Session

多用户系统与会话

在我刚学 Linux 的时候，就听过了这样的一句话：

Windows 是单用户系统，而 Linux 是天生的多用户系统

当时的我其实是没有仔细思考这段话的。到底这两者的区别在何处？作为一个个体（而不是一个群体），似乎很难发现二者的区别。

从客观事实描述，就是 Windows 同一时间只能有一个用户，如果希望切换用户，那么需要先将当前的用户登出（logout），然后再登录（login）一个新的用户；而 Linux 系统可以同时有多个用户。为了更好的描述一个多用户的系统，我们引入了会话（session）的抽象。所谓的单用户系统，就是同时只能支持一个会话的系统，而多用户系统，就是同时可以支持多个会话的系统。

所谓的会话，就是指一个用户从登录系统，到登出系统的整个生命周期。我个人感受， 对话之于用户，就好似进程之于程序 。

会话的资源

会话作为一个抽象，有自己独立的资源，大致有如下几种：

终端 TTY

从 Console, Terminal, TTY 里我们得知，tty 的语义就是“一套交互 IO”，这是天然和多用户紧密联系在一起的。因为每个用户为了能够和系统进行交互，就必须独立拥有一套交互 IO 设备，如果只有一个 tty ，那么显然多用户也是没有必要的。

所以每个会话都会有一个自己的 tty （并不绝对），会话所拥有的 tty 又被称为控制终端，它会在 /dev/ 或者 /dev/pts/ 下生成一个终端设备文件。

会话的开始往往是通过调用 getty 程序来完成的，这个命令就是获得一个 tty 终端的意思。我们需要先获得一个控制终端，然后再进行登录等后续事宜。

用户权限

正如进程之间需要彼此隔离一样，会话之间也需要彼此 隔离 。会话隔离的方式就是让它通过 登录和登出 ，使得其生命周期里紧紧绑定一个特定用户的权限。在会话里进行的所有操作，本质上都是与之绑定的用户的操作。

具体实现而言，操作系统的用户信息存储在 /etc/passwd, /etc/group 等文件中，通过登录使得会话拥有了 User ID, Group ID 等属性，而文件系统对每个文件都用 inode （这既是一个 Linux 的数据结构，也是磁盘文件系统的存储文件元数据的结构）记录着文件所属者的 uid, gid 并记录着 3 X 3 的访问权限。这样一个会话就可以根据自身的 uid, gid 和文件系统的要求，来判断哪些文件是可访问的，哪些是不可访问的。多会话的隔离性也就得到了保证。

会话创建流程如下图所示：

进程组

会话还有一个更加浅显的理解，那就是“进程组的集合”。这并不奇怪，进程确实应该具有会话属性（其实是用户属性），不然多用户系统的各种进程该如何区分，一个进程的输出结果，到底应该输出到哪个 tty 上？一个进程使用和创建的文件，到底是谁的文件？这些问题都需要通过将进程划分给不同的用户来解决。

至于为什么会话不直接是“进程的集合”而必须得是“进程组”的集合，这是因为Process Group同样是 Linux 提供的能够更好的管理进程的工具，会话拥有进程组而不是进程，也提高了会话对于进程的管理能力。

会话只能有一个前台进程组，可以有多个后台进程组。前后台的区别在于，前台进程是有交互式 IO 的，用户通过 tty 和它们交互，而后台作业则没有这种交互关系。

进程组角度下的会话的结构如下：

资源的释放

当用户登出的时候，会话所拥有的资源会释放，示意图如下：

非登录会话与守护进程

并不是所有的进程都属于某个用户。对于守护进程而言，它们在逻辑上并不依赖某个用户去启动，也不专属于某个用户。而在具体的实现上，每个守护进程都属于一个“非登录会话”，非登录会话有以下特点：

属性	登录会话	非登录会话
会话首进程	通常是 shell 进程	调用 setsid() 的进程
会话 ID	有，通常是会话首进程的进程 ID	有，通常是会话首进程的进程 ID
控制终端	有	没有
终端设备文件	有，例如 /dev/pts/0	没有
前台任务组	最多一个	没有（除非重新分配控制终端）
后台任务组	任意多个	有，通常是会话首进程的进程 ID
Client 挂断的影响	会话终止，所有进程被杀死	不受影响，继续运行
启动方式	通过登录终端启动，如 SSH	通过进程调用 setsid() 创建
典型用途	用户交互会话，提供命令行接口	守护进程和服务进程，脱离终端运行
是否有默认 IO	有，通常为终端设备	无，需要自行管理
示例	通过 SSH 登录，启动 bash	daemon 或后台服务进程

守护进程的创建需要经过两次 fork() ，其目的在于通过两次 fork() 彻底剥离非登录会话的各种“不必要”的资源，比如说控制中断 tty 。

其流程如图：

此外创建守护进程的注意事项还包括：

• 两次 fork() : 创建守护进程的标准方法是首先调用 fork() 创建子进程，然后在子进程中调用 setsid() 创建新会话，从而脱离控制终端，然后子进程再次 fork() 创建孙进程，保证孙进程不会再有权限打开控制终端。两次 fork() 的核心点都是避免让进程收到控制终端的影响。
• 关闭不必要的文件描述符: 子进程应关闭它继承的所有不必要的文件描述符，或重新定向标准输入输出（通常定向到 /dev/null ）。
• 改变工作目录: 常见做法是将当前工作目录改变到根目录，这样可以避免守护进程阻止其它文件系统的卸载。
• 处理信号: 对信号进行适当处理，特别是那些可能因为用户操作而意外终止守护进程的信号。
• 日志记录: 守护进程应有适当的日志记录机制，以便于跟踪状态和诊断问题。这也是一种对于守护进程不占有 tty 资源的补偿机制。