linux終端關閉時為什么會導致在其上啟動的進程退出？

現象

經常在linux下開發的人應該都有這樣的經驗，就是在終端上啟動的程序，在關閉終端時，這個程序的進程也被一起關閉了。看下面這個程序，為了使進程永遠運行，在輸出helloworld后，循環調用sleep：

這里寫圖片描述

直接關閉這個終端，在另一個終端上查找該進程，已經找不到了：

這個行為看起來似乎是理所當然的，也符合人的第一感覺：”在終端上啟動的程序是屬于終端的，所以當關閉終端時，這個終端里的一包裹進程都一起被解決掉了”。但這種說法是不能使一個會思考且充滿好奇心的人信服的。

下面我們就從linux進程管理的細節來剖析其根本原因。

終端進程

linux系統是基于進程的，幾乎每個命令都可以在相應的目錄下找到它們的程序，執行一個命令相當于啟動一個或多個程序，終端也不例外，在我centos下面終端對應一個bash程序(不同操作系統終端的bash程序可能不一樣)，它位于/usr/bin/下面：

這里寫圖片描述

每當打開一個終端都會啟動一個bash進程，我這里啟動了兩個終端，可以看到有兩個bash進程：

這里寫圖片描述

終端進程與啟動進程的關系

linux系統里面所有的進程的關系可以看做一個樹形結構，系統持續運行，進程的不斷啟動就是不斷fork的過程（fork是linux系統api，作用是復制自己來生成子進程），從系統啟動、初始化、登錄終端、到執行命令都是生成子進程的過程:

這里寫圖片描述

init進程是所有進程的祖先，它的pid（進程id）為1，ppid（父進程id）也為1，因為它沒有父進程，系統內的其他進程都是由它或者它的子進程fork而來。

我們在linux上作業的終端對應了一個bash進程，在其上運行的命令和程序都是bash的子進程，或由bash的子進程衍生。

用hw程序驗證一下，可以看到hw進程的父進程正好是bash進程：

這里寫圖片描述

但這并不能解釋為什么終端關閉了在上面運行的程序也跟著退出，因為在linux下，進程之間的關系并不像線程那樣，當主線程退出時，子線程一起被強制退出。進程之間沒有主次的區別，但有父子關系，而父子進程的運行是相對獨立的，一方的退出不會導致另一方退出。

進程session-揭開真相

在linux下，一個session是由一組進程組構成的，每個進程組又由多個進程構成。

在一個bash上運行的程序都歸屬于一個session（除非特別處理），而這個bash就是這個session的leader。每個session又可以關聯一個控制終端（Controlling Terminal）。

這里寫圖片描述

圖片：

  1. hw進程的ppid=5933，說明父進程為第一個bash，這個bash的父進程為gnome-ternimal進程，gnome-ternimal是centos可視化界面的終端管理進程，每打開一個終端，它都會啟動一個bash進程，而用戶的命令也是直接由bash進程執行的。
  2. hw程序和第一個bash同屬于一個session（sid=5933），這個sid等于bash的pid，所以第一個bash是這個session的leader。
  3. 圖片中還顯示了bash和hw進程擁有共同的終端設備pts/2，它是一種字符設備，不同于上面提到的gnome-ternimal進程。
  4. 當控制終端（對應gnome-ternimal）檢測到終端設備斷（對應pts/2）開連接時，會通知設備的控制進程，即發送SIGHUP信號給session leader（對應bash進程）。
  5. bash進程在收到SIGHUP后，將信號發給session下的所有進程,導致用戶啟動的進程退出。

下面通過strace命令來驗證以上結論:

  1. 跟蹤hw進程（命令意為跟蹤pid為6367的進程上與signal有關的系統調用）:

    strace -e trace=signal -p 6367

  2. 跟蹤bash進程（命令意為跟蹤pid為5933的進程上與signal有關的系統調用）:

    strace -e trace=signal -p 5933

  3. 關閉啟動hw程序的終端，觀察strace輸出.

hwd的strace如下，si_pid=5933說明是5933這個進程發了SIGHUP給它，也就是bash進程：

這里寫圖片描述

bash的strace略微復雜：

這里寫圖片描述

  1. kill(4294960929, SIGHUP)

    kill第一個參數是32位有符號整數，轉換成int就是-6367，當參數為負時表示發送給這個數絕對值的進程組，即pgrp=6367的所有進程，在上面的圖片中可以看到hw進程正好屬于該進程組。

  2. kill(5933, SIGHUP)

    5933是自己的pid，bash在第一次收到SIGHUP時先把信號發給session內其他進程，然后再次發送SIGHUP命令給自己，將自己殺死，后面的si_pid=5933也證實了這一點。

如何讓終端關閉時進程不退出

根據上面的結論，要使終端關閉時進程不退出，有以下幾種情況：

  1. 用戶進程攔截SIGHUP信號。
  2. 用戶進程和bash進程不在一個session。

下面依次驗證這兩種情況

攔截SIGHUP

修改hw程序，忽略SIGHUP信號：

signal(SIGHUP, SIG_IGN);

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執行hw程序，并查看進程，可以看到hw進程和父進程bash：

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關閉終端，在另一個終端查看進程：

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bash進程已經退出，但hw進程還在，符合預期！！而且hw進程的ppid變成了1，說明hw在父進程bash退出后變成孤兒進程被init進程收養。

新建session&setsid

為了使用戶進程和bash不在同一個session，需要調用setsid方法，該方法的作用是新建一個新的session，并使自己成為leader。

// 先fork
int pid = fork();
if(pid > 0){// 父進程, 直接退出return 1;
}else if(pid == 0){// 子進程// 創建新的sessionsetsid();//printf("Hello World!\n");printf("sleeping...\n");while(1){sleep(1);}
}

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調用setsid前先fork，因為若不fork，hw作為進程組的leader，是不允許重建session的，原因留給讀者自己思考。

編譯并執行hw，查看進程：

這里寫圖片描述

可以看到，相比之前，有幾個不同的地方：

  1. 程序啟動完，返回終端，hw切換到后臺運行。
  2. hw進程的父進程不再是bash，而是init進程。
  3. hw沒有關聯的終端設備（pts/2）。

關閉終端，看到bash已經消失，但對hw進程沒有任何影響：

這里寫圖片描述

更簡單的方法

  1. setsid命令，用setsid來啟動程序，這樣就不用修改任何代碼也可以做到使啟動的進程在新的session中，并且終端關閉時，進程不退出。

    setsid ./hw

  2. nohup命令，被nohup啟動的程序會忽略SIGHUP信號。

    nohup ./hw

其他

命令行中&的作用：

./hw &

  • 1
  • 2

&的作用是使程序在后臺運行，輸入fg命令又可以使程序切換到前臺。雖然在后臺運行，但并不能保證進程在終端關閉時不退出。

總結

簡而言之，終端在關閉時會發送SIGHUP給對應的bash進程，bash進程收到這個信號后首先將它發給session下面的進程，如果你的程序沒有對SIGHUP信號做特殊處理，那么進程就會隨著終端關閉而退出。

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