什麼是行程（Process）#

行程（Process）是 Linux 對「正在執行的程式」的抽象。當一個可執行檔被載入記憶體並交給 CPU 執行時，kernel 會為它建立一份完整的執行環境，包含位址空間、開啟的檔案、credential 與排程狀態，這份環境就是一個 process。

  • 每個 process 都是獨立的執行單位，擁有自己的虛擬位址空間
  • Process 之間預設是隔離的，需要透過 IPC、signal、共享記憶體等機制溝通
  • Container 內部跑的東西，本質上仍然是 host kernel 看到的 process，只是被 namespace 隔離

重要識別欄位#

每個 process 在 kernel 中都有一組身份識別欄位，這些欄位是後續討論 fork(2)、signal、container 行為的基礎。

  • PID（Process ID）：process 的唯一識別碼，由 kernel 在建立時分配
  • PPID（Parent PID）：父行程的 PID，記錄誰建立了這個 process
  • UID（User ID）／EUID（Effective UID）：擁有者身份，決定權限
  • GID（Group ID）：所屬群組
  • PGID（Process Group ID）：行程群組，用於 job control 與 signal 廣播
  • SID（Session ID）：session 的識別碼，與 terminal 連結
  • TTY：關聯的 terminal device（若有）

Container 內看到的 PID 是 PID namespace 裡的視角，與 host 上的 PID 不同。同一個 process 在 host 看是 PID 12345，在 container 內可能是 PID 1。

Process State#

Linux process 在生命週期中會處於不同狀態，ps 與 top 顯示的狀態欄位即是 kernel 內部追蹤的 task state。

  • R（Running）：正在 CPU 上執行，或在 run queue 等待排程
  • S（Interruptible Sleep）：等待事件（例如 I/O、signal），可被中斷
  • D（Uninterruptible Sleep）：等待硬體 I/O，不可被 signal 中斷，常見於 disk 卡住
  • T（Stopped）：被 SIGSTOP 暫停，或被 debugger 控制
  • Z（Zombie）：已 exit 但 parent 尚未 wait(2) 收回 exit status
  • X（Dead）：即將被釋放，使用者通常看不到

D 狀態的 process 無法用 kill -9 終結。如果一直停在 D，多半是底層 storage 或 NFS 掛點問題。

Process Control Block（PCB）#

Kernel 內部用一個結構體保存 process 所有狀態，這個結構體在 Linux 中稱為 task_struct，概念上對應教科書的 PCB（Process Control Block）。

  • 識別資訊：pid、tgid、real/effective uid/gid
  • 排程資訊：state、priority、scheduling class、CPU affinity
  • 記憶體：mm_struct（位址空間、page table 指標）
  • 檔案：files_struct（fd table）、fs_struct（root、cwd）
  • Signal：signal_struct、sighand_struct（pending signals、handler 表）
  • 親屬關係：parent、children、sibling 連結
  • Namespace：nsproxy（指向各種 namespace 結構）

task_struct 同時用來描述 process 與 thread。Linux 把 thread 視為「共享某些資源的 process」，這也是 clone(2) 系統呼叫的設計基礎。

觀察 Process#

最常用的觀察工具是 ps、top 與 /proc 檔案系統。

ps -ef                  # 列出所有 process（BSD 風格）
ps -eLf                 # 連帶顯示 thread
ps -o pid,ppid,uid,stat,cmd
cat /proc/$$/status     # 當前 shell 的 status 檔
ls /proc/1/             # PID 1 的所有 kernel 暴露資訊
  • /proc/<pid>/status：人類可讀的狀態摘要
  • /proc/<pid>/stat：機器可讀的單行狀態（ps 來源）
  • /proc/<pid>/cmdline：完整命令列
  • /proc/<pid>/cgroup：所屬 cgroup（container 判斷依據之一）

為什麼 Container 章節要從 Process 開始#

Container 不是 VM，沒有獨立 kernel。Container 內所有「行程」其實都是 host kernel 排程的 task_struct。理解 PID、PPID、state 與 PCB，才能在後續理解：

  • 為什麼 container 內 PID 1 的 PPID 是 host 上的 shim
  • 為什麼 zombie 與 orphan 在 container 內特別容易出問題
  • 為什麼 signal 會（或不會）穿透 container 邊界

延伸閱讀#

  • man 7 credentials
  • man 5 proc
  • Linux Kernel Source: include/linux/sched.h（task_struct 定義）
Backward Image 是什麼 什麼是 Namespaces Forward