站长资讯网本篇文章给大家带来了linux中进程ID号分析的相关知识，Linux进程总是会分配一个号码用于在其命名空间中唯一地标识它们。该号码被称作进程ID号，简称PID，下面就一起来看一下相关问题，希望对大家有帮助。
本文中的代码摘自 Linux内核5.15.13版本。
Linux进程总是会分配一个号码用于在其命名空间中唯一地标识它们。该号码被称作进程ID号，简称PID。用fork或clone产生的每个进程都由内核自动地分配了一个新的唯一的PID值。
一、进程ID
1.1、其他ID
每个进程除了PID这个特征值之外，还有其他的ID。有下列几种可能的类型
1、 处于某个线程组（在一个进程中，以标志CLONE_THREAD来调用clone建立的该进程的不同的执行上下文，我们在后文会看到）中的所有进程都有统一的线程组ID（ TGID）。如果进程没有使用线程，则其PID和TGID相同。线程组中的主进程被称作组长（ group leader）。通过clone创建的所有线程的task_struct的group_leader成员，会指向组长的task_struct实例。
2、另外，独立进程可以合并成进程组（使用setpgrp系统调用）。进程组成员的task_struct的pgrp属性值都是相同的，即进程组组长的PID。进程组简化了向组的所有成员发送信号的操作，这对于各种系统程序设计应用（参见系统程序设计方面的文献，例如［ SR05］）是有用的。请注意，用管道连接的进程包含在同一个进程组中。
3、 几个进程组可以合并成一个会话。会话中的所有进程都有同样的会话ID，保存在task_struct的session成员中。 SID可以使用setsid系统调用设置。它可以用于终端程序设计。
1.2、全局ID和局部ID
名空间增加了PID管理的复杂性。 PID命名空间按层次组织。在建立一个新的命名空间时，该命名空间中的所有PID对父命名空间都是可见的，但子命名空间无法看到父命名空间的PID。但这意味着某些进程具有多个PID，凡可以看到该进程的命名空间，都会为其分配一个PID。 这必须反映在数据结构中。我们必须区分局部ID和全局ID。
1、 全局ID是在内核本身和初始命名空间中的唯一ID号，在系统启动期间开始的init进程即属于初始命名空间。对每个ID类型，都有一个给定的全局ID，保证在整个系统中是唯一的。
2、 局部ID属于某个特定的命名空间，不具备全局有效性。对每个ID类型，它们在所属的命名空间内部有效，但类型相同、值也相同的ID可能出现在不同的命名空间中。
1.3、ID实现
全局PID和TGID直接保存在task_struct中，分别是task_struct的pid和tgid成员，在sched.h文件里：
struct task_struct {...pid_t pid;pid_t tgid;...}
这两项都是pid_t类型，该类型定义为__kernel_pid_t，后者由各个体系结构分别定义。通常定义为int，即可以同时使用232个不同的ID。
二、管理PID
一个小型的子系统称之为PID分配器（ pid allocator）用于加速新ID的分配。此外，内核需要提供辅助函数，以实现通过ID及其类型查找进程的task_struct的功能，以及将ID的内核表示形式和用户空间可见的数值进行转换的功能。
2.1、PID命名空间的表示方式
在pid_namespace.h文件内有如下定义：
struct pid_namespace { struct idr idr; struct rcu_head rcu; unsigned int pid_allocated; struct task_struct *child_reaper; struct kmem_cache *pid_cachep; unsigned int level; struct pid_namespace *parent;#ifdef CONFIG_BSD_PROCESS_ACCT struct fs_pin *bacct;#endif struct user_namespace *user_ns; struct ucounts *ucounts; int reboot; /* group exit code if this pidns was rebooted */ struct ns_common ns;} __randomize_layout;
每个PID命名空间都具有一个进程，其发挥的作用相当于全局的init进程。 init的一个目的是对孤儿进程调用wait4，命名空间局部的init变体也必须完成该工作。 child_reaper保存了指向该进程的task_struct的指针。
parent是指向父命名空间的指针， level表示当前命名空间在命名空间层次结构中的深度。初始命名空间的level为0，该命名空间的子空间level为1，下一层的子空间level为2，依次递推。level的计算比较重要，因为level较高的命名空间中的ID，对level较低的命名空间来说是可见的。从给定的level设置，内核即可推断进程会关联到多少个ID。
2.2、PID的管理
2.2.1、PID的数据结构
PID的管理围绕两个数据结构展开： struct pid是内核对PID的内部表示，而struct upid则表示特定的命名空间中可见的信息。两个结构的定义在文件pid.h内，分别如下：
/* * What is struct pid? * * A struct pid is the kernel's internal notion of a process identifier. * It refers to inpidual tasks, process groups, and sessions. While * there are processes attached to it the struct pid lives in a hash * table, so it and then the processes that it refers to can be found * quickly from the numeric pid value. The attached processes may be * quickly accessed by following pointers from struct pid. * * Storing pid_t values in the kernel and referring to them later has a * problem. The process originally with that pid may have exited and the * pid allocator wrapped, and another process could have come along * and been assigned that pid. * * Referring to user space processes by holding a reference to struct * task_struct has a problem. When the user space process exits * the now useless task_struct is still kept. A task_struct plus a * stack consumes around 10K of low kernel memory. More precisely * this is THREAD_SIZE + sizeof(struct task_struct). By comparison * a struct pid is about 64 bytes. * * Holding a reference to struct pid solves both of these problems. * It is small so holding a reference does not consume a lot of * resources, and since a new struct pid is allocated when the numeric pid * value is reused (when pids wrap around) we don't mistakenly refer to new * processes. *//* * struct upid is used to get the id of the struct pid, as it is * seen in particular namespace. Later the struct pid is found with * find_pid_ns() using the int nr and struct pid_namespace *ns. */struct upid { int nr; struct pid_namespace *ns;};struct pid{ refcount_t count; unsigned int level; spinlock_t lock; /* lists of tasks that use this pid */ struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX]; struct hlist_head inodes; /* wait queue for pidfd notifications */ wait_queue_head_t wait_pidfd; struct rcu_head rcu; struct upid numbers[1];};
对于struct upid， nr表示ID的数值， ns是指向该ID所属的命名空间的指针。所有的upid实例都保存在一个散列表中。 pid_chain用内核的标准方法实现了散列溢出链表。struct pid的定义首先是一个引用计数器count。 tasks是一个数组，每个数组项都是一个散列表头，对应于一个ID类型。这样做是必要的，因为一个ID可能用于几个进程。所有共享同一给定ID的task_struct实例，都通过该列表连接起来。 PIDTYPE_MAX表示ID类型的数目：
enum pid_type{ PIDTYPE_PID, PIDTYPE_TGID, PIDTYPE_PGID, PIDTYPE_SID, PIDTYPE_MAX,};
2.2.2、PID与进程的联系
一个进程可能在多个命名空间中可见，而其在各个命名空间中的局部ID各不相同。 level表示可以看到该进程的命名空间的数目（换言之，即包含该进程的命名空间在命名空间层次结构中的深度），而numbers是一个upid实例的数组，每个数组项都对应于一个命名空间。注意该数组形式上只有一个数组项，如果一个进程只包含在全局命名空间中，那么确实如此。由于该数组位于结构的末尾，因此只要分配
