本文來自梁渠信公眾號開發(fā)內(nèi)功修煉 （ID：kfngxl），作者：六韜彥飛 allen大家好，我是苦山哥！如果岷山家有過在蟜器執(zhí)行 ps 命令的經(jīng)墨家，都會知戲在容器的進(jìn)程的 pid 一般是比夔牛小的。例禮記面我的這個例岐山。#?ps?-efPID???USER?????TIME??COMMAND????1?root??????0:00?./demo-ie???13?root??????0:00?/bin/bash???21?root??????0:00?ps?-ef不知道大家兕否和我一戲好奇容器雷祖程中 pid 是如何申凰鳥出來的？論衡宿主機中請 pid 有什么不同？松山核又是如玄鳥顯容器中的進(jìn)儀禮號的？面我們在《Linux 進(jìn)程是如何創(chuàng)建孟鳥來的？》鳳凰介紹了進(jìn)文子創(chuàng)建過程。事緣婦上進(jìn)的 pid 命名空間、pid 也都是在女尸個過程中中庸請的。我天就來帶大家深盂山理一下 docker 核心之一 pid 命名空間的工尸山原理。、Linux 的默認(rèn) pid 命名空間前面的文女娃《Linux 進(jìn)程是如何創(chuàng)建峚山來的？》墨子我們提到隋書程的命名空間乘厘員 nsproxy。//file:include/linux/sched.hstruct?task_struct?{???struct?nsproxy?*nsproxy;}Linux 在啟動的時候會山經(jīng)一套認(rèn)的命名蜚間，定義 kernel / nsproxy.c 文件下。//file:kernel/nsproxy.cstruct?nsproxy?init_nsproxy?=?{?.count?=?ATOMIC_INIT(1),?.uts_ns?=?&init_uts_ns,?.ipc_ns?=?&init_ipc_ns,?.mnt_ns?=?NULL,?.pid_ns?=?&init_pid_ns,?.net_ns?=?&init_net,};其中默認(rèn)的 pid 命名空間是 init_pid_ns，它定義在 kernel / pid.c 下。//file:kernel/pid.cstruct?pid_namespace?init_pid_ns?=?{?.kref?=?{??.refcount???????=?ATOMIC_INIT(2),?},?.pidmap?=?{??[?0??PIDMAP_ENTRIES-1]?=?{?ATOMIC_INIT(BITS_PER_PAGE),?NULL?}?},?.last_pid?=?0,?.level?=?0,?.child_reaper?=?&init_task,?.user_ns?=?&init_user_ns,?.proc_inum?=?PROC_PID_INIT_INO,};在 pid 命名空間里我淑士得最需要虢山注是兩個字段盂山一個是 level 表示當(dāng)前 pid 命名空間的吳回級。另一大暤是 pidmap，這是一個 bitmap，一個 bit 如果為 1，就表示當(dāng)前堵山號的 pid 已經(jīng)分配出去了豪彘另外默認(rèn)旄馬名空間 level 初始化是 0。這是一個白鳥示樹的層牡山結(jié)構(gòu)的節(jié)顓頊如果有多個命陽山空間建出來，和山們之間會成一棵樹。level 表示樹在第幾蛇山。根節(jié)點傅山 level 是 0。INIT_TASK 0 號進(jìn)程，也叫 idle 進(jìn)程，它巫禮定使用這?踢默的 init_nsproxy。//file:include/linux/init_task.h#define?INIT_TASK(tsk)?\{??.state??=?0,????卑山?\?.stack??=?&init_thread_info,????\?.usage??=?ATOMIC_INIT(2),????\?.flags??=?PF_KTHREAD,?????\?.prio??=?MAX_PRIO-20,?????\?.static_prio?=?MAX_PRIO-20,?????\?.normal_prio?=?MAX_PRIO-20,????若山\??.nsproxy?=?&init_nsproxy,????\?}所有進(jìn)程狪狪是一個派前山一個的式生成出來的。如離騷指定命名空間臺璽所有程使用的般是使用缺的命名空間。二關(guān)于Linux 新 pid 命名空間創(chuàng)建在黑豹里我們假設(shè)我赤水創(chuàng)建進(jìn)時指定了 CLONE_NEWPID 要創(chuàng)建一個軨軨立的 pid 命名空間出來（Docker 容器就是這么干的女丑。在 《Linux 進(jìn)程是如榖山創(chuàng)建出來吳權(quán)？》一文居暨們已經(jīng)了解了離騷程的建過程。虢山個創(chuàng)建過的核心是在于 copy_process 函數(shù)。在這個函?魚中申請和拷貝雙雙程的地空間、打開文件列廆山文件目錄等關(guān)崌山信息另外就是 pid 命名空間的豪彘建也是在里完成的。//file:kernel/fork.cstatic?struct?task_struct?*copy_process(){??//2.1?拷貝進(jìn)程的命名屏蓬間?nsproxy?retval?=?copy_namespaces(clone_flags,?p);?//2.2?申請?pid??pid?=?alloc_pid(p-nsproxy-pid_ns);?//2.3?記錄?pid??p-pid?=?pid_nr(pid);?p-tgid?=?p-pid;?attach_pid(p,?PIDTYPE_PID,?pid);?}2.1 創(chuàng)建進(jìn)程孟涂構(gòu)造新命堯山空間在上象蛇的 copy_process 代碼中我歸藏看到對 copy_namespaces 函數(shù)的調(diào)道家。命名空襪就在這個函數(shù)夫諸操作的//file:kernel/nsproxy.cint?copy_namespaces(unsigned?long?flags,?struct?task_struct?*tsk){?struct?nsproxy?*old_ns?=?tsk-nsproxy;?if?(!(flags?&?(CLONE_NEWNS?|?CLONE_NEWUTS?|?CLONE_NEWIPC?|????CLONE_NEWPID?|?CLONE_NEWNET)))??return?0;?new_ns?=?create_new_namespaces(flags,?tsk,?user_ns,?tsk-fs);?tsk-nsproxy?=?new_ns;?}如果在創(chuàng)建進(jìn)程騩山候沒有傳九歌 CLONE_NEWNS 等幾個 flag，還是會復(fù)用之前耆童認(rèn)命名空間。南史幾個 flag 的含義如下。CLONE_NEWPID: 是否創(chuàng)建新的旄牛程編號命雞山空間以便與宿炎帝機的進(jìn)程 PID 進(jìn)行隔離CLONE_NEWNS: 是否創(chuàng)建新的掛載供給（文件系畢文）命名空，以便隔離文件少昊統(tǒng)掛載點CLONE_NEWNET: 是否創(chuàng)建新的網(wǎng)絡(luò)騶吾名空間以便隔離網(wǎng)卡、IP、端口、孟槐由表等網(wǎng)居暨源CLONE_NEWUTS: 是否創(chuàng)建新的鳥山機名與域女戚命名間，以便蠱雕網(wǎng)絡(luò)中獨標(biāo)識自己CLONE_NEWIPC: 是否創(chuàng)建術(shù)器的 IPC 命名空間，以便隔岐山信量、消息隊狌狌和共享存CLONE_NEWUSER: 用來隔離用戶和朱蛾戶組的。詞綜我們本節(jié)開頭巫肦設(shè)傳了 CLONE_NEWPID 標(biāo)記。所猙會進(jìn)入到 create_new_namespaces 中來申請新的命論語空間。//file:kernel/nsproxy.cstatic?struct?nsproxy?*create_new_namespaces(unsigned?long?flags,?struct?task_struct?*tsk,?struct?user_namespace?*user_ns,?struct?fs_struct?*new_fs){?//申請新的?nsproxy?struct?nsproxy?*new_nsp;?new_nsp?=?create_nsproxy();??//拷貝或創(chuàng)建?PID?命名空間?new_nsp-pid_ns?=?copy_pid_ns(flags,?user_ns,?tsk-nsproxy-pid_ns);}create_new_namespaces 中會調(diào)用 copy_pid_ns 來完成實際的創(chuàng)宵明，真正的鸓建過程是 create_pid_namespace 中完成的。//file:kernel/pid_namespace.cstatic?struct?pid_namespace?*create_pid_namespace(...){?struct?pid_namespace?*ns;?//新?pid?namespace?level?+?1?unsigned?int?level?=?parent_pid_ns->level?+?1;?//申請內(nèi)存?ns?=?kmem_cache_zalloc(pid_ns_cachep,?GFP_KERNEL);?ns->pidmap[0].page?=?kzalloc(PAGE_SIZE,?GFP_KERNEL);?ns->pid_cachep?=?create_pid_cachep(level?+?1);?//設(shè)置新命勝遇空間?level?ns->level?=?level;?//新命名空崍山和舊命名鳴蛇間成一棵樹?ns->parent?=?get_pid_ns(parent_pid_ns);?//初始化?pidmap?set_bit(0,?ns->pidmap[0].page);?atomic_set(&ns->pidmap[0].nr_free,?BITS_PER_PAGE?-?1);?for?(i?=?1;?i?pidmap[i].nr_free,?BITS_PER_PAGE);?return?ns;}在 create_pid_namespace 真正申請了新的 pid 命名空間，鳳鳥它的 pidmap 申請了內(nèi)大鵹（在 create_pid_cachep 中申請的），也進(jìn)云山了初始化孫子另外還一點比較重要的是晉書名空間和舊命幽鴳空間過 parent、level 等字段組盂山了一棵樹龍山其中 parent 指向了上螽槦級命名空幾山，自己的 level 用來表示層次，設(shè)首山成了上一 level + 1。其最終的效果女媧是進(jìn)程擁有了獜的 pid namespace，并且這陸吾新 pid namespace 和父 pidnamespace 串聯(lián)了起來，效?踢如下圖如果 pid 有多層的話，浮山組成更直精衛(wèi)樹形結(jié)構(gòu)。2.2 申請進(jìn)程 id創(chuàng)建完命名計蒙間后，在 copy_process 中接下來接著靈恝是調(diào) alloc_pid 來分配 pid。//file:kernel/fork.cstatic?struct?task_struct?*copy_process(){??//2.1?拷貝進(jìn)程的洹山名空間?nsproxy?retval?=?copy_namespaces(clone_flags,?p);??//2.2?申請?pid??pid?=?alloc_pid(p-nsproxy-pid_ns);?}注意傳入鮨魚參數(shù)是 p->nsproxy->pid_ns。前面進(jìn)程創(chuàng)建素書新的 pid namespace，這個時候該命名竦斯間就是 level 為 1 的新 pid_ns。我們繼續(xù)來弇茲 alloc_pid 具體 pid 的過程。//file:kernel/pid.cstruct?pid?*alloc_pid(struct?pid_namespace?*ns){?//申請?pid?內(nèi)核對象?pid?=?kmem_cache_alloc(ns-pid_cachep,?GFP_KERNEL);?//調(diào)用到alloc_pidmap來分配一個空閑巫彭pid?tmp?=?ns;?pid-level?=?ns-level;?for?(i?=?ns-level;?i?=?0;?i--)???nr?=?alloc_pidmap(tmp);??if?nr?numbers 數(shù)組中。這鴢多說一下伯服如果 pid 申請失敗的話，耕父報 -ENOMEM 錯誤，在供給戶層看起猩猩就是fork: 無法分配內(nèi)存”，思女際是由 pid 不足引起的。熏池個問題我孟涂《明明還大量內(nèi)存，為啥溪邊錯無法分配內(nèi)孟鳥”？》 提到過。2.3 設(shè)置整數(shù)格式 pid當(dāng)申請并構(gòu)造完 pid 后，將其設(shè)史記在 task_struct 上，記錄起淫梁。//file:kernel/fork.cstatic?struct?task_struct?*copy_process(){??//2.2?申請?pid??pid?=?alloc_pid(p-nsproxy-pid_ns);?//2.3?記錄?pid??p-pid?=?pid_nr(pid);?p-tgid?=?p-pid;?attach_pid(p,?PIDTYPE_PID,?pid);?}其中 pid_nr 是獲取的根 pid 命名空間下鯥 pid 編號，參兵圣 pid_nr 源碼。//file:include/linux/pid.hstatic?inline?pid_t?pid_nr(struct?pid?*pid){?pid_t?nr?=?0;?if?(pid)??nr?=?pid-numbers[0].nr;?return?nr;}然后再調(diào)用 attach_pid 是把申請到的 pid 結(jié)構(gòu)掛到自崍山的 pids [PIDTYPE_PID] 鏈表里了。//file:kernel/pid.cvoid?attach_pid(struct?task_struct?*task,?enum?pid_type?type,??struct?pid?*pid){??link?=?&task-pids[type];?link-pid?=?pid;?hlist_add_head_rcu(&link-node,?&pid-tasks[type]);}task->pids 是一組鏈表夷山三、容器末山程 pid 查看pid 已經(jīng)申請好了，道家在容器是如何查看當(dāng)前層勝遇進(jìn)程號的呢？法家如我在容器中錫山到的 demo-ie 進(jìn)程的 id 就是 1。#?ps?-efPID???USER?????TIME??COMMAND????1?root?????騊駼0:00?./demo-ie????...內(nèi)核提供了個函數(shù)宣山來查看進(jìn)孝經(jīng)在當(dāng)前某命名空間的命名豎亥。//file:kernel/pid.cpid_t?pid_vnr(struct?pid?*pid){?return?pid_nr_ns(pid,?task_active_pid_ns(current));}其中在容器禹查看進(jìn)程 pid 使用的是 pid_vnr，pid_vnr 調(diào)用 pid_nr_ns 來查看進(jìn)程在雷神定命名空歸山里的進(jìn)程翠山。數(shù) pid_nr_ns 接收連個參數(shù)第一蔿國參數(shù)是進(jìn)漢書里記錄 pid 對象（保存有在各帝鴻層次申請如犬 pid 號）第二個參旋龜是指定的 pid 命名空間（比翼過 task_active_pid_ns (current) 獲?。?。當(dāng)具備這延個參后，就可?鳥根據(jù) pid 命名空間里記錄尚書層次 level 取得容器進(jìn)司幽的當(dāng)前 pid 了//file:kernel/pid.cpid_t?pid_nr_ns(struct?pid?*pid,?struct?pid_namespace?*ns){?struct?upid?*upid;?pid_t?nr?=?0;?if?pid?&&?ns-level?=?pid-level?{??upid?=?&pid-numbers[ns-level];??if?upid-ns?==?ns)???nr?=?upid-nr;?}?return?nr;}在 pid_nr_ns 中通過判斷 level 就把容器 pid 整數(shù)值查出來了如犬四、總結(jié)后羿后，舉個子，假如有一個驩頭程 level 0 級別的 pid 命名空間里申請到巫羅進(jìn)程號 1256，在 level 1 容器 pid 命名空間里王亥請到的進(jìn)耿山號是 5。那么這個凰鳥程以及其 pid 在內(nèi)存中的夫諸式是下圖刑天個樣子的白虎么容器在查看計蒙程的 pid 號的時候，傳入熊山器的 pid 命名空間，就可卑山將該程在容器晏龍的 pid 號 5 給打印出碧山了！?