每天进步一点点——重新认识Linux中的进程号

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1. 概述

    众所周知，进程（process）是一个可执行程序的实例，但是在Linux中进程可以重新改写为，进程是由内核定义的抽象的实体，并为该实体分配用以执行程序的各项系统资源。从内核的角度看，进程由用户内存空间（user-space memory）和一系列内核数据结构组成，其中用户内存空间包含了程序代码及代码所使用的变量，而内核数据结构则用于维护进程状态信息。记录在内核数据结构中的信息包括许多与进程相关的标识号（IDs）、虚拟内存表、打开文件的描述符表、信号传递及处理的有关信息、进程资源使用及限制、当前工作目录及大量其他信息。

2. 进程描述符

    每一个进程都有一个进程号（PID），进程号是一个正数，用以唯一标识系统中的某个进程。对各种系统调用而言，进程号有时可以作为传入参数，有时可以作为返回值。比如，系统调用kill(()允许调用者向拥有特定进程号的进程发送一个信号。当需要创建一个对某进程而言唯一标识符时，进程号就会派上用场。常见的例子是将进程号作为与进程相关文件名的一部分（日志文件名）。在分布式系统中可以使用ip:port:start_time:pid来区分整个集群中的进程，这样可以完全保证唯一性，也可以在出问题后能快速定位。

    系统调用getpid()返回调用进程的进程号，声明如下：

    #include<unistd.h>

    // Always successfully returns process ID of caller

    pid_t getpid(void);

3. 进程描述符的系统限定

    Linux内核限制进程号需要小于等于32767。新进程创建时，内核会按顺序将下一个可用的进程号分配给其使用。每当进程号到达32767的限制时，内核将重置进程号计数器，以便从小整数重新开始分配。该分配方式具体如下：

    一旦进程号到达32767，内核会将进程号计数器重置为300，而不是1。之所以如此，是因为低数值的进程号为系统进程和守护进程长期占用，在此范围内搜索尚未使用的进程号只会是浪费时间。

    在Linux 2.4版本及更早版本中，进程号的上限是32767，由内核常量PID_MAX所定义。在Linux 2.6版本中，情况有所改变。尽管进程号的默认上限仍是32767，但是可以通过Linux系统特有的/proc/sys/kernel/pid_max文件来进行调整（其值=最大进程+1）。在32位平台中，pid_max文件的最大值为32767，但是在64位平台中，该文件的最大值可以高达2^22次方（约400万），系统可容纳的进程数量会非常庞大。

4. 父进程号

    每个进程都有一个创建自己的父进程。使用系统调用getppid()可以获取父进程的进程号，该函数声明如下：

    #include<unistd.h>

    // Always successfully returns ID of parent of caller

    pid_t getppid(void)

    实际上，每个进程的父进程号属性反映了系统上所有进程间的树状关系。每个父进程的父进程又有自己的父进程，以此类推，回溯到1号进程——init进程，即所有进程的始祖。使用pstree命令可以查看这一树状关系。

    如果子进程的父进程终止了，则子进程会变成“孤儿”，init进程随即将收养该进程，子进程后续对getppid()的调用将返回进程号1。通过查看由Linux系统所特有的/proc/PID/status文件所提供的PPid字段，可以获知每个进程的父进程。