Как генерируется PID-ы в Linux

Обзор

Вы когда-нибудь интересовались, что происходит за кулисами, когда мы запускаем или завершаем процесс? В этом уроке мы узнаем, как Linux генерирует PID для процессов.

Таблица процессов в Linux

Ядро Linux использует структуру данных, называемую таблицей процессов, для различных задач, таких как планирование процессов. Каждый раз, когда мы запускаем процесс, ядро вставляет в таблицу запись со следующей информацией :

• PID

• Родительский процесс

• Переменные окружения

• Прошедшее время

• Статус — один из D (Непрерываемый), R (Выполняется), S (Спящий), T (Остановлен) или Z (Зомби)

• Использование памяти

Мы можем получить эту информацию через файловую систему procfs, смонтированную вкаталоге /proc , с помощью различных инструментов мониторинга ресурсов, таких как top.

Давайте посмотрим на некоторые из этих данных, выполнив команду top:

Mem: 4241112K used, 12106916K free, 360040K shrd, 20K buff, 1772160K cached CPU:  0.8% usr  0.8% sys  0.0% nic 98.3% idle  0.0% io  0.0% irq  0.0% sirq Load average: 0.26 0.33 0.35 1/489 21888   PID  PPID USER     STAT   VSZ %VSZ CPU %CPU COMMAND     1     0 root     S     2552  0.0  10  0.0 init 30405 30404 baeldung S     2552  0.0   7  0.0 /bin/sh   219     1 root     S     2552  0.0  10  0.0 /bin/getty 38400 tty2  1309  1308 baeldung S     2552  0.0   9  0.0 /bin/sh 21873   640 baeldung S     2552  0.0   5  0.0 [sleep] 21874 21758 baeldung R     2552  0.0   8  0.0 top

Генерация PID

Linux назначает идентификаторы процессов последовательно, начиная с 0 и вплоть до максимального установленного значения.

За процессом ядра idle task, который обеспечивает постоянное наличие готовой к выполнению задачи, зарезервирован PID 0, а за системой init, которая явлется первым процессом, зарезервирован PID 1.

Процесс с PID 0 — это холостая задача, которая является «процессом-заготовкой». Он запускается, когда другие процессы не могут быть запущены, гарантируя, что процессор остается активным и готовым к выполнению других задач по мере их появления.

Мы можем проверить максималоно допустимое значение PID в системе, заглянув в файл /proc/sys/kernel/pid_max. Обычно это 5-значное число:

$ cat /proc/sys/kernel/pid_max  32768

Мы можем настроить ограничение максимум до 2²² (4 194 304), записав под root желаемое число в файл:

# desired=4194304# echo {pid##*/}" # Извлечение PID    [ "highest" ] && highest="highest"for _ in (readlink /proc/self)"done

Наша вторая попытка выдала ошибку, так как число превышает 2²².

Когда мы запускаем процесс, для него генерируется PID, позволяющий однозначно идентифицировать его. Это делается просто путем увеличения текущего наивысшего PID на 1.

Давайте подтвердим это с помощью простого скрипта:

!/bin/sh -e # Этот скрипт предполагает, что printf является встроенной функцией shell и, следовательно, не занимает лишних PID. highest=0  for pid in /proc/[0-9]*; do     pid="${pid##*/}" # Извлекаем PID     [ "$pid" -gt "$highest" ] && highest="$pid" # -gt означет больше, чем ("greater than") done  printf "Найбольший PID равен %d\n" "$highest"  for _ in $(seq 4); do     printf "Запущен новый процесс с PID %d\n" "$(readlink /proc/self)" done 

Сначала мы вычислили текущий найбольший PID в системе. Затем мы запустили четыре процесса readlink, каждый из которых отобразил присвоенный ему новый PID.

Взглянем на вывод скрипта:

Наибольший PID - 10522 Запущен новый процесс с PID 10524 Запущен новый процесс с PID 10525 Запущен новый процесс с PID 10526 Запущен новый процесс с PID 10527

Мы можем заметить, что между проверкой наивысшего PID и печатью новых PID существует разрыв в 1 PID, поскольку сама команда seq сама запускает еще один дополнительный процесс. Следовательно, внешние процессы влияет на подобные тесты, т.к. сами процессы создают новые PID.

Могут ли закончиться PIDы?

В предыдущем разделе мы обсуждали максимальное значение PID в системе, так что же произойдет, когда мы достигнем этого предела?

Если мы достигаем максимального значения PID, то поиск следующего PID начинается снова с минимального значения и продолжается, пока не найдётся свободный PID, принадлежащий уже завершённому процессу.

Следует отметить, что процесс считается «завершенным» только в том случае, если его статус завершения был получен его родителем. Таким образом, зловредная программа может исчерпать доступные PID в системе.

Заключение

В этой статье мы узнали об идентификаторах процессов в Linux — как они генерируются, как высоко они могут подниматься и что происходит при достижении предела.