linux-kernel - `task_struct` 和 `pid_namespace` 之间有什么关系？

Question

我正在研究一些内核代码并试图了解数据结构是如何链接在一起的。我知道调度程序如何工作的基本概念，以及 PID 是什么。但是我不知道在这种情况下命名空间是什么，也无法弄清楚所有这些是如何协同工作的。

我已经阅读了一些解释（包括 O'Reilly “Understanding the Linux Kernel”的部分内容）并理解可能是同一个 PID 进入了两个进程，因为一个进程已经终止并且 ID 被重新分配。但我无法弄清楚这一切是如何完成的。

所以：

在这种情况下，什么是命名空间？
task_struct和之间有什么关系pid_namespace？（我已经认为它与pid_t，但不知道如何）

一些参考资料：

的定义pid_namespace
的定义task_struct
的定义upid（另见pid下方）

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也许这些链接可能会有所帮助：

通过第二个链接后，很明显命名空间是隔离资源的好方法。在包括 Linux 在内的任何操作系统中，进程都是最重要的资源之一。用他自己的话说

是的，就是这样，使用这个命名空间可以重新启动 PID 编号并获得您自己的“1”进程。这可以被视为进程标识符树中的“chroot”。当您需要在日常工作中处理 pid 并且被 4 位数字卡住时，它非常方便......</p>

因此，您可以创建自己的私有流程树，然后将其分配给特定用户和/或特定任务。在这棵树中，进程不必担心 PID 与“容器”外的 PID 冲突。因此，这与将这棵树完全交给不同的“根”用户一样好。这位好人用一个很好的小例子来解释事情做得很好，所以我不会在这里重复。

就内核而言，我可以为您提供一些指导以帮助您入门。我不是这里的专家，但我希望这对您有所帮助。

这篇 LWN文章描述了查看 PID 的旧方法和新方法。用它自己的话来说：

一个任务可能具有的所有 PID 都在struct pid. 此结构包含 ID 值、具有此 ID 的任务列表、引用计数器和要存储在哈希表中的哈希列表节点，以便更快地搜索。关于任务列表的更多信息。基本上，一个任务具有三个 PID：进程 ID (PID)、进程组 ID (PGID) 和会话 ID (SID)。PGID和SID可以在任务之间共享，例如，当两个或多个任务属于同一个组时，每个组ID寻址多个任务。使用 PID 命名空间，这个结构变得有弹性。现在，每个 PID 可能有多个值，每个值在一个命名空间中有效。也就是说，一个任务在一个命名空间中可能具有 1024 的 PID，而在另一个命名空间中可能具有 256。所以，前者发生了struct pid变化。以下是如何 struct pid在引入 PID 命名空间之前看起来像：
struct pid {
 atomic_t count;                          /* reference counter */
 int nr;                                  /* the pid value */
 struct hlist_node pid_chain;             /* hash chain */
 struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX];    /* lists of tasks */
 struct rcu_head rcu;                     /* RCU helper */
};
这就是它现在的样子：
struct upid {
   int nr;                            /* moved from struct pid */
   struct pid_namespace *ns;          /* the namespace this value
                                       * is visible in */
   struct hlist_node pid_chain;       /* moved from struct pid */
};

struct pid {
   atomic_t count;
   struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX];
   struct rcu_head rcu;
   int level;                     /* the number of upids */
   struct upid numbers[0];
};
如您所见，struct upid now 表示 PID 值——它存储在散列中并具有 PID 值。要将转换struct pid为 PID 或反之亦然，可以使用一组帮助器，如 task_pid_nr()、pid_nr_ns()、find_task_by_vpid()等。

虽然有点过时，但这些信息足以让您入门。这里还有一个更重要的结构需要提及。它是struct nsproxy。这个结构是所有事物命名空间相对于它所关联的进程的焦点。它包含一个指向该进程的子进程将使用的 PID 命名空间的指针。当前进程的 PID 命名空间使用task_active_pid_ns.

在struct task_struct中，我们有一个命名空间代理指针，它被恰当地称为nsproxy，它指向这个进程的struct nsproxy结构。如果您跟踪创建新流程所需的步骤，您可以找到和之间的task_struct关系。struct nsproxystruct pid

Linux 中的新进程总是从现有进程中派生出来，然后使用execve（或 exec 系列中的类似函数）替换它的映像。因此，作为的一部分do_fork，copy_process被调用。

作为复制父进程的一部分，会发生以下重要事情：

task_struct首先使用dup_task_struct.
父进程的命名空间也使用copy_namespaces. 这也为孩子创建了一个新nsproxy结构，它的 nsproxy 指针指向这个新创建的结构
对于非 INIT 进程（原始全局 PID也就是启动时产生的第一个进程），PID分配一个结构，使用该结构实际上为新ed 进程alloc_pid分配一个新的 PID 结构。fork此函数的简短片段：
```
nr = alloc_pidmap(tmp);
if(nr<0)
   goto out_free;
pid->numbers[i].nr = nr;
pid->numbers[i].ns = tmp;
```

upid这通过给它一个新的 PID 以及它当前所属的命名空间来填充结构。

此外，作为copy process函数的一部分，这个新分配的 PID 然后链接到相应的task_structvia 函数pid_nr，即它的全局 ID（从 INIT 命名空间看起来是原始 PID nr）存储pid在task_struct.

在最后阶段，通过领域内的功能与这个新结构copy_process之间建立了联系。task_structpidpid_linktask_structattach_pid

它还有很多，但我希望这至少能给你一些先机。

注意：我指的是最新的（截至目前）内核版本，即。3.17.2.

linux-kernel - `task_struct` 和 `pid_namespace` 之间有什么关系？

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