linux多线程编译 Linux标识进程

本文主要分成四个部分来描述进程标识这个主题：在初步介绍了一些入门的各种IDs基础知识后，在第三章我们描述了pid、pid number、pid namespace等基础的概念。第四章重点描述了内核如何将这些基本概念抽象成具体的数据结构，最后我们简单分析了内核关于进程标识的源代码（代码来自linux4.4.6版本）。

二、各种ID概述

所谓进程其实就是执行中的程序而已，和静态的程序相比，进程是一个运行态的实体，拥有各种各样的资源：地址空间（未必使用全部地址空间，而是排布在地址空间上的一段段的memory mappings）、打开的文件、pending的信号、一个或者多个thread of execution，内核中数据实体（例如一个或者多个task_struct实体），内核栈（也是一个或者多个）等。针对进程，我们使用进程ID，也就是pid（process ID）。通过getpid和getppid可以获取当前进程的pid以及父进程的pid。

进程中的thread of execution被称作线程（thread），线程是进程中活跃状态的实体。一方面进程中所有的线程共享一些资源，另外一方面，线程又有自己专属的资源，例如有自己的PC值，用户栈、内核栈，有自己的hw context、调度策略等等。我们一般会说进程调度什么的，但是实际上线程才是是调度器的基本单位。对于Linux内核，线程的实现是一种特别的存在，和经典的unix都不一样。在linux中并不区分进程和线程，都是用task_struct来抽象，只不过支持多线程的进程是由一组task_struct来抽象，而这些task_struct会共享一些数据结构（例如内存描述符）。我们用thread ID来唯一标识进程中的线程，POSIX规定线程ID在所属进程中是唯一的，不过在linux kernel的实现中，thread ID是全系统唯一的，当然，考虑到可移植性，Application software不应该假设这一点。在用户空间，通过gettid函数可以获取当前线程的thread ID。对于单线程的进程，process ID和thread ID是一样的，对于支持多线程的进程，每个线程有自己的thread ID，但是所有的线程共享一个PID。

为了方便shell进行Job controll，我们需要把一组进程组织起来形成进程组。关于这方面的概念，在进程和终端文档中描述的很详细，这里就不赘述了。为了标识进程组，我们需要引入进程组ID的概念。我们一般把进程组中的第一个进程的ID作为进程组的ID，进程组中的所有进程共享一个进程组ID。在用户空间，通过setpgid、getpgid、setpgrp和getpgrp等接口函数可以访问process group ID。

经过thread ID、process ID、process group ID的层层递进，我们终于来到最顶层的ID，也就是session ID，这个ID实际上是用来标识计算机系统中的一次用户交互过程：用户登录入系统，不断的提交任务（即Job或者说是进程组）给计算机系统并观察结果，最后退出登录，销毁该session。关于session的概念，在进程和终端文档中描述的也很详细，大家可以参考那份文档，这里就不赘述了。在用户空间，我们可以通过getsid、setsid来操作session ID。

三、基础概念

1、用户空间如何看到process ID

我们用下面这个block diagram来描述用户空间和内核空间如何看待process ID的：

从用户空间来看，每一个进程都可以调用getpid来获取标识该进程的ID，我们称之PID，其类型是pid_t。因此，我们知道在用户空间可以通过一个正整数来唯一标识一个进程（我们称这个正整数为pid number）。在引入容器之后，事情稍微复杂一点，pid这个正整数只能是唯一标识容器内的进程。也就是说，如果有容器1和容器2存在于系统中，那么可以同时存在两个pid等于a的进程，分别位于容器1和容器2。当然，进程也可以不在容器里，例如进程x和进程y，它们就类似传统的linux系统中的进程。当然，你也可以认为进程x和进程y位于一个系统级别的顶层容器0，其中包括进程x和进程y以及两个容器。同样的概念，容器2中也可以嵌套一个容器，从而形成了一个container hierarchy。

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