5分鐘快速了解docker的底層原理

作者： 小姐姐養(yǎng)的狗 2021-01-27 18:15:01

云計算 一位同學曾給我打比方：宿主機就好比一間大房子，docker把它成了N個小隔斷。在這些小隔斷之間，有獨立的衛(wèi)生間、小床、電視...

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「小姐姐味道」，作者小姐姐養(yǎng)的狗 。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系小姐姐味道公眾號。

一位同學曾給我打比方：宿主機就好比一間大房子，docker把它成了N個小隔斷。在這些小隔斷之間，有獨立的衛(wèi)生間、小床、電視...

麻雀雖小，五臟俱全，這個比喻非常的貼切。Linux提供了非常全面的隔離機制，使得每個小隔間互不影響。即使隔壁小間滿室春光，我的小房間一樣的冷清，對我毫無影響。

Docker能實現(xiàn)這些功能，依賴于chroot、namespace、cgroup等三種老技術(shù)。我們本篇文章，就先聊一下namespace方面的東西。畢竟隔離是容器的第一要素。

Linux的內(nèi)核，提供了多達8種類型的Namespace。在這些獨立的Namespace中，資源互不影響，隔離措施做的非常好。

1. 8種類型

我們先來看一下，Linux都支持哪些Namespace?？梢酝ㄟ^unshare命令來觀察到這些細節(jié)。在終端執(zhí)行man unshare，將會出現(xiàn)這些Namespace的介紹。

1. Mount(mnt) 隔離掛載點
2. Process ID (pid) 隔離進程 ID
3. Network (net) 隔離網(wǎng)絡設(shè)備，端口號等
4. Interprocess Communication (ipc) 隔離 System V IPC 和 POSIX message queues
5. UTS Namespace(uts) 隔離主機名和域名
6. User Namespace (user) 隔離用戶和用戶組

另外，Linux在4.6版本，5.6版本，分別加入了cgroups和Time兩種隔離類型，加起來就有8種。

1. Control group (cgroup) Namespace 隔離 Cgroups 根目錄 (4.6版本加入)
2. Time Namespace 隔離系統(tǒng)時間 (5.6版本加入)

2. 1個例子

通過unshare命令，可以快速建立一些隔離的例子，我們拿最簡單直觀的pid namespace來看一下它的效果。

眾所周知，Linux進程號為1的，叫做systemd進程。但在Docker中，我們通過執(zhí)行ps命令，卻只能看到非常少的進程列表。

執(zhí)行下面的命令，進入隔離環(huán)境，并將bash作為根進程：

  
 
 
 
   
  
  
  
unshare --pid --fork --mount-proc /bin/bash 
  
 
 

效果如圖所示?？梢钥吹剑覀兊腷ash，已經(jīng)成為了1號進程，而宿主機和其他隔離環(huán)境的進程信息，在這里是不可見的。

先在隔離環(huán)境中，執(zhí)行sleep 1000。再開一個終端，在宿主機上執(zhí)行pstree，我們將會看到這個隔離環(huán)境的進行信息。

接下來，在宿主機上，把sleep對應進程的命名空間信息，和宿主機的命名空間信息作一下對比?？梢钥吹?，它們的pid namespace，對應的數(shù)值是不同的。

下面給出其他namespace的實驗性命令，你可以實際操作一下。

3. 試驗一下

  
 
 
 
   
  
  
  
unshare --mount --fork /bin/bash 
  
 
 

創(chuàng)建mount namespace，并在每個不同的環(huán)境中，使用不同的掛載目錄。

  
 
 
 
   
  
  
  
unshare --uts --fork /bin/bash 
  
 
 

uts可以用來隔離主機名稱，允許每個namespace擁有一個獨立的主機名，你可以通過hostname命令進行修改。

  
 
 
 
   
  
  
  
unshare --ipc --fork /bin/bash 
  
 
 

IPC Namespace 主要是用來隔離進程間通信的。Linux的進程間通信，有管道、信號、報文、共享內(nèi)存、信號量、套接口等方式。使用了IPC命名空間，意味著跨Namespace的這些通信方式將全部失效!不過，這也正是我們所希望的到的。

  
 
 
 
   
  
  
  
unshare --user -r /bin/bash 
  
 
 

用戶命名空間，就非常好理解了。我們可以在一個Namespace中建立xjjdog賬號，也可以在另外一個Namespace中建立xjjdog賬號，而且它們是相互不影響的。

  
 
 
 
   
  
  
  
unshare --net --fork /bin/bash 
  
 
 

net namespace，這個就非常有用了。它可以用來隔離網(wǎng)絡設(shè)備、IP 地址和端口等信息。

可以看到，通過各種Namespace，Linux能夠?qū)Ω鞣N資源進行精細化的隔離。Docker本身也是一個新瓶裝舊酒的玩具。Docker的創(chuàng)新之處，在于它加入了一個中央倉庫，并封裝了很多易用的命令。

你可能會發(fā)現(xiàn)，到目前為止，我們并沒有對Cpu和內(nèi)存的資源使用進行隔離，也沒有對應的Namespace來解決這些問題。

資源限制的功能，是使用Cgroups進行限額配置來完成的，和Namespace沒什么關(guān)系。我們將在后面的文章，介紹Cgroups這項技術(shù)。

最后，附上Docker的一張生命周期圖。來源(http://docker-saigon.github.io/post/Docker-Internals/ )。有需要的同學可以加我的好友獲取。

Docker發(fā)展到現(xiàn)在，應用工具鏈已經(jīng)非常成熟了，很多同學已經(jīng)駕輕就熟，如果你對容器技術(shù)非常感興趣，不如多看一下最底層的原理。這樣，不管是谷歌推自己的容器，還是繼續(xù)使用docker，都能快速把它掌握。

作者簡介：小姐姐味道 (xjjdog)，一個不允許程序員走彎路的公眾號。聚焦基礎(chǔ)架構(gòu)和Linux。十年架構(gòu)，日百億流量，與你探討高并發(fā)世界，給你不一樣的味道。我的個人微信xjjdog0，歡迎添加好友，進一步交流。

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