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爱乐透双色球预测-容器原理之 - namespace

作者:admin 发布时间:2019-09-06 19:42:58 浏览次数:167
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namespace介绍

namespace(命名空间) 是Linux供给的一种内核等级环境阻隔的办法,许多编程言语也有 namespace 这样的功用,例如C++,Java等,编程言语的 namespace 是为了处理项目中能够在不同的命名空间里运用相同的函数名或许类名。而Linux的 namespace 也是为了完成资源能够在不同爱乐透双色球预测-容器原理之 - namespace的命名空间里有相同的称号,譬如在 A命名空间 有个pid为1的进程,而在 B命名空间 中也能够有一个pid为1的进程。

有了 namespace 就能够完成根本的容器功用,闻名的 Docker 也是运用了 namespace 来完成资源阻隔的。

Linux支撑6种资爱乐透双色球预测-容器原理之 - namespace源的 namespace,分别为(文档):

在调用 clone() 体系调用时,传入以上的不同类型的参数就能够完成仿制不同类型的namespace。比方传入 CLONE_NEWPID参数时,便是仿制 pid命名空间,在新的 pid命名空间 里能够运用与其他 pid命名空间 相同的pid。代码如下:

#define _GNU_SOURCE
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
char child_stack[5000];
int child(void* arg)
{
printf("Child - %d\n", getpid());
return 1;
}
int main()
{
printf("Parent - fork child\n");
int pid = clone(child, child_stack+5000, CLONE_NEWPID, NULL);
if (pid == -1) {
perror("clone:");
exit(1);
}
waitpid(pid, NULL, 0);
printf("Parent - child(%d) exit\n", pid);
return 0;
}

输出如下:

Parent - fork child
Parent - child(9054) exit
Child - 1

从运转成果能够看出,在子进程的 pid命名空间 里当时进程的pid为1,但在父进程的 pid命名空间 中子进程的pid却是9045。

namespace完成原理

为了让每个进程都能够从属于某一个namespace,Linux内核为进程描述符添加了一个 struct nsproxy 的结构,如下:

struct task_struct {
...
/* namespaces */
struct nsproxy *nsproxy;
...
}
struct nsproxy {
atomic_t count;
struct uts_namespace *uts_ns;
struct ipc_namespace *ipc_ns;
struct mnt_namespace *mnt_ns;
struct pid_namespace *pid_ns;
struct user_namespace *user_ns;
struct net *net_ns;
};

从 struct nsproxy 结构的界说能够看出,Linux为每种不同类型的资源界说了不同的命名空间结构体进行办理。比方关于 pid命名空间 界说了 struct pid_namespace 结构来办理 。因为 namespace 触及的资源品种比较多,所以本文首要以 pid命名空间 作为剖析的目标。

咱们先来看看办理 pid命名空间 的 struct pid_namespace 结构的界说:

struct pid_namespace {
struct kref kref;
struct pidmap pidmap[PIDMAP_ENTRIES];
int last_pid;
struct task_struct *child_reaper;
struct kmem_cache *pid_cachep;
unsigned int level;
struct pid_namespace *parent;
#ifdef CONFIG_PROC_FS
struct vfsmount *proc_mnt;
#endif
};

因为 struct pid_namespace 结构首要用于为当时 pid命名空间 分配闲暇的pid,所以界说比较简单:

  • kref 成员是一个引证计数器,用于记载引证这个结构的进程数
  • pidmap 成员用于快速找到可用pid的位图
  • last_pid 成员是记载最终一个可用的pid
  • level 成员记载当时 pid命名空间 地点的层次
  • parent 成员记载当时 pid命名空间 的父命名空间

因为 pid命名空间 是分层的,也便是说新创立一个 pid命名空间 时会记载父级 pid命名空间 到 parent 字段中,所以跟着 pid命名空间 的创立,在内核中会构成一颗 pid命名空间 的树,如下图(图片来历):



第0层的 pid命名空间 是 init 进程地点的命名空间。假如一个进程地点的 pid命名空间 为 N,那么其在 0 ~ N 层pid命名空间 都有一个仅有的pid号。也便是说 高层pid命名空间 的进程对 低层pid命名空间 的进程是可见的,可是 低层pid命名空间的进程对 高层pid命名空间 的进程是不行见的。

因为在 第N层pid命名空间 的进程其在 0 ~ N层pid命名空间 都有一个仅有的pid号,所以在进程描述符中经过 pids 成员来记载其在每个层的pid号,代码如下:

struct task_struct {
...
struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX];
...
}
enum pid_type {
PIDTYPE_PID,
PIDTYPE_PGID,
PIDTYPE_SID,
PIDTYPE_MAX
};
struct upid {
int nr;
struct pid_namespace *ns;
struct hlist_node pid_chain;
};
struct pid {
atomic_t count;
struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX];
struct rcu_head rcu;
unsigned int level;
struct upid numbers[1];
};
struct pid_link {
struct hlist_node node;
struct pid *pid;
};

这几个结构的联系如下图:



咱们首要重视 struct pid 这个结构,struct pid 有个类型为 struct upid 的成员 numbers,其界说为只要一个元素的数组,可是其实是一个动态的数据,它的元素个数与 level 的值共同,也便是说当 level 的值为5时,那么 numbers 成员便是一个具有5个元素的数组。而每个元素记载了其在每层 pid命名空间 的pid号,而 struct upid 结构的 nr 成员便是用于记载进程在不同层级 pid命名空间 的pid号。

咱们经过代码来看看怎样为进程分配pid号的,在内核中是用过 alloc_pid() 函数分配pid号的,代码如下:

struct pid *alloc_pid(struct pid_namespace *ns)
{
struct pid *pid;
enum pid_type type;
int i, nr;
struct pid_namespace *tmp;
struct upid *upid;
pid = kmem_cache_alloc(ns->pid_cachep, GFP_KERNEL);
if (!pid)
goto out;
tmp = ns;
for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
nr = alloc_pidmap(tmp); // 为当时进程地点的不同层级pid命名空间分配一个pid
if (nr < 0)
goto out_free;
pid->nu爱乐透双色球预测-容器原理之 - namespacembers[i].nr = nr; // 对应i层namespace中的pid数字
pid->numbers[i].ns = tmp; // 对应i层namespace的实体
tmp = tmp->parent;
}
get_pid_ns(ns);
pid->level = ns->level;
atomic_set(&pid->count, 1);
for (type = 0; type < PIDTYPE_MAX; ++type)
INIT_HLIST_HEAD(&pid->tasks[type]);
spin_lock_irq(&pidmap_lock);
for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
upid = &pid->numbers[i咸丰];
// 把upid连接到大局pid中, 用于快速查找pid
hlist_add_head_rcu(&upid->pid_chain,
&pid_hash[pid_hashfn(upid->nr, upid->ns)]);
}
spin_unlock_irq(&pidmap_lock);
out:
return pid;
...
}

上面的代码中,那个 for (i = ns->level; i >= 0; i--) 便是经过 parent 成员不断向上检索为不同层级的 pid命名空间分配一个仅有的pid号,而且保存到对应的 nr 字段中。别的,还会把进程地点各个层级的pid号添加到大局pid哈希表中,这样做是为了经过pid号快速找到进程。

现在咱们来看看怎样经过pid号快速找到一个进程,在内核中 find_get_pid() 函数用来经过pid号查找对应的 struct pid结构,代码如下(find_get_pid() -> find_vpid() -> find_pid_ns()):

struct pid *find_get_pid(pid_t nr)
{
struct pid *pid;
rcu_read_lock();
pid = get_pid(find_vpid(nr));
rcu_read_unlock();
return pid;
}
struct pid *find_vpid(int nr)
{
return find_pid_ns(nr, current->nsproxy->pid_ns);
}
struct pid *find_pid_ns(int nr, struct pid_namespace *ns)
{
struct hlist_node *elem;
struct upid *pnr;
hlist_for_each_entry_rcu(pnr, elem,
&pid_hash[pid_hashfn(nr, ns)], pid_chain)
if (pnr->nr == nr && pnr->ns == ns)
return container_of(pnr, struct pid,
numbers[ns->level]);
ret爱乐透双色球预测-容器原理之 - namespaceurn NULL;
}

经过pid号查找 struct pid 结构时,首要会把进程pid号和当时进程的 pid命名空间 传入到 find_pid_ns() 函数,而在 find_pid_ns() 函数中经过大局pid哈希表来快速查找对应的 struct pid 结构。获取到 struct pid 结构后就能够很容易地获取到进程对应的进程描述符,例如能够经过 pid_task() 函数来获取 struct pid 结构对应进程描述符,因为代码比较简单,这儿就不再剖析了。

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