进程ID的类型

内核中的进程ID类型用pid_type来描述，定义在include/linux/pid.h

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enum pid_type
{
	PIDTYPE_PID,
	PIDTYPE_TGID,
	PIDTYPE_PGID,
	PIDTYPE_SID,
	PIDTYPE_MAX,
};

/*
 * What is struct pid?
 *
 * A struct pid is the kernel's internal notion of a process identifier.
 * It refers to individual 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.
 */

pid内核中唯一区分每个进程的标识，在使用fork或clone系统调用时产生一个新的进程时，均会由内核分配一个新的唯一PID值。

用户空间通过getpid()获取的进程号并不是这个PID值

TGID线程组（轻量级进程）的标识。如果以CLONE_THREAD标志来调用clone建立一个进程，就是该进程的一个线程，它们属于一个线程组。线程组的ID，就是TGID。线程组的主线程TGID与PID相同。

PGID，独立的进程可以组成进程组（setpgrp系统调用），进程组可以简化组内进程发送信号的操作。如管道连接的进程处在同一个进程组内，进程组的ID就叫PGID。

SID，几个进程可以合并成一个会话组（setsid调用），可用于终端程序设计。会话组中所有进程都有相同的SID，保存在task_struct的session成员中。

task_ struct->signal->__session表示全局SID，

而全局PGID则保存在task_struct->signal->__pgrp。

辅助函数set_task_session和set_task_pgrp可用于修改这些值。

PID命名空间

pid_namespace定义在include/linux/pid_namespace.h中：

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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;
  • child_reaper：指向的是当前命名空间的init进程，每个命名空间都有一个作用相当于全局init进程的进程
  • level：代表当前命名空间的等级，初始命名空间的level为0，它的子命名空间level为1，依次递增，而且子命名空间对父命名空间是可见的。从给定的level设置，内核即可推断进程会关联到多少个ID。
  • parent：指向父命名空间的指针

PID结构

pid与upid

pid是内核对pid的内部表示。upid表示特定的命名空间中可见的信息。

upid定义如下：

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struct upid {
	int nr;
	struct pid_namespace *ns;
};
  • nr：ID具体的值
  • ns：执行命名空间的指针

所有的upid都会保存在一个散列表中

pid定义如下：

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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];
};
  • count：指使用该PID的task的数目；
  • level：可以看到该PID的命名空间的数目，也就是包含该进程的命名空间的深度。
  • tasks[PIDTYPE_MAX]：每个数组项都是一个散列表头，分别对应三种类型：PIDTYPE_PID, PIDTYPE_PGID, PIDTYPE_SID（PIDTYPE_MAX表示PID类型的数目）。所有共享同一给定的ID的task实例，都通过该散列表连接起来。
  • numbers[1]：一个upid的实例数组，每个数组项代表一个命名空间，用来表示一个PID可以属于不同的命名空间，该元素放在末尾，可以向数组添加附加的项。