Пространство имён начального процесса¶

The first process created in a new namespace (i.e., the process created using clone(2) with the CLONE_NEWPID flag, or the first child created by a process after a call to unshare(2) using the CLONE_NEWPID flag) has the PID 1, and is the "init" process for the namespace (see init(1)). A child process that is orphaned within the namespace will be reparented to this process rather than init(1) (unless one of the ancestors of the child in the same PID namespace employed the prctl(2) PR_SET_CHILD_SUBREAPER command to mark itself as the reaper of orphaned descendant processes).

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 processes 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».

Также, процесс в родительском пространстве имён может (пройдя обычные проверки прав, описанные в kill(2)) послать сигнал процессу «init» дочернего пространства имён PID только, если процесс «init» задал обработчики для этого сигнала (внутри обработчика si_pid в siginfo_t, описанное в sigaction(2) будет равно нулю). Для сигналов SIGKILL и SIGSTOP сделано исключение: эти сигналы принудительно доставляются при отправке из родительского пространства имён PID. Ни один из них не может быть пойман процессом «init», и в результате будут выполнены обычные действия, связанные с этими сигналами (завершение и останов процесса, соответственно).

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)¶

Последовательно выполняемые вызовы setns(2) с файловым дескриптором пространства имён PID и вызов unshare(2) с флагом CLONE_NEWPID помещают потомков в другое пространство имён PID, отличное от пространства вызывающего (начиная с Linux 4.12 данное пространство имён PID показывается через файл /proc/[pid]/ns/pid_for_children как описано в namespaces(7)). Однако, эти вызовы не изменяют пространство имён PID вызывающего процесса, так как это позволило бы изменять PID вызывающего (сообщаемые getpid()), что сломало бы многие приложения и библиотеки.

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.

Совместимость CLONE_NEWPID с другими флагами CLONE_*¶

В текущих версиях Linux CLONE_NEWPID нельзя объединять вместе с CLONE_THREAD. Для нитей требуется находиться в том же пространстве имён PID, чтобы нити процесса могли посылать сигналы друг другу. Также требуется видеть все нити процессов в файловой системе proc(5). Также, если две нити находятся в разных пространствах имён PID, то ID процесса, посылающего сигнал, невозможно достоверно закодировать при посылке (смотрите описание типа siginfo_t в sigaction(2)). Так как вычисление выполняется когда сигнал попадает в очередь сигналов, общая для процессов из нескольких пространств имён PID, очередь сигналов не позволяет этого.

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¶

В файловой системе /proc отображаются (в каталогах /proc/[pid]) только процессы, видимые в пространстве имён PID процесса, который выполнил монтирование, даже если файловая система /proc видима из процессов другого пространства имён.

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)

Этот файл отражает последний PID, который был выделен в этом пространстве имён PID. Когда выделяется следующий PID, ядро ищет самый маленький не выделенный PID, который больше этого значения, и при следующем чтении этого файла в нём будет этот PID.

Этот файл доступен на запись процессу с мандатом CAP_SYS_ADMIN внутри своего пространства имён пользователя. Это делает возможным задать PID, который выделяется следующему процессу, создаваемому внутри этого пространства имён PID.

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.