问题描述：

Linux 如何确定它将用于进程的下一个 PID？这个问题的目的是为了更好地理解 Linux 内核。不要害怕发布内核源代码。如果 PID 是按顺序分配的，Linux 如何填补空白？当它到达末尾时会发生什么？

例如，如果我从 Apache 运行一个 PHP 脚本，则<?php print(getmypid());?>在点击刷新时，相同的 PID 会打印出来几分钟。这段时间取决于 Apache 正在接收多少请求。即使只有一个客户端，PID 最终也会改变。

当 PID 改变时，它将是一个接近的数字，但有多接近呢？这个数字似乎不是完全连续的。如果我执行以下命令，ps aux | grep apache我会得到相当多的进程：

Linux 如何选择下一个数字？前几个 PID 仍在运行，以及打印的最新 PID。Apache 如何选择重用这些 PID？

解决方案 1：

内核在 (RESERVED_PIDS, PID_MAX_DEFAULT) 范围内分配 PID。它在每个命名空间中按顺序分配 PID（不同命名空间中的任务可以具有相同的 ID）。如果范围已用尽，则 pid 分配将回绕。

一些相关代码：

在 alloc_pid(...) 内部

for (i = ns->level; i >= 0; i--) {
    nr = alloc_pidmap(tmp);
    if (nr < 0)
        goto out_free;
    pid->numbers[i].nr = nr;
    pid->numbers[i].ns = tmp;
    tmp = tmp->parent;
}

分配pidmap()

static int alloc_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns)
{
        int i, offset, max_scan, pid, last = pid_ns->last_pid;
        struct pidmap *map;

        pid = last + 1;
        if (pid >= pid_max)
                pid = RESERVED_PIDS;
        /* and later on... */
        pid_ns->last_pid = pid;
        return pid;
}

请注意，内核上下文中的 PID 不仅仅是int标识符；相关结构可以在 中找到/include/linux/pid.h。除了 id，它还包含具有该 id 的任务列表、引用计数器和用于快速访问的散列列表节点。

PID 在用户空间中不按顺序出现的原因是内核调度可能会在进程fork()调用之间分叉一个进程。事实上，这很常见。

解决方案 2：

我宁愿假设你所观察到的行为源自另一个来源：

好的 Web 服务器通常有多个进程实例来平衡请求的负载。这些进程在一个池中进行管理，每次收到请求时分配给特定请求。为了优化性能，Apache 可能会将同一个进程分配给来自同一客户端的一系列连续请求。在一定数量的请求之后，该进程将终止并创建一个新进程。

我不相信Linux会按顺序为多个进程分配相同的PID。

正如您所说，新的 PID 将接近最后一个，我猜 Linux 只是为每个进程分配最后一个 PID + 1。但是有一些进程在后台被应用程序和系统程序弹出并被终止，因此您无法预测下一个启动的 apache 进程的确切数量。

除此之外，您不应使用任何有关 PID 分配的假设作为您实现某些东西的基础。（另请参阅 sanmai 的评论。）

解决方案 3：

在大多数系统中， PID是连续的。您可以通过在空闲机器上自行启动多个进程来看到这一点。

例如，使用向上箭头历史记录调用来重复运行打印其自身 PID 的命令：

$ ls -l /proc/self
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Mar 15 19:32 /proc/self -> 21491
$ ls -l /proc/self
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Mar 15 19:32 /proc/self -> 21492
$ ls -l /proc/self
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Mar 15 19:32 /proc/self -> 21493
$ ls -l /proc/self
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Mar 15 19:32 /proc/self -> 21494

不要依赖于此：出于安全原因，有些人运行的内核会花费额外的 CPU 时间来随机选择新的 PID。

解决方案 4：

PID 可以随机分配。有多种方法可以实现这一点。