Linux/Unix分配进程ID的方法以及源码实现

       在Linux/Unix系统中，每个进程都有一个非负整型表示的唯一进程ID。虽然是唯一的，但是进程的ID可以重用。当一个进程终止后，其进程ID就可以再次使用了。大多数Linux/Unix系统采用延迟重用的算法，使得赋予新建进程ID不同于最近终止进程所使用的ID，这主要是为了防止将新进程误认为是使用同一ID的某个已终止的先前进程。本文讨论了Linux/Unix分配进程ID的方法以及源码实现。

分配进程ID的方法

      在大多数Linux/Unix系统中，生成一个进程ID方法是：从0开始依次连续分配，一直到可以分配的最大的进程ID（不同的系统，这个最大值是不一样的，比如有些Linux系统是65536）。一旦到达最大值，重新从某个值（不同的系统，这个值也是不一样的，比如在Mac OS X和HP-UX系统中，这个值是100）开始依次连续查找那些还没有被使用的ID。这里分配进程ID的方法，存在潜在的安全问题。因为可以从系统获取信息或者提取进程间通信的内容。考虑到安全问题，部分系统可能用其他方法来分配进程ID，比如随机分配一个进程ID。无论用什么方法分配进程ID，系统都需要保证每个进程ID是独一无二的。

Linux系统上分配进程ID的源码实现

      在Linux系统中，内核分配PID的范围是(RESERVED_PIDS, PID_MAX_DEFAULT)，在每个namespace中，PID是依次连续分配的（在不同的namespace的task可以有相同的ID）。一旦ID达到分配到达上限（在pseudo-file /proc/sys/kernel/pid_max中可以查看可以分配的最大进程ID），从头开始查找分配PID。以下是相关的源代码：

struct pid *alloc_pid(struct pid_namespace *ns)
{
	/*省略了一些代码*/
	for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
	    nr = alloc_pidmap(tmp);
	    if (nr < 0)
		goto out_free;
	    pid->numbers[i].nr = nr;
	    pid->numbers[i].ns = tmp;
	    tmp = tmp->parent;
	}
	/*省略了一些代码*/
}
static int alloc_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns)
{
        int i, offset, max_scan, pid, last = pid_ns->last_pid;
        struct pidmap *map;

        pid = last + 1;
        if (pid >= pid_max)
                pid = RESERVED_PIDS;
        /* and later on... */
        pid_ns->last_pid = pid;
        return pid;
}

       注意在Linux内核中，进程PID实现并不仅仅是一个int标识符号（当然返回给应用程序，PID只是int类型的数值）。相关实现的结构体在/include/linux/pid.h中可以找到。除了ID外，它还包括跟这个ID相关的task列表、引用计数器和一个可以方便查找的hashed list。

进程ID分配需要注意的事项
       1、僵尸进程的PID是暂时不能用的，需要其父进程收集器所有的终止状态才能使用，也就是说需要调用类似wait()函数后，才能使用。
       2、具体实现时，系统可以随机分配进程PID（当然是保证没有被其他进程使用），因此在应用程序中，不要依赖于进程PID的分配方式。
       3、在用户空间(user space)可能看到分配的进程ID并不连续，这是因为在应用程序两个fork之间，内核调度程序（scheduling）可能创建了一个进程。事实上，这种情况是经常发生的。

参考资料

《UNIX环境高级编程》（第二版）
http://superuser.com/questions/135007/how-are-pids-generated
http://stackoverflow.com/questions/3446727/how-does-linux-determine-the-next-pid
http://en.wikipedia.org/wiki/Process_identifier

原文：http://blog.csdn.net/maximuszhou/article/details/27812433