用以促学——Linux进程后台运行的原理、方法、比较及其实现

文章目录

用以促学——Linux进程后台运行的原理、方法、比较及其实现
- 前言
- - 相关基础知识
  - 应用场景
  - 问题所在
- linux概念说明
- - session（会话）
  - - 定义
    - 会话的创建
    - 会话的消亡
  - signal（信号）
  - - SIGHUP (*signal hang up*)
    - SIGINT (*Signal interrupt*)
    - SIGTERM (*Signal terminate*)
    - SIGKILL (*Signal kill*)
    - SIGCONT (*Signal continue*)
- 后台运行进程的方法
- - 当通过终端运行命令时，发生了什么？
  - 当终端关闭时，又发生了什么？
  - 由此可以想到，我们的解决办法有两种方法：
- 后台运行的实现
- - 使用nohup指令
  - 使用setsid指令
- 比较
- 其他
- - huponexit
- 参考资料

前言

应用场景

后台运行不用说了吧，有时候在服务器上面跑个爬虫啥的，都要用的。

一般远程连接服务器的时候，有时候网络不好或者不想一直开着终端的话，后台运行就很有必要了。

问题所在

一般我们连接服务器，都是通过SSH(Secure Shell)进行连接，本文也着重介绍这种情况。

当我们通过ssh运行一些耗时的任务后，经常会由于网络不稳定、或者电脑关机休眠之类的导致任务中途失败。

如何让命令开始执行后优雅的退出本地终端、关闭ssh并且不会影响其运行呢？

在开始之前，我们需要了解一些概念，当然，你也可以选择跳过它。

linux概念说明

session（会话）

定义

会话是一组进程的集合（并不是进程）

集合内的每个进程的sid(SessionID)是相同的，代表他们属于同一个集合

会话的创建

会话是由会话中的第一个进程创建的 （领头进程session leader） 其 pid(ProcessID) 等于 sid

这里简单介绍一个函数 setsid

子进程默认从父进程继承了：SessionID、进程组ID和打开的终端。
子进程如果要脱离这些，可通过setsid来实现。
setsid帮助一个进程脱离从父进程继承而来的已打开的终端、隶属进程组和隶属的会话。

setsid很好理解嘛，就是长大了翅膀硬了飞了，脱离父进程。

一个进程当它setsid后，一个新session就被建立了，并且他就是那个session leader

会话中的进程是树状结构。一个session中的进程，一定是session leader或者其子孙进程

就像自立门户一样。

会话的消亡

session中的所有进程都结束时消亡
session leader退出（或者结束）时，session中的进程会收到SIGHUP信号，默认结束掉进程。

如果该进程对SIGHUP做了处理，不结束，那么会受到SIGCONT信号，让进程正常执行完毕

signal（信号）

SIGHUP (signal hang up)

意为：信号挂起

是一个进程的 **控制终端 **在关闭时，发送给进程的信号。

SIGINT (Signal interrupt)

意为：信号中断

当用户希望中断进程时**（关联Ctrl+C）**，SIGINT信号由其控制终端发送到进程。

与SIGTERM相比，其只能结束前台进程

SIGTERM (Signal terminate)

意为：信号中止

Sigterm信号被发送到一个进程以请求其终止。

这允许该进程友好的终止、释放资源，并在适当的情况下保存状态。

在某种程度上sigint与sigterm几乎相同

与Sigkill信号不同，它可以被阻塞、处理和忽略。

kill 命令默认不带参数时，发送的信号就是SIGTERM，让程序友好的退出。

kill -9 发送的即是SIGKILL，强制杀死，无条件终止。

SIGKILL (Signal kill)

意为：信号杀死

SIGKILL信号被发送到进程以使其立即终止。强制性的

与SIGTERM和SIGINT相反，这个信号不能被捕获或忽略，接收进程在接收到这个信号后不能进行任何清理。

有一些例外在这里不做赘述。

SIGCONT (Signal continue)

意为：信号继续

SIGCONT信号指示操作系统继续(重新启动)先前由SIGSTOP或SIGTSTP信号暂停的进程。

这个信号的一个重要用途是在Unix shell中的作业控制中。

后台运行进程的方法

有些时候，当你开始一个耗时的任务，你的终端会被占用，你无法输入你想输入的下一条指令。

这很好解决，用符号&即可。我们一般将它附在命令后面可以使进程在后台执行，不会占用前台界面。

但它实际上是在当前会话中开启了一个后台作业。

但此时终端被关闭后，进程还是会退出。这是因为，& 符号只有让进程让出前台终端的功能，无法让进程不受 SIGHUP 信号的影响。

这显然不是我们想要的

如果我们想要让进程脱离终端去运行呢？，接下来我们进行讨论

当通过终端运行命令时，发生了什么？

通常，用户登陆终端时，会创建一个 session ，session 中的领头进程是运行用户登录 shell 的进程。

在这之后，用户新创建的每个进程都会在这个session里。

当终端关闭时，又发生了什么？

当用户注销或者网络断开时，SIGHUP 信号会被发送到会话中的所有子进程。

而 SIGHUP 的默认处理方式是终止收到该信号的进程。所以若程序中没有捕捉该信号，当终端关闭后，会话中获得进程就会退出。

由此可以想到，我们的解决办法有两种方法：

让进程忽略 SIGHUP 信号。
让进程运行在新的会话里从而成为不属于此终端的子进程。

后台运行的实现

使用nohup指令

顾名思义，nohup指令使进程不受 SIGHUP 信号的影响。即第一种方法

nohup py run.py

当执行上述命令后，进程还会一直占用着终端前台。但当终端被关闭或连接断开，进程还是会继运行。

默认会将输出存至当前文件夹下的 nohup.out 文件（不存在则创建）。

如果同时搭配 & 就可以实现让出前台的同时，使得进程不受终端关闭的影响

使用setsid指令

在前面有简单介绍这个指令。它的作用是让进程转移到一个新的会话运行。即第二种方法

setsid py run.py

它直接创建了一个新的会话来运行，那么原会话的终端的状态就再也不会影响到此进程了。

我们使用pstree -a |grep -C 6 ping来查看一下发生的变化

默认

  |-sshd|   `-sshd |       `-sshd  |           `-bash|               |-grep -C 6 ping|               |-ping 106.55.250.70 <<-在这里|               `-pstree -a

使用 setsid

  |-ping 106.55.250.70   <<-在这里|-sshd|   `-sshd |       `-sshd  |           `-bash|               |-grep -C 6 ping|               `-pstree -a

使用了 setsid 后，ping已与 sshd 同级，即属于 init 进程的子进程了。

但是 setsid 并没有为进程分配一个输出终端，所以进程还是会输出到当前终端上。

比较

	nohup	&	setsid	screen	disown -h
用途	不挂断地运行命令	让出前台	创建一个新的会话并运行进程	伪终端	移出作业列表
原理	使进程不受 SIGHUP 信号的影响	在当前会话中开启了一个后台作业又称守护进程	脱离父进程，开启新会话	直接开一个虚拟终端	将作业进程转为init的子进程
进程位置	当前会话	当前会话	新的会话	对应伪终端会话	当前会话，关闭后到init
启动	nohup py run.py	py run.py &	setsid py run.py	screen创建	bg %1 && disown %1
正在运行	当前终端即是	jobs查看后台正在运行（仅当前终端可用）	ps	对应伪终端即是	ps
如何停止	Ctrl+C	使用fg将后台切换到前台后Ctrl+C	kill	切换到伪终端内进行操作	kill
前台终端	不让出	让出	不让出	不让出对应伪终端	与&相同
输出	输出重定向，默认到当前目录下 `nohup.out` 文件	使用标准输出时（echo、ls）仍会一直占用前台（例如ping指令）	当前终端	对应伪终端	与&相同
关闭ssh	`SIGHUP` 信号，程序免疫	`SIGHUP` 信号，程序关闭	不受影响	不受影响	转换为init的子进程
Ctrl+C	`SIGINT` 信号，程序关闭	不受影响	不受影响	在对应伪终端内有效	与&相同
	配合&使用时查看：jobs 停止：fg+`Ctrl+C` `Ctrl+C` 不能关闭程序。 `Ctrl+C` + jobs 可以关闭。

其他

huponexit

一般默认为off，仅针对使用exit命令退出终端的情况，这时不会发送sighup信号。

参考资料

Linux中的session的概念

Linux session(会话)

Signal (IPC)

Linux - 请允许我静静地后台运行

Linux 中的 &

Linux让进程后台运行且连接断开不影响（nohup、setsid、disown、screen）

Linux后台进程管理以及ctrl+z（挂起）、ctrl+c（中断）、ctrl+\（退出）和ctrl+d（EOF）的区别