 Ctrl+\），都会将中断信号或退出信号发送至前台进程组的所有进程。
    * 如果终端接口检测到调制解调器或网络已经断开，则将挂断信号发送至控制进程（会话首进程）。
    这些特性可用下图表示。

    通常登录时会自动建立控制终端。POSIX.1 将如何分配控制终端的机制交给具体实现来选择。比如，当会话首进程打开第一个尚未与一个会话相关联的终端设备时，只要在调用 open 时没有指定 O_NOCTTY 标志，System V 派生的系统就将此作为控制终端分配给此会话；当回话首进程用 TIOCSCTTY 作为 request 参数（第三个参数是空指针）调用 ioctl 时，基于 BSD 的系统（但 Mac OS X 10.6.8 采用的是 System V 方式）为会话分配控制终端。为使此调用成功执行，此会话不能已经有一个控制终端（通常 ioctl 调用紧跟在 setsid 调用后，setsid 可保证此进程是一个没有控制终端的会话首进程）。
    有时不管标准输入、标准输出是否重定向，程序都要与控制终端交互作用。保证程序能与控制终端对话的方式是 open 文件 /dev/tty，此特殊文件在内核中是控制终端的同义词。典型的例子是用于读口令的 getpass 函数，它由程序 crypt 调用，并可用于管道中。例如：
        crypt < salaris | lpr
    将文件 salaries 解密，然后经由管道将输出送至打印缓冲服务程序。
    可以使用下面几个函数来通知内核哪一个进程组是前台进程组，以便设备驱动程序知道该把终端输入和终端产生的信号发往何处。

#include <unistd.h>
pid_t tcgetpgrp(int fd);    /* 返回值：若成功，返回前台进程组 ID；否则，返回 -1 */
int tcsetpgrp(int fd, pid_t pgrpid);   /* 返回值：若成功，返回 0；否则，返回 -1 */

#include <termios.h>
pid_t tcgetsid(int fd);
                    /* 返回值：若成功，返回会话首进程的进程组 ID；否则，返回 -1 */

    函数 tcgetpgrp 返回前台进程组 ID，它与在 fd 上打开的终端相关联。
    如果进程有一个控制终端，就可调用 tcsetpgrp 将前台进程组 ID 设置为同一会话中的一个进程组 ID pgrpid，fd 必须引用该会话的控制终端。tcgetpgrp 和 tcsetpgrp 通常都是由作业控制 shell 调用。
    如果给出控制终端的文件描述符，就可利用 tcgetsid 获得会话首进程的进程组 ID。

    下面这这张图显示了 FreeBSD 中使用的各种有关数据结构。

    每个会话都分配一个 session 结构（如每次调用 setsid 时），其中：
    * s_count 是该会话中的进程组数。当它减至 0 时，则可释放此结构。
    * s_leader 是指向会话首进程 proc 结构的指针。
    * s_ttyvp 是指向控制终端 vnode 结构的指针。
    * s_ttyp 是指向控制终端 tty 结构的指针。
    * s_sid 是会话 ID（非 Single UNIX Specification 的组成部分）。
    在调用 setsid 时，内核分配一个新的 session 结构。s_count 设置为 1，s_leader 设置为调用进程 proc 结构的指针，s_sid 设置为进程 ID。因为新回话没有控制终端，所以 s_ttyvp 和 s_ttyp 设置为空指针。
    而对于 tty 结构，每个终端设备和伪终端设备均在内核中分配这样一种结构，其中：
    * t_session 指向将此终端作为控制终端的 session 结构。终端在失去载波信号时使用此指针将挂起信号发送给会话首进程。
    * t_pgrp 指向前台进程组的 pgrp 结构。终端驱动程序用此字段将信号发送给前台进程组。
    * t_termios 是包含所有特殊字符（如中断 Ctrl+ C）和与该终端有关信息（如波特率、回显打开或关闭等）的结构。
    * t_winsize 是包含终端窗口当前大小的 winsize 型结构。当终端窗口大小改变时，信号 SIGWINCH 将被发送至前台进程组。
    pgrp 结构包含一个特定进程组的信息，其中：
    * pg_id 是进程组 ID。
    * pg_session 指向此进程组所属会话的 session 结构。
    * pg_members 是指向此进程组 proc 结构成员表的指针。
    proc 结构包含一个进程的所有信息，其中：
    * p_pid 包含进程 ID。
    * p_pptr 是指向父进程 proc 结构的指针。
    * p_pgrp 是指向本进程所属的进程组的 pgrp 结构的指针。
    * p_pglist 结构包含两个指针，分别指向进程组中的上一个和下一个进程。
    最后还有一个 vnode 结构，在打开控制终端设备时分配此结构。进程对 /dev/tty 的所有访问都通过该结构。