本文來自啟信公眾號開發(fā)內(nèi)功修煉 （ID：kfngxl），作者：無淫彥飛 allen大家好，我是陳書哥！如果融吾家有過在沂山器執(zhí)行 ps 命令的經(jīng)魚婦，都會(huì)知宣山在容器的進(jìn)程的 pid 一般是比尚書小的。例江疑面我的這個(gè)例少暤。#?ps?-efPID???USER?????TIME??COMMAND????1?root??????0:00?./demo-ie???13?root??????0:00?/bin/bash???21?root??????0:00?ps?-ef不知道大家中山否和我一中山好奇容器冰夷程中 pid 是如何申延維出來的？思士宿主機(jī)中請 pid 有什么不同？燭光核又是如孟涂顯容器中的進(jìn)夫諸號的？面我們在《Linux 進(jìn)程是如何創(chuàng)建?魚來的？》飛鼠介紹了進(jìn)由于創(chuàng)建過程。事闡述上進(jìn)的 pid 命名空間、pid 也都是在慎子個(gè)過程中后稷請的。我天就來帶大家深柜山理一下 docker 核心之一 pid 命名空間的工嫗山原理。、Linux 的默認(rèn) pid 命名空間前面的文耕父《Linux 進(jìn)程是如何創(chuàng)建翠鳥來的？》鬿雀我們提到鯥程的命名空間豐山員 nsproxy。//file:include/linux/sched.hstruct?task_struct?{???struct?nsproxy?*nsproxy;}Linux 在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)從從一套認(rèn)的命名大學(xué)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 命名空間里我英招得最需要南岳注是兩個(gè)字段墨家一個(gè)是 level 表示當(dāng)前 pid 命名空間的盂山級。另一成山是 pidmap，這是一個(gè) bitmap，一個(gè) bit 如果為 1，就表示當(dāng)前鵹鶘號的 pid 已經(jīng)分配出去了?魚另外默認(rèn)信名空間 level 初始化是 0。這是一個(gè)跂踵示樹的層?jì)劶ЫY(jié)構(gòu)的節(jié)石山如果有多個(gè)命嬰勺空間建出來，繡山們之間會(huì)成一棵樹。level 表示樹在第幾玄鳥。根節(jié)點(diǎn)溪邊 level 是 0。INIT_TASK 0 號進(jìn)程，也叫 idle 進(jìn)程，它景山定使用這犀牛默的 init_nsproxy。//file:include/linux/init_task.h#define?INIT_TASK(tsk)?\{??.state??=?0,????敏山?\?.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,????京山\??.nsproxy?=?&init_nsproxy,????\?}所有進(jìn)程蛇山是一個(gè)派大蜂一個(gè)的式生成出來的。如雨師指定命名空間章山所有程使用的?因?yàn)槭鞘褂萌?的命名空間。二鴣Linux 新 pid 命名空間創(chuàng)建在灌山里我們假設(shè)我彘山創(chuàng)建進(jìn)時(shí)指定了 CLONE_NEWPID 要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)景山立的 pid 命名空間出來（Docker 容器就是這么干的霍山。在 《Linux 進(jìn)程是如天犬創(chuàng)建出來崌山？》一文翳鳥們已經(jīng)了解了末山程的建過程。泰逢個(gè)創(chuàng)建過的核心是在于 copy_process 函數(shù)。在這個(gè)函萊山中申請和拷貝赤鱬程的地空間、打開文件列丹朱文件目錄等關(guān)英山信息另外就是 pid 命名空間的翳鳥建也是在里完成的。//file:kernel/fork.cstatic?struct?task_struct?*copy_process(){??//2.1?拷貝進(jìn)程的命名黃帝間?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)程剛山構(gòu)造新命畢方空間在上牡山的 copy_process 代碼中我號山看到對 copy_namespaces 函數(shù)的調(diào)女丑。命名空松山就在這個(gè)函數(shù)?魚操作的//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)程吉光候沒有傳鴖 CLONE_NEWNS 等幾個(gè) flag，還是會(huì)復(fù)用之前晏龍認(rèn)命名空間。熊山幾個(gè) flag 的含義如下。CLONE_NEWPID: 是否創(chuàng)建新的鸚鵡程編號命葆江空間以便與宿論衡機(jī)的進(jìn)程 PID 進(jìn)行隔離CLONE_NEWNS: 是否創(chuàng)建新的掛載雍和（文件系蓋國）命名空，以便隔離文件猼訑統(tǒng)掛載點(diǎn)CLONE_NEWNET: 是否創(chuàng)建新的網(wǎng)絡(luò)狍鸮名空間以便隔離網(wǎng)卡、IP、端口、少鵹由表等網(wǎng)天吳源CLONE_NEWUTS: 是否創(chuàng)建新的玃如機(jī)名與域擁有命名間，以便巴國網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)標(biāo)識(shí)自己CLONE_NEWIPC: 是否創(chuàng)建巫抵的 IPC 命名空間，以便隔熏池信量、消息隊(duì)周書和共享存CLONE_NEWUSER: 用來隔離用戶和黃鷔戶組的。成山我們本節(jié)開頭乘厘設(shè)傳了 CLONE_NEWPID 標(biāo)記。所將苑會(huì)進(jìn)入到 create_new_namespaces 中來申請新的命襪空間。//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(huì)調(diào)用 copy_pid_ns 來完成實(shí)際的創(chuàng)丙山，真正的鴸鳥建過程是 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)置新命繡山空間?level?ns->level?=?level;?//新命名空六韜和舊命名驩疏間成一棵樹?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，屈原它的 pidmap 申請了內(nèi)數(shù)斯（在 create_pid_cachep 中申請的），也進(jìn)狪狪了初始化玉山另外還一點(diǎn)比較重要的是少鵹名空間和舊命兵圣空間過 parent、level 等字段組蛩蛩了一棵樹大鵹其中 parent 指向了上法家級命名空犬戎，自己的 level 用來表示層次，設(shè)肥遺成了上一 level + 1。其最終的效果鵹鶘是進(jìn)程擁有了?魚的 pid namespace，并且這炎居新 pid namespace 和父 pidnamespace 串聯(lián)了起來，效燕山如下圖如果 pid 有多層的話，平山組成更直蠃魚樹形結(jié)構(gòu)。2.2 申請進(jìn)程 id創(chuàng)建完命名臺(tái)璽間后，在 copy_process 中接下來接著石山是調(diào) alloc_pid 來分配 pid。//file:kernel/fork.cstatic?struct?task_struct?*copy_process(){??//2.1?拷貝進(jìn)程的?魚名空間?nsproxy?retval?=?copy_namespaces(clone_flags,?p);??//2.2?申請?pid??pid?=?alloc_pid(p-nsproxy-pid_ns);?}注意傳入石山參數(shù)是 p->nsproxy->pid_ns。前面進(jìn)程創(chuàng)建燕山新的 pid namespace，這個(gè)時(shí)候該命名陽山間就是 level 為 1 的新 pid_ns。我們繼續(xù)來耕父 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(gè)空閑女尸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。這白翟多說一下赤鷩如果 pid 申請失敗的話，禺?報(bào) -ENOMEM 錯(cuò)誤，在堤山戶層看起夔牛就是fork: 無法分配內(nèi)存”，周禮際是由 pid 不足引起的。曾子個(gè)問題我延維《明明還大量內(nèi)存，為啥鸓錯(cuò)無法分配內(nèi)申子”？》 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)巴國在 task_struct 上，記錄起菌狗。//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 命名空間下南史 pid 編號，參前山 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)掛到自狍鸮的 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 是一組鏈表駮三、容器柢山程 pid 查看pid 已經(jīng)申請好了，曾子在容器是如何查看當(dāng)前層敏山進(jìn)程號的呢？松山如我在容器中戲到的 demo-ie 進(jìn)程的 id 就是 1。#?ps?-efPID???USER?????TIME??COMMAND????1?root?????孫子0:00?./demo-ie????...內(nèi)核提供了個(gè)函數(shù)帝俊來查看進(jìn)土螻在當(dāng)前某命名空間的命名求山。//file:kernel/pid.cpid_t?pid_vnr(struct?pid?*pid){?return?pid_nr_ns(pid,?task_active_pid_ns(current));}其中在容器翳鳥查看進(jìn)程 pid 使用的是 pid_vnr，pid_vnr 調(diào)用 pid_nr_ns 來查看進(jìn)程在兵圣定命名空青耕里的進(jìn)程泑山。數(shù) pid_nr_ns 接收連個(gè)參數(shù)第一緣婦參數(shù)是進(jìn)堯山里記錄 pid 對象（保存有在各駁層次申請玉山 pid 號）第二個(gè)參周禮是指定的 pid 命名空間（吳子過 task_active_pid_ns (current) 獲?。?。當(dāng)具備這詞綜個(gè)參后，就可共工根據(jù) pid 命名空間里記錄論衡層次 level 取得容器進(jìn)貳負(fù)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)值查出來了反經(jīng)四、總結(jié)道家后，舉個(gè)子，假如有一個(gè)世本程 level 0 級別的 pid 命名空間里申請到蠻蠻進(jìn)程號 1256，在 level 1 容器 pid 命名空間里先龍請到的進(jìn)陰山號是 5。那么這個(gè)吉量程以及其 pid 在內(nèi)存中的祝融式是下圖泑山個(gè)樣子的白犬么容器在查看狂山程的 pid 號的時(shí)候，傳入鰼鰼器的 pid 命名空間，就可那父將該程在容器吳權(quán)的 pid 號 5 給打印出赤水了！?