fork/clone時にpidがどのように決まるのか見てみます。見ているのはカーネル v4.1です。今回はどういう流れで処理されているかを見ていきます。
pidの設定は数カ所でやっていて、copy_process()、copy_namespaces()、do_fork()内でcopy_process()をあります。
まずはpidを知る上で重要なpid構造体を見ておきます。pid構造体はinclude/linux/pid.hにて定義されています。
57 struct pid 58 { 59 atomic_t count; 60 unsigned int level; 61 /* lists of tasks that use this pid */ 62 struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX]; 63 struct rcu_head rcu; 64 struct upid numbers[1]; 65 }; 66
upid構造体はこのようになっていてます。コメントからこの構造体がpidの主要な構造というのが読めます。
44 /* 45 * struct upid is used to get the id of the struct pid, as it is 46 * seen in particular namespace. Later the struct pid is found with 47 * find_pid_ns() using the int nr and struct pid_namespace *ns. 48 */ 49 50 struct upid { 51 /* Try to keep pid_chain in the same cacheline as nr for find_vpid */ 52 int nr; 53 struct pid_namespace *ns; 54 struct hlist_node pid_chain; 55 }; 56
また、pid構造体のtasks配列は以下のような配列のindex番号が定義されてます。
6 enum pid_type 7 { 8 PIDTYPE_PID, 9 PIDTYPE_PGID, 10 PIDTYPE_SID, 11 PIDTYPE_MAX 12 };
では、copy_process()内での処理から見ていきます。
その前に、copy_process()のI/Fはこうなっていて、5番目の引数にはpid構造体が渡されます。
1239 static struct task_struct *copy_process(unsigned long clone_flags,
1240 unsigned long stack_start,
1241 unsigned long stack_size,
1242 int __user *child_tidptr,
1243 struct pid *pid,
1244 int trace)
1245 {
do_fork()からはpid構造体はNULLで渡します。
1705 p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size, 1706 child_tidptr, NULL, trace);
そして、copy_process()で最初にpidが出てくるのはここです。pidはcopy_process()の引数の変数なのでdo_fork()から呼ばれた場合はNULLです。ここで呼んでいるalloc_pid()でpid構造体を初期化します。ここでpid番号が決まります。今回はここの処理はそういうものだというところに留めて先に進みます。ここは次回読んでいきます。
1454 if (pid != &init_struct_pid) { 1455 pid = alloc_pid(p->nsproxy->pid_ns_for_children); 1456 if (IS_ERR(pid)) { 1457 retval = PTR_ERR(pid); 1458 goto bad_fork_cleanup_io; 1459 } 1460 }
次はこの部分です。
1495 /* ok, now we should be set up.. */ 1496 p->pid = pid_nr(pid);
ここで、pはtask_struct構造体です。p->pidはpid構造体ではなくpid_t型（整数型）の変数です。
1393 pid_t pid;
pid_nr()はinclude/linux/pid.hで定義されています。pidは先程初期化したものなので0以外の番号が返るはずです。
164 static inline pid_t pid_nr(struct pid *pid) 165 { 166 pid_t nr = 0; 167 if (pid) 168 nr = pid->numbers[0].nr; 169 return nr; 170 }
pid_nr()によってp->pidが決まりました。そして次ですが、clone(2)でスレッド生成する場合かどうかでtgidの設定方法が変わっています。スレッド生成時はカレントプロセスのtgidを引き継ぎ、新しくプロセス生成している場合はtgidはpid_nr()の返り値が設定されます。
1497 if (clone_flags & CLONE_THREAD) { 1498 p->exit_signal = -1; 1499 p->group_leader = current->group_leader; 1500 p->tgid = current->tgid; 1501 } else { 1502 if (clone_flags & CLONE_PARENT) 1503 p->exit_signal = current->group_leader->exit_signal; 1504 else 1505 p->exit_signal = (clone_flags & CSIGNAL); 1506 p->group_leader = p; 1507 p->tgid = p->pid; 1508 }
copy_processでpidが関連するのはこの部分です。こちらはidle processの生成時の処理なので今回は飛ばします。
1557 if (likely(p->pid)) { 1558 ptrace_init_task(p, (clone_flags & CLONE_PTRACE) || trace); 1559 1560 init_task_pid(p, PIDTYPE_PID, pid); 1561 if (thread_group_leader(p)) { 1562 init_task_pid(p, PIDTYPE_PGID, task_pgrp(current)); 1563 init_task_pid(p, PIDTYPE_SID, task_session(current)); 1564 1565 if (is_child_reaper(pid)) { 1566 ns_of_pid(pid)->child_reaper = p; 1567 p->signal->flags |= SIGNAL_UNKILLABLE; 1568 } 1569 1570 p->signal->leader_pid = pid; 1571 p->signal->tty = tty_kref_get(current->signal->tty); 1572 list_add_tail(&p->sibling, &p->real_parent->children); 1573 list_add_tail_rcu(&p->tasks, &init_task.tasks); 1574 attach_pid(p, PIDTYPE_PGID); 1575 attach_pid(p, PIDTYPE_SID); 1576 __this_cpu_inc(process_counts); 1577 } else { 1578 current->signal->nr_threads++; 1579 atomic_inc(¤t->signal->live); 1580 atomic_inc(¤t->signal->sigcnt); 1581 list_add_tail_rcu(&p->thread_group, 1582 &p->group_leader->thread_group); 1583 list_add_tail_rcu(&p->thread_node, 1584 &p->signal->thread_head); 1585 } 1586 attach_pid(p, PIDTYPE_PID); 1587 nr_threads++; 1588 }
do_fork()ではcopy_process()の呼出し後にpidの設定があります。設定するのはもちろのcopy_process()が成功した場合です。
1711 if (!IS_ERR(p)) { 1712 struct completion vfork; 1713 struct pid *pid; 1714 1715 trace_sched_process_fork(current, p); 1716 1717 pid = get_task_pid(p, PIDTYPE_PID); 1718 nr = pid_vnr(pid); 1719 1720 if (clone_flags & CLONE_PARENT_SETTID) 1721 put_user(nr, parent_tidptr); 1722 1723 if (clone_flags & CLONE_VFORK) { 1724 p->vfork_done = &vfork; 1725 init_completion(&vfork); 1726 get_task_struct(p); 1727 } 1728 1729 wake_up_new_task(p); 1730 1731 /* forking complete and child started to run, tell ptracer */ 1732 if (unlikely(trace)) 1733 ptrace_event_pid(trace, pid); 1734 1735 if (clone_flags & CLONE_VFORK) { 1736 if (!wait_for_vfork_done(p, &vfork)) 1737 ptrace_event_pid(PTRACE_EVENT_VFORK_DONE, pid); 1738 } 1739 1740 put_pid(pid); 1741 } else { 1742 nr = PTR_ERR(p); 1743 }
最初にget_task_pid()でpid構造体を取得します。まずtypeのチェックで、do_fork()ではPIDTYPE_PIDを渡しています。taskは生成中のtask_structです。typeがPIDTYPE_PID以外の場合はtaskがtaskのグループリーダに置き換わります。
465 struct pid *get_task_pid(struct task_struct *task, enum pid_type type) 466 { 467 struct pid *pid; 468 rcu_read_lock(); 469 if (type != PIDTYPE_PID) 470 task = task->group_leader; 471 pid = get_pid(task->pids[type].pid); 472 rcu_read_unlock(); 473 return pid;
次にget_pid()でpid構造体の参照数を増やします。
75 static inline struct pid *get_pid(struct pid *pid) 76 { 77 if (pid) 78 atomic_inc(&pid->count); 79 return pid; 80 }
get_pid()に渡したのはtask_structにあるこの構造体です。
1422 /* PID/PID hash table linkage. */ 1423 struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX];
69 struct pid_link 70 { 71 struct hlist_node node; 72 struct pid *pid; 73 };
pidsはidle processの初期化時にinit_idle_pids()にて設定されています。
1649 static inline void init_idle_pids(struct pid_link *links) 1650 { 1651 enum pid_type type; 1652 1653 for (type = PIDTYPE_PID; type < PIDTYPE_MAX; ++type) { 1654 INIT_HLIST_NODE(&links[type].node); /* not really needed */ 1655 links[type].pid = &init_struct_pid; 1656 } 1657 } 1658
なので、get_pid()に渡したのはPIDTYPE_PIDがtypeのpid構造体になり、この構造体の参照カウントを増やしています。
do_fork()に戻って、以下の部分のnrがdo_fork()の返り値（fork(2)、clone(2)の返り値になるpidです）。なので本当にpidが決まるのはここですね。
1718 nr = pid_vnr(pid);
pid_vnr()はこうです。task_active_pid_ns()は引数で渡されたプロセスのpid名前空間を取得します。
515 pid_t pid_vnr(struct pid *pid) 516 { 517 return pid_nr_ns(pid, task_active_pid_ns(current)); 518 }
名前空間の取得にns_of_pid()とtask_pid()を使います。
546 struct pid_namespace *task_active_pid_ns(struct task_struct *tsk) 547 { 548 return ns_of_pid(task_pid(tsk)); 549 }
task_pid()はpids配列からtypeがPIDのpid構造体を返します。
1767 static inline struct pid *task_pid(struct task_struct *task) 1768 { 1769 return task->pids[PIDTYPE_PID].pid; 1770 }
pid名前空間はupid構造体にあるので、levelをindexとして対象のupid構造体を選択し、その名前空間を返します。
134 static inline struct pid_namespace *ns_of_pid(struct pid *pid) 135 { 136 struct pid_namespace *ns = NULL; 137 if (pid) 138 ns = pid->numbers[pid->level].ns; 139 return ns; 140 }
これでやっとpid_nr_ns()の2番目の引数が決まったので本題のpid_nr_ns()を見ていきます。 まず、pid構造体がnullではないことと、名前空間の階層がとpid構造体の階層より大きくないかチェックしてます。pid名前空間はuts名前空間とは違い、リソースががらっと変わるわけではないのでこのようになっています。
処理としては名前空間に設定されているlevelをindexとしてpid構造体のupid構造体を取得します。これで取得したupid構造体に設定されている名前空間がtask_active_pid_ns()で取得したプロセスの名前空間と一致すれば、この構造体に設定されいるpid番号のnrを返します。
501 pid_t pid_nr_ns(struct pid *pid, struct pid_namespace *ns) 502 { 503 struct upid *upid; 504 pid_t nr = 0; 505 506 if (pid && ns->level <= pid->level) { 507 upid = &pid->numbers[ns->level]; 508 if (upid->ns == ns) 509 nr = upid->nr; 510 } 511 return nr; 512 }
というわけで、流れは読めたので次回はalloc_pid()で実際にpid構造体を初期化して、fork/cloneで返すpidの値がどう決まっているのかを見ていきたいと思います。
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