一、终端的概念
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),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。
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。在linux上的命令tty 也可以查看到当前的终端。
比如我们在图形界面下打开一个终端可能是/dev/pts/0, 第二个可能是/dev/pts/1 ...(网络终端)
而切换到字符界面下可能是/dev/tty1 ...(虚拟终端)
二、作业控制
事实上,Shell分前后台来控制的不是进程而是作业(Job)或者进程组(Process Group)。一个前台作业可以由多个进程组成,一个后台作业也可以由多个进程组成,Shell可以同时运行一个前台作业和任意多个后台作业,这称为作业控制(JobControl)。例如用以下命令启动5个进程(这个例子出自APUE):
$ proc1 | proc2 &
$ proc3 | proc4 | proc5
其中proc1和proc2属于同一个后台进程组,proc3、proc4、proc5属于同一个前台进程组,Shell进程本身属于一个单独的进程组。这些进程组的控制终端相同,它们属于同一个Session,一个Session与一个控制终端相关。当用户在控制终端输入特殊的控制键(例如Ctrl-C)时,内核会发送相应的信号(例如SIGINT)给前台进程组的所有进程。各进程、进程组、Session的关系如下图所示。
在上面的例子中,proc3、proc4、proc5被Shell放到同一个前台进程组,其中有一个进程是该进程组的Leader,Shell调用wait等待它们运行结束。一旦它们全部运行结束,Shell就调用tcsetpgrp函数将自己提到前台继续接受命令。但是注意,如果proc3、proc4、proc5中的某个进程又fork出子进程,子进程也属于同一进程组,但是Shell并不知道子进程的存在,也不会调用wait等待它结束。换句话说,proc3 | proc4 | proc5是Shell的作业,而这个子进程不是,这是作业和进程组在概念上的区别。一旦作业运行结束,Shell就把自己提到前台,如果原来的前台进程组还存在(如果这个子进程还没终止),则它自动变成后台进程,被init进程接管。