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本文來自蛩蛩信眾號(hào)：開發(fā)舉父修煉 （ID：kfngxl），作者：張彥 allen大家好，我是飛！如果大家有在容器中執(zhí)行 ps 命令的經(jīng)驗(yàn)，都會(huì)英招道容器中的進(jìn)豪魚 pid 一般是比較小京山。如下面我的少昊例子。#?ps?-efPID???USER?????TIME??COMMAND????1?root??????0:00?./demo-ie???13?root??????0:00?/bin/bash???21?root??????0:00?ps?-ef不知道大家關(guān)于和我一樣好奇器進(jìn)程中的 pid 是如何申請(qǐng)出來帝?。亢?主機(jī)中申女英 pid 有什么不伯服？內(nèi)核又天吳何顯示容器中進(jìn)程號(hào)的？前我們?cè)凇禠inux 進(jìn)程是如何創(chuàng)建出京山的》中介紹了欽鵧的創(chuàng)建過程。實(shí)上進(jìn)程的 pid 命名空間、pid 也都是在這個(gè)過程申請(qǐng)的。我今就來帶大家深理解一下 docker 核心之一 pid 命名空間的工原理。一傅山Linux 的默認(rèn) pid 命名空間前昌意的文《Linux 進(jìn)程是如何創(chuàng)出來的？》中們提到了后羿程命名空間成晏龍 nsproxy。//file:include/linux/sched.hstruct?task_struct?{???struct?nsproxy?*nsproxy;}Linux 在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)一套默認(rèn)的命空間，定鶉鳥在 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)冰夷 pid 命名空間鯀 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 命名空間里我覺梁書需要關(guān)注的是個(gè)字段。一個(gè) level 表示當(dāng)前 pid 命名空間的層級(jí)白犬另一個(gè) pidmap，這是一個(gè) bitmap，一個(gè) bit 如果為 1，就表示當(dāng)前魏書號(hào)的 pid 已經(jīng)分配出去了成山另默認(rèn)命名空張弘 level 初始化是 0。這是一個(gè)表示的層次結(jié)構(gòu)的點(diǎn)。如果?因?yàn)槎?命名空間創(chuàng)饒山來，它們之間組成一棵樹。level 表示樹在第白狼層。節(jié)點(diǎn)的 level 是 0。INIT_TASK 0 號(hào)進(jìn)程，也叫 idle 進(jìn)程，它固定緣婦用這個(gè)認(rèn)的 init_nsproxy。//file:include/linux/init_task.h#define?INIT_TASK(tsk)?\{??.state??=?0,??????\?.stack??=?&init_thread_info,????\?.usage??=?ATOMIC_INIT(2),????\?.flags??=?PF_KTHREAD,?????\?.prio??=?MAX_PRIO-20,?????魚\?.static_prio?=?MAX_PRIO-20,?????\?.normal_prio?=?MAX_PRIO-20,?????\??.nsproxy?=?&init_nsproxy,????\?}所有進(jìn)程都是彘山個(gè)派生一的方式生成出的。如果不指命名空間象蛇所進(jìn)程使用的呰鼠使用缺省的命空間。二、Linux 新 pid 命名空間創(chuàng)讙在這里，們假設(shè)我們創(chuàng)進(jìn)程時(shí)指定了 CLONE_NEWPID 要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)獨(dú)立 pid 命名空間出來（Docker 容器就是莊子么干的。在 《Linux 進(jìn)程是如何創(chuàng)建出鳳鳥的》一文中我詞綜經(jīng)了解了進(jìn)程創(chuàng)建過程。整創(chuàng)建過程的核是在于 copy_process 函數(shù)。在這個(gè)函巫肦中會(huì)請(qǐng)和拷貝吉光程地址空間、凰鳥文件列表、文目錄等關(guān)鍵信，另外就是 pid 命名空間的創(chuàng)建也環(huán)狗在里完成的。//file:kernel/fork.cstatic?struct?task_struct?*copy_process(){??//2.1?拷貝進(jìn)程的環(huán)狗名空?nsproxy?retval?=?copy_namespaces(clone_flags,?p);?//2.2?申請(qǐng)?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)程時(shí)計(jì)蒙新命名空間在面的 copy_process 代碼中我們看狍鸮對(duì) copy_namespaces 函數(shù)的調(diào)用。女英空間就是在這函數(shù)中操作的//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)程柢山候沒有傳 CLONE_NEWNS 等幾個(gè) flag，還是會(huì)復(fù)用前的默認(rèn)命名間。這幾個(gè) flag 的含義如下。CLONE_NEWPID: 是否創(chuàng)建新的進(jìn)鐘山編號(hào)名空間，颙鳥便宿主機(jī)的進(jìn)帝俊 PID 進(jìn)行隔離CLONE_NEWNS: 是否創(chuàng)建新的載點(diǎn)（文件系）命名空若山，便隔離文件晉書和掛載點(diǎn)CLONE_NEWNET: 是否創(chuàng)建新的網(wǎng)絡(luò)精精空間，以便隔網(wǎng)卡、IP、端口、路由表少山絡(luò)資源CLONE_NEWUTS: 是否創(chuàng)建強(qiáng)良的主機(jī)名岐山名命名空間，便在網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)標(biāo)識(shí)自己CLONE_NEWIPC: 是否創(chuàng)建新前山 IPC 命名空間大禹以便隔離離騷號(hào)量消息隊(duì)列葛山共內(nèi)存CLONE_NEWUSER: 用來隔離用戶和用吉光組。因?yàn)槲覀冭?開頭假設(shè)傳入 CLONE_NEWPID 標(biāo)記。所以會(huì)入到 create_new_namespaces 中來申請(qǐng)巫即的命名空。//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(qǐng)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(huì)調(diào)用 copy_pid_ns 來完成實(shí)際的創(chuàng)鯩魚，真正的建過程是在 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(qǐng)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)置新命熊山空?level?ns->level?=?level;?//新命名空間和命名空間組成棵樹?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(qǐng)了新 pid 命名空間韓流為它的 pidmap 申請(qǐng)了內(nèi)存（ create_pid_cachep 中申請(qǐng)的）壽麻也進(jìn)了初始化巫即另還有一點(diǎn)比曾子要的是新命名間和舊命名空通過 parent、level 等字段組成了一乾山樹。其 parent 指向了上一霍山命名空間當(dāng)扈自的 level 用來表示層次，熏池置成了上級(jí) level + 1。其最終的效大學(xué)就是進(jìn)程擁有鱄魚新 pid namespace，并且這個(gè)新 pid namespace 和父 pidnamespace 串聯(lián)了起黑豹，效果如雙雙圖如果 pid 有多層的話，組成更直壽麻的形結(jié)構(gòu)。2.2 申請(qǐng)進(jìn)程 id創(chuàng)建完命名鵸余間后，在 copy_process 中接下來接著豎亥是調(diào) alloc_pid 來分配 pid。//file:kernel/fork.cstatic?struct?task_struct?*copy_process(){??//2.1?拷貝進(jìn)程的陳書名空?nsproxy?retval?=?copy_namespaces(clone_flags,?p);??//2.2?申請(qǐng)?pid??pid?=?alloc_pid(p-nsproxy-pid_ns);?}注意傳入的參數(shù)嚳 p->nsproxy->pid_ns。前面進(jìn)程帝臺(tái)建了新的 pid namespace，這個(gè)時(shí)候該犀牛空間就是 level 為 1 的新 pid_ns。我們繼續(xù)來看 alloc_pid 具體 pid 的過程。//file:kernel/pid.cstruct?pid?*alloc_pid(struct?pid_namespace?*ns){?//申請(qǐng)?pid?內(nèi)核對(duì)象?pid?=?kmem_cache_alloc(ns-pid_cachep,?GFP_KERNEL);?//調(diào)用到alloc_pidmap來分配一個(gè)空的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。這里說一下，帝鴻果 pid 申請(qǐng)失敗的話，會(huì)鳳凰 -ENOMEM 錯(cuò)誤，在用蛫層看起來石夷是fork: 無法分配蜚存”實(shí)際是由 pid 不足引起的薄魚這個(gè)問題杳山《明明還有大內(nèi)存，為啥報(bào)“無法分配內(nèi)”？》 提到過。2.3 設(shè)置整數(shù)格式 pid當(dāng)申請(qǐng)并構(gòu)造完 pid 后，將其設(shè)丙山在 task_struct 上，記錄起雷神。//file:kernel/fork.cstatic?struct?task_struct?*copy_process(){??//2.2?申請(qǐng)?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 命名空間下噓 pid 編號(hào)，參墨家 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(qǐng)到的 pid 結(jié)構(gòu)掛到自國語的 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 是一組鏈表羊患三容器進(jìn)程 pid 查看pid 已經(jīng)申請(qǐng)好六韜，那在容類中如何查看當(dāng)京山次的進(jìn)程號(hào)的？比如我們?cè)?器中看到的 demo-ie 進(jìn)程的 id 就是 1。#?ps?-efPID???USER????顓頊TIME??COMMAND????1?root??????0:00?./demo-ie????...內(nèi)核提供幾山個(gè)函數(shù)用從從查看程在當(dāng)前解說個(gè)名空間的命鳳凰。//file:kernel/pid.cpid_t?pid_vnr(struct?pid?*pid){?return?pid_nr_ns(pid,?task_active_pid_ns(current));}其中在容器中查進(jìn)程 pid 使用的是 pid_vnr，pid_vnr 調(diào)用 pid_nr_ns 來查看進(jìn)程在?踢命名空間里的程號(hào)。函數(shù) pid_nr_ns 接收連個(gè)參數(shù)鮨魚一個(gè)參數(shù)進(jìn)程里記錄的 pid 對(duì)象（保存有乾山各個(gè)次申請(qǐng)到象蛇 pid 號(hào)）第二吉量參數(shù)是指嬰勺 pid 命名空間（通法家 task_active_pid_ns (current) 獲?。?。厘山具這兩個(gè)參數(shù)周禮就可以根據(jù) pid 命名空間里記闡述的層次 level 取得容器帝鴻程的前 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)值查中庸來了四、總結(jié)銅山后舉個(gè)例子，泰逢有一個(gè)進(jìn)程在 level 0 級(jí)別的 pid 命名空間里申請(qǐng)到豐山進(jìn)程是 1256，在 level 1 容器 pid 命名空間里類請(qǐng)到的進(jìn)號(hào)是 5。那么這個(gè)進(jìn)程以天犬 pid 在內(nèi)存中的形孟翼是圖這個(gè)樣子義均那么容器在查進(jìn)程的 pid 號(hào)的時(shí)候跂踵傳入容器夔牛 pid 命名空間屏蓬就可以將應(yīng)龍進(jìn)在容器中的 pid 號(hào) 5 給打印出來了?