linux的进程树

linux的树形进程结构为管理进程提供了很大的方便，不管是内核对进程的管理还是用户对进程的管理都受惠不少，对于审计也是很有用的，不管运行的什么进程，都会有一条不会断的线索将之绑在系统内部。整个系统的情况就是首先内核启动，接着内核线程0派生出init，然后init派生出万物，有点像上帝造人...不过如果你是撒旦，那么你可以将进程脱离出这个线索，只和调度的相关链表或者树联系，这样你的进程就成了完全的不受控体，同时也成了真正的孤儿，再没有人收养的孤儿。
backtrace或者gdb coredump可以得到函数调用堆栈，冯氏机器上，堆栈都是线性堆积的，而进程之间却可以分时运行(并发机器和冯诺依曼机器是不同的两种类型，当前的OS实现都是在冯氏机器上模拟并发的，这就是分时)，因此如果将硬件机器看作一个平台的话，所有的进程则组成了一棵树，类似backtrace，可以借助操作系统的支持得到当前进程的调用进程，也就是父进程，在linux上，利用proc文件系统很方便的实现。以下的代码可以得到一个shell脚本的调用者的进程pid和进程名字，同样的代码可以在c中实现，只是将$$换成getpid即可
pid=$$
name=`cat /proc/$pid/stat |awk '{print $2}'`
ppid=`cat /proc/$pid/stat |awk '{print $4}'`
pname=`cat /proc/$ppid/stat |awk '{print $2}'`
#至此name表示当前shell的名称，而pname则是调用者的名称，pid为当前shell的pid，ppid为其调用者的pid(注意，若使用这几行代码，shell脚本的第一行最好是严格的#!/bin/bash，否则脚本将由bash逐行执行，父进程的名称也就一直都是bash)。如何能像pstree命令那样列出系统所有进程的关系，strace pstree之后发现，pstree其实就是读取的/proc文件系统的信息，然后自己将之组织在了一起，linux内核在/proc/pid/stat文件中导出了不少有用的信息，其中就包含有父进程的信息，参见关于/proc/pid/stat的内核函数(位于fs/proc/array.c)：
static int do_task_stat(struct task_struct *task, char * buffer, int whole)
{
...
ppid = pid_alive(task) ? task->group_leader->real_parent->tgid : 0;
...
res = sprintf(buffer,"%d (%s) %c %d %d %d %d %d %lu %lu /
%lu %lu %lu %lu %lu %ld %ld %ld %ld %d 0 %llu %lu %ld %lu %lu %lu %lu %lu /
%lu %lu %lu %lu %lu %lu %lu %lu %d %d %lu %lu %llu/n",
task->pid, //导出自己的pid
tcomm, //导出进程名字
state, //导出进程状态
ppid, //导出父进程pid
...
);
...
}
因此我们只需要查找/proc/pid/stat的第四个字段即可，也就有了上面的脚本。接下来看一下pstree的原理，既然能找到任意进程父进程并且linux下的所有进程都是同根的，那么只需要将所有进程连接起来即可，我们有等价的两种方式，这些方式中都毫不吝啬的使用了大数组，丝毫不在乎空间复杂度，旨在揭示原理而不考虑别的：
方式1：int proc[32768][32768]; //横向为进程pid，纵向为进程的父进程的pid
方式2：int proc[32768]; //数组元素的索引是进程的pid，其值是父进程的pid
int main(int argc, char **argv)
{
FILE *fp, *fpp;
FILE *fp = popen ("ls /proc/ |egrep '^[0-9]+$'", "r");
fread (buf, 1024, 1, fp);
foreach (i, buf) {
fpp = popen("cat /proc/i/stat|awk '{print $4}'", "r");
read (ppid);
方式1：proc[i][ppid] = 1;
方式2：proc[i] = ppid;
}
return 0;
}
如此，所有的进程就联系了起来。最后看一下导出进程状态的位图也是不错的：
static const char *task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"T (tracing stop)", /* 8 */
"Z (zombie)", /* 16 */
"X (dead)" /* 32 */
};
//将进程状态设计成简单的向左移位拥有好多好处，最重要的一点是，进程状态的转换过程就是状态机的转换过程，简单的移位可以使得进程状态排他，转换简便，向左移位移位着同样可以不影响其它的向右移位
static inline const char * get_task_state(struct task_struct *tsk)
{
unsigned int state = (tsk->state & (TASK_RUNNING | //每个进程每一时刻仅可处于一个状态，这就是排他性
TASK_INTERRUPTIBLE |
TASK_UNINTERRUPTIBLE |
TASK_STOPPED |
TASK_TRACED)) |
(tsk->exit_state & (EXIT_ZOMBIE |
EXIT_DEAD));
const char **p = &task_state_array[0];
while (state) {
p++;
state >>= 1; //state中的1相对最右边的位置的差决定了进程状态时第几个元素
}
return *p;
}