Как узнать pid родительского процесса по pid дочернего ?

Первое, что приходит на ум - 4-я строка /proc/$PID/stat . Но, чувствую, это решение не подходит.

как можно узнать ppid для процесса с другим pid

Доступ к исходникам есть? Наладь ipc и просто спроси

как узнать pid всех дочерних процессов для текущего процесса

Ты получаешь pid дочернего процесса при форке, просто запоминай его где-нибудь

POSIX говорит, что ps должен понимать некоторые флаги: http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/009695399/utilities/ps.html. Таким образом кросс-платформенное решение такое:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int getppidbypid(int pid)
{
	int p, pp;
	FILE *F;
	char buf[256];

	sprintf(buf, "ps -o pid,ppid -p %d", pid);

	F = popen(buf, "r");
	if (!F) {
		/* Can not run ps */
		return -1;
	}

	while (!feof(F)) {
		if (!fgets(buf, sizeof(buf), F)) {
			pclose(F);
			return -1;
		}

		if (sscanf(buf, "%d %d", &p, &pp) > 0) {
			if (p == pid) {
				pclose(F);
				return pp;
			}
		}
	}

	pclose(F);

	return -1; /* Not found */
}

С тестом: http://pastebin.com/M4nmgwtm

Можно для GNU/Linux сделать через procfs для ускорения.

Да, я пожалуй остановлюсь на хранении pid дочерних. Каждые 50 миллисекунд форкать процесс (popen) в нашем проекте не очень эффективно.

Да, сохранять их в любом случае полезно. Если надо узнать родителя абстрактного процесса, не имеющего отношения к основному приложению, то такой вариант будет затычкой для систем без procfs, а если свои дети, то надо хранить pid'ы.