Пространство имён начального процесса

Первый процесс, созданный в новом пространстве имён (т. е., процесс, созданный вызовом clone(2) с флагом CLONE_NEWPID или первый потомок, созданный процессом после вызова unshare(2) с флагом CLONE_NEWPID) имеет PID 1, и это «начальный» (init) процесс пространства имён (смотрите init(1)). Этот процесс становится родителем всех дочерних процессов, которые осиротели из-за завершения родителей, находящихся внутри этого пространства имён PID (дополнительную информацию смотрите ниже).

If the "init" process of a PID namespace terminates, the kernel terminates all of the processes in the namespace via a SIGKILL signal. This behavior reflects the fact that the "init" process is essential for the correct operation of a PID namespace. In this case, a subsequent fork(2) into this PID namespace fail with the error ENOMEM; it is not possible to create a new process in a PID namespace whose "init" process has terminated. Such scenarios can occur when, for example, a process uses an open file descriptor for a /proc/pid/ns/pid file corresponding to a process that was in a namespace to setns(2) into that namespace after the "init" process has terminated. Another possible scenario can occur after a call to unshare(2): if the first child subsequently created by a fork(2) terminates, then subsequent calls to fork(2) fail with ENOMEM.

Члены пространства имён PID могут посылать процессу «init» только сигналы, для которых процесс «init» установил обработчики. Это ограничение применяется даже к привилегированным процессам, и не позволяет другим членам пространства имён PID нечаянно убить процесс «init».

Likewise, a process in an ancestor namespace can—subject to the usual permission checks described in kill(2)—send signals to the "init" process of a child PID namespace only if the "init" process has established a handler for that signal. (Within the handler, the siginfo_t si_pid field described in sigaction(2) will be zero.) SIGKILL or SIGSTOP are treated exceptionally: these signals are forcibly delivered when sent from an ancestor PID namespace. Neither of these signals can be caught by the "init" process, and so will result in the usual actions associated with those signals (respectively, terminating and stopping the process).

Начиная с Linux 3.4, системный вызов reboot(2) посылает сигнал в пространство имён процесса «init». Подробности смотрите в reboot(2).

Вложенные пространства имён PID

Пространства имён PID могут быть вложенными: каждое пространство имён PID имеет родителя, за исключением начального («корневого») пространства имён PID. Родитель пространства имён PID — это пространство имён PID процесса, который был создан в пространстве имён с помощью clone(2) или unshare(2). Таким образом пространства имён PID образуют дерево со всеми пространствами имён по которому, в конечном счёте, можно проследить их родословную до корневого пространства имён. Начиная с Linux 3.7, ядро ограничивает глубину максимальной вложенности пространств имён PID значением 32.

Процесс видим другим процессам в своём пространстве имён PID, и процессам в каждом прямом родительском пространстве имён PID вплоть до корневого пространства имён PID. В этом контексте «видимость» означает, что процесс может быть целью операции другого процесса в системных вызовах, который указывает идентификатор процесса. И наоборот, процессы в дочернем пространстве имён PID не видят процессы в родительском и более удалённых родительских пространствах имён. Более кратко: процесс может видеть (например, посылать сигналы с помощью kill(2), назначать значения уступчивости с помощью setpriority(2) и т. п.) только процессы из своего пространства имён PID и в потомках этого пространства имён.

Процесс имеет идентификатор в каждом слое иерархии пространства имён PID, в котором он виден, и двигаясь назад, в каждом прямом предке пространства имён вплоть до корневого пространства имён PID. Системные вызовы, работающие с идентификатором процесса, всегда используют идентификатор процесса, который видим в пространстве имён PID вызывающего. Вызов getpid(2) всегда возвращает PID, связанный с пространством имён, в котором был создан процесс.

Некоторые процессы в пространстве имён PID могут иметь родителей, которые находятся вне пространства имён. Например, родитель начального процесса в пространстве имён (т. е., процесс init(1) с PID 1) неизбежно находится в другом пространстве имён. Аналогичным образом, прямые потомки процесса, который использует setns(2) для объединения потомков в пространство имён PID, находятся в другом пространстве имён PID относительно вызывающего setns(2). При вызове getppid(2) для таких процессов возвращает 0.

Хотя процессы могут свободно перемещаться вниз в дочерние пространства имён PID (например, с помощью setns(2) с файловым дескриптором пространства имён PID), они не могут перемещаться в обратном направлении. То есть процессы не могут входить в пространства имён предка (родителя, прародителя и т .п.). Изменение пространств имён PID — это односторонняя операция.

Операцию NS_GET_PARENT ioctl(2) можно использовать для обнаружения родительской связи между пространствами имён PID; смотрите ioctl_ns(2).

Семантика setns(2) и unshare(2)

Calls to setns(2) that specify a PID namespace file descriptor and calls to unshare(2) with the CLONE_NEWPID flag cause children subsequently created by the caller to be placed in a different PID namespace from the caller. (Since Linux 4.12, that PID namespace is shown via the /proc/pid/ns/pid_for_children file, as described in namespaces(7).) These calls do not, however, change the PID namespace of the calling process, because doing so would change the caller's idea of its own PID (as reported by getpid()), which would break many applications and libraries.

Посмотрим на вещи под другим углом: членство процесса в пространстве имён PID определяется при создании процесса и не может быть изменено в дальнейшем. Помимо прочего, это означает, что родственные отношения между процессами зеркально отражают родственные отношения между пространствами имён PID: родитель процесса находится в том же пространстве имён или в непосредственном родительском пространстве имён namespace.

A process may call unshare(2) with the CLONE_NEWPID flag only once. After it has performed this operation, its /proc/pid/ns/pid_for_children symbolic link will be empty until the first child is created in the namespace.

Усыновление осиротевших потомков

Когда дочерний процесс становится сиротой, его родителем становится «начальный» процесс в пространстве имён PID его родителя (если один из ближайших родственных процессов родителя не вызывал команду prctl(2) PR_SET_CHILD_SUBREAPER для назначения себя сборщиком собирателем дочерних процессов). Заметим, что благодаря семантике setns(2) и unshare(2), описанной выше, это может быть процесс «init» в пространстве имён PID, являющийся родителем пространства имён PID потомка, а не процесс «init» пространства имён PID самого потомка.

Совместимость CLONE_NEWPID с другими флагами CLONE_*

In current versions of Linux, CLONE_NEWPID can't be combined with CLONE_THREAD. Threads are required to be in the same PID namespace such that the threads in a process can send signals to each other. Similarly, it must be possible to see all of the threads of a process in the proc(5) filesystem. Additionally, if two threads were in different PID namespaces, the process ID of the process sending a signal could not be meaningfully encoded when a signal is sent (see the description of the siginfo_t type in sigaction(2)). Since this is computed when a signal is enqueued, a signal queue shared by processes in multiple PID namespaces would defeat that.

В ранних версиях Linux значение CLONE_NEWPID также запрещалось (возвращалась ошибка EINVAL) объединять с CLONE_SIGHAND (до Linux 4.3), а также с CLONE_VM (до Linux 3.12). Изменения, снявшие эти ограничения, были также перенесены в более ранние стабильные ядра.

/proc и PID пространств имен

A /proc filesystem shows (in the /proc/pid directories) only processes visible in the PID namespace of the process that performed the mount, even if the /proc filesystem is viewed from processes in other namespaces.

После создания нового пространства имён PID у потомка полезно изменить его корневой каталог и смонтировать новый экземпляр procfs в /proc для того, чтобы корректно работали инструменты типа ps(1). Если одновременно создаётся новое пространство имён монтирования, добавлением флага CLONE_NEWNS в аргумент flags вызова clone(2) или unshare(2), то необязательно изменять корневой каталог: новый экземпляр procfs можно смонтировать непосредственно в /proc.

Команда оболочки для монтирования /proc:

$ mount -t proc proc /proc

Вызов readlink(2) с путём /proc/self выдаёт идентификатор процесса вызывающего из пространства имён PID, откуда смонтирован procfs (т. е., из пространства имён PID процесса, который смонтировал procfs). Это может быть полезно при самоанализе, когда процесс хочет узнать свой PID в других пространствах имён.

Файлы в /proc

/proc/sys/kernel/ns_last_pid (начиная с Linux 3.3)

This file (which is virtualized per PID namespace) displays the last PID that was allocated in this PID namespace. When the next PID is allocated, the kernel will search for the lowest unallocated PID that is greater than this value, and when this file is subsequently read it will show that PID.

This file is writable by a process that has the CAP_SYS_ADMIN or (since Linux 5.9) CAP_CHECKPOINT_RESTORE capability inside the user namespace that owns the PID namespace. This makes it possible to determine the PID that is allocated to the next process that is created inside this PID namespace.

Разное

Когда идентификатор процесса передаётся через доменный сокет UNIX в процесс в другом пространстве имён PID (смотрите описание SCM_CREDENTIALS в unix(7)), то он транслируется в соответствующее значения PID из пространства имён PID принимающего процесса.