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PID Namespace

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Basic Information

PID（进程标识符）命名空间是Linux内核中的一个特性，通过使一组进程拥有自己独特的PID集合，从而提供进程隔离，这些PID与其他命名空间中的PID是分开的。这在容器化中尤其有用，因为进程隔离对于安全性和资源管理至关重要。

当创建一个新的PID命名空间时，该命名空间中的第一个进程被分配PID 1。这个进程成为新命名空间的“init”进程，负责管理该命名空间内的其他进程。在命名空间内创建的每个后续进程将拥有该命名空间内的唯一PID，这些PID将独立于其他命名空间中的PID。

从PID命名空间内进程的角度来看，它只能看到同一命名空间中的其他进程。它无法感知其他命名空间中的进程，也无法使用传统的进程管理工具（例如，kill，wait等）与它们交互。这提供了一种隔离级别，有助于防止进程之间的相互干扰。

How it works:

  1. 当创建一个新进程时（例如，通过使用clone()系统调用），该进程可以被分配到一个新的或现有的PID命名空间。如果创建了一个新的命名空间，该进程将成为该命名空间的“init”进程。

  2. 内核维护一个新命名空间中的PID与父命名空间中相应PID之间的映射（即，从中创建新命名空间的命名空间）。这个映射允许内核在必要时翻译PID，例如，在不同命名空间中的进程之间发送信号时。

  3. PID命名空间内的进程只能看到并与同一命名空间中的其他进程交互。它们无法感知其他命名空间中的进程，并且它们的PID在其命名空间内是唯一的。

  4. 当PID命名空间被销毁（例如，当命名空间的“init”进程退出时），该命名空间内的所有进程都将被终止。这确保与命名空间相关的所有资源都得到适当清理。

Lab:

Create different Namespaces

CLI

sudo unshare -pf --mount-proc /bin/bash
错误：bash: fork: 无法分配内存

当 unshare 在没有 -f 选项的情况下执行时，由于 Linux 处理新 PID（进程 ID）命名空间的方式，会遇到错误。关键细节和解决方案如下：

  1. 问题解释：

  • Linux 内核允许一个进程使用 unshare 系统调用创建新的命名空间。然而，启动新 PID 命名空间创建的进程（称为“unshare”进程）并不会进入新的命名空间；只有它的子进程会进入。

  • 运行 %unshare -p /bin/bash% 会在与 unshare 相同的进程中启动 /bin/bash。因此，/bin/bash 及其子进程处于原始 PID 命名空间中。

  • 新命名空间中 /bin/bash 的第一个子进程成为 PID 1。当该进程退出时，如果没有其他进程，它会触发命名空间的清理，因为 PID 1 具有收养孤儿进程的特殊角色。然后，Linux 内核将禁用该命名空间中的 PID 分配。

  1. 后果：

  • 新命名空间中 PID 1 的退出导致 PIDNS_HASH_ADDING 标志的清理。这导致 alloc_pid 函数在创建新进程时无法分配新的 PID，从而产生“无法分配内存”的错误。

  1. 解决方案：

  • 通过在 unshare 中使用 -f 选项可以解决此问题。此选项使 unshare 在创建新 PID 命名空间后分叉一个新进程。

  • 执行 %unshare -fp /bin/bash% 确保 unshare 命令本身在新命名空间中成为 PID 1。/bin/bash 及其子进程随后安全地包含在这个新命名空间中，防止 PID 1 提前退出，并允许正常的 PID 分配。

通过确保 unshare 以 -f 标志运行，新的 PID 命名空间得以正确维护，使得 /bin/bash 及其子进程能够正常运行，而不会遇到内存分配错误。

通过挂载新的 /proc 文件系统实例，如果使用参数 --mount-proc，您可以确保新的挂载命名空间具有 特定于该命名空间的进程信息的准确和隔离的视图。

Docker

docker run -ti --name ubuntu1 -v /usr:/ubuntu1 ubuntu bash

检查您的进程所在的命名空间

ls -l /proc/self/ns/pid
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr  3 18:45 /proc/self/ns/pid -> 'pid:[4026532412]'

查找所有 PID 命名空间

sudo find /proc -maxdepth 3 -type l -name pid -exec readlink {} \; 2>/dev/null | sort -u

请注意，初始（默认）PID 命名空间中的 root 用户可以看到所有进程，甚至是新 PID 命名空间中的进程，这就是我们可以看到所有 PID 命名空间的原因。

进入 PID 命名空间内部

nsenter -t TARGET_PID --pid /bin/bash

当你从默认命名空间进入一个PID命名空间时，你仍然能够看到所有的进程。而来自该PID命名空间的进程将能够看到新的bash进程。

此外，你只能在你是root的情况下进入另一个进程的PID命名空间。并且你不能在没有指向它的描述符的情况下进入其他命名空间（如/proc/self/ns/pid）。

References

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