一. 概述
Android系統創建進程，最終的實現還是調用linux fork方法，對于linux系統每個進程都有唯一的 進程ID(值大于0)，也有pid上限，默認為32768。 pid可重復利用，當進程被殺后會回收該pid，以供后續的進程pid分配。
上一篇文章Linux進程管理?詳細地介紹了進程fork過程，在copy_process()過程，執行完父進行文件、內存等信息的拷貝，緊接著便是執行alloc_pid()方法去分配pid.
二. 分配法
2.1 copy_process
static?struct?task_struct *copy_process(unsigned?long?clone_flags,?unsigned?long?stack_start,?unsigned?long?stack_size,?int?__user *child_tidptr,?struct?pid *pid,?int?trace,?unsigned?long?tls)?{
...
struct task_struct *p;
if (pid != &init_struct_pid) {
//分配pid[見小節2.2]
pid = alloc_pid(p->nsproxy->pid_ns_for_children);
}
p->pid = pid_nr(pid); //設置pid[見小節2.4]
...
}
2.2 alloc_pid
[-> kernel/kernel/pid.c]
struct pid *alloc_pid(struct pid_namespace *ns)
{
struct pid *pid; //[見小節2.2.1]
enum pid_type type;
int i, nr;
struct pid_namespace *tmp; //[見小節2.2.4]
struct upid *upid;
int retval = -ENOMEM;
//分配pid結構體的內存
pid = kmem_cache_alloc(ns->pid_cachep, GFP_KERNEL);
...
tmp = ns;
pid->level = ns->level;
for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
nr = alloc_pidmap(tmp); //分配pid【見小節2.3】
...
pid->numbers[i].nr = nr; //nr保存到pid結構體
pid->numbers[i].ns = tmp;
tmp = tmp->parent;
}
...
get_pid_ns(ns);
atomic_set(&pid->count, 1);
for (type = 0; type < PIDTYPE_MAX; ++type)
INIT_HLIST_HEAD(&pid->tasks[type]); //初始化pid的hlist結構體
upid = pid->numbers + ns->level;
spin_lock_irq(&pidmap_lock);
if (!(ns->nr_hashed & PIDNS_HASH_ADDING))
goto out_unlock;
for ( ; upid >= pid->numbers; --upid) {
//建立pid_hash的關聯關系
hlist_add_head_rcu(&upid->pid_chain,
&pid_hash[pid_hashfn(upid->nr, upid->ns)]);
upid->ns->nr_hashed++;
}
spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
return pid;
...
}
2.2.1 pid結構體
[-> kernel/include/linux/pid.h]
struct pid
{
atomic_t count;
unsigned int level;
struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX]; //見enum pid_type
struct rcu_head rcu;
struct upid numbers[1]; //見結構體upid
};
2.2.2 upid結構體
[-> pid.h]
struct upid
{
int nr;
struct pid_namespace *ns;
struct hlist_node pid_chain;
};
2.2.3 pid_type
[-> pid.h]
enum pid_type
{
PIDTYPE_PID, //進程ID
PIDTYPE_PGID, //進程組ID
PIDTYPE_SID, //會話組ID
PIDTYPE_MAX,
__PIDTYPE_TGID //僅用于__task_pid_nr_ns()
};
2.2.4 pid_namespace結構體
[-> kernel/include/linux/pid_namespace.h]
struct pid_namespace {
struct kref kref;
struct pidmap pidmap[PIDMAP_ENTRIES];
struct rcu_head rcu;
int last_pid;
unsigned int nr_hashed;
struct task_struct *child_reaper;
struct kmem_cache *pid_cachep;
unsigned int level;
struct pid_namespace *parent;
...
struct user_namespace *user_ns;
struct work_struct proc_work;
kgid_t pid_gid;
int hide_pid;
int reboot;
struct ns_common ns;
};
PID命名空間，這是為系統提供虛擬化做支撐的功能。
2.3 alloc_pidmap
[-> kernel/kernel/pid.c]
static int alloc_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns)
{
//last_pid為上次分配出去的pid
int i, offset, max_scan, pid, last = pid_ns->last_pid;
struct pidmap *map;
pid = last + 1;
if (pid >= pid_max)
pid = RESERVED_PIDS; //默認為300
offset = pid & BITS_PER_PAGE_MASK; //最高位值置0，其余位不變
map = &pid_ns->pidmap[pid/BITS_PER_PAGE]; //找到目標pidmap
//當offset =0，則掃描一次;
//當offset!=0，則掃描兩次
max_scan = DIV_ROUND_UP(pid_max, BITS_PER_PAGE) - !offset;
for (i = 0; i <= max_scan; ++i) {
if (unlikely(!map->page)) {
void *page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
spin_lock_irq(&pidmap_lock);
if (!map->page) {
map->page = page;
page = NULL;
}
spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
kfree(page);
if (unlikely(!map->page))
break;
}
//當pidmap還有可用pid時
if (likely(atomic_read(&map->nr_free))) {
do {
//當offset位空閑時返回該pid
if (!test_and_set_bit(offset, map->page)) {
atomic_dec(&map->nr_free); //可用pid減一
set_last_pid(pid_ns, last, pid); //設置last_pid
return pid;
}
//否則，查詢下一個非0的offset值
offset = find_next_offset(map, offset);
根據offset轉換成相應的pid
pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
} while (offset < BITS_PER_PAGE && pid < pid_max);
}
//當上述pid分配失敗，則再次查找offset
if (map < &pid_ns->pidmap[(pid_max-1)/BITS_PER_PAGE]) {
++map;
offset = 0;
} else {
map = &pid_ns->pidmap[0];
offset = RESERVED_PIDS;
if (unlikely(last == offset))
break;
}
pid = mk_pid(pid_ns, map, offset);
}
return -1;
}
pid允許分配的最大值為32767，當pid分配輪過一圈之后則允許分配的最小值為300，也就是說前300個pid是不可再分配的。
相關常量如下：
#define?PAGE_SHIFT 12
#define?PAGE_SIZE (1UL << PAGE_SHIFT)?// 2^12
#define?BITS_PER_PAGE (PAGE_SIZE * 8)?// 2^15
#define?BITS_PER_PAGE_MASK (BITS_PER_PAGE-1)?//2^15-1
#define?PAGE_MASK (~(PAGE_SIZE-1))
2.3.1 pidmap結構體
[-> kernel/include/linux/pid_namespace.h]
struct pidmap {
atomic_t nr_free; //可用pid的個數
void *page; //用于存放位圖
};
pidmap->page的大小為4KB，每一個bit位代表一個進程pid的分配情況，那么4KB*8=32768， 這正好是pid可分配的上限，用nr_free代表該namespace下還有多少可用pid。
2.3.2 find_next_offset
[-> pid.c]
#define?find_next_offset(map, off) \ find_next_zero_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, off)
static?inline?int?mk_pid(struct?pid_namespace *pid_ns,?struct?pidmap *map,?int?off)?{
return (map - pid_ns->pidmap)*BITS_PER_PAGE + off;
}
2.4 pid_nr
[-> kernel/include/linux/pid.h]
static inline pid_t pid_nr(struct pid *pid)
{
pid_t nr = 0;
if (pid)
nr = pid->numbers[0].nr;
return nr;
}
根據pid結構體找到真正的pid數值。
三. 總結
pid分配上限的查詢方式cat /proc/sys/kernel/pid_max，Android系統一般默認為32768。
對于pid<300的情況值允許分配一次，不可再改變。也就是進程pid分配范圍為(300, 32768)；
每個pid分配成功，便會把當前的pid設置到last_pid， 那么下次pid的分配便是從last_pid+1開始 往下查找。這就意味著當last_pid+1或者附近的進程，剛被殺并回收該pid，此時再創建新進程，很有可能會復用 pid.
位圖法記錄已分配和未分配pid,由于pid的最大上限為32768，故pidmap采用4KB大小的內存，每一位代表一個進程ID號，正好4K*8=32K= 32768。
標簽：struct,offset,pid,pidmap,Linux,進程,nr,ns
來源： https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/13676322.html
51單片機之按鍵控制蜂鳴器、數碼管、按鍵值移位顯示...)
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