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Linux中的命名空间

2023-06-13 00:49

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本篇内容介绍了“Linux中的命名空间 ”的有关知识,在实际案例的操作过程中,不少人都会遇到这样的困境,接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧!希望大家仔细阅读,能够学有所成!

背景

从Linux 2.6.24版的内核开始,Linux 就支持6种不同类型的命名空间。它们的出现,使用户创建的进程能够与系统分离得更加彻底,从而不需要使用更多的底层虚拟化技术。

下面我们介绍一下进程命名空间和网络命名空间。
进程命名空间

本文用 C 语言介绍上述概念,因为演示进程命名空间的时候需要用到 C 语言。下面的测试过程在 Debian 6 和 Debian 7 上执行。首先,在栈内分配一页内存空间,并将指针指向内存页的末尾。这里我们使用 alloca() 函数来分配内存,不要用 malloc() 函数,它会把内存分配在堆上。

   

代码如下:

void *mem = alloca(sysconf(_SC_PAGESIZE)) + sysconf(_SC_PAGESIZE);

然后使用 clone() 函数创建子进程,传入我们的子栈空间地址 "mem",并指定命名空间的标记。同时我们还指定“callee”作为子进程运行的函数。

   

代码如下:

mypid = clone(callee, mem, SIGCHLD | CLONE_NEWIPC | CLONE_NEWPID | CLONE_NEWNS | CLONE_FILES, NULL);

clone 之后我们要在父进程中等待子进程先退出,否则的话,父进程会继续运行下去,并马上进程结束,留下子进程变成孤儿进程:

   

代码如下:

while (waitpid(mypid, &r, 0) < 0 && errno == EINTR)
   {
       continue;
   }

最后当子进程退出后,我们会回到 shell 界面,并返回子进程的退出码。

   

代码如下:

if (WIFEXITED(r))
   {
       return WEXITSTATUS(r);
   }
   return EXIT_FAILURE;

上文介绍的 callee 函数功能如下:

   

代码如下:

static int callee()
   {
       int ret;
       mount("proc", "/proc", "proc", 0, "");
       setgid(u);
       setgroups(0, NULL);
       setuid(u);
       ret = execl("/bin/bash", "/bin/bash", NULL);
       return ret;
   }

程序挂载了 /proc 文件系统,设置用户 ID 和组 ID,值都为“u”,然后运行 /bin/bash 程序,LXC 是一个操作系统级的虚拟化工具,使用 cgroups 和命名空间来完成资源的分离。现在我们把所有代码放在一起,变量“u”的值设为65534,在 Debian 系统中,这是“nobody”和“nogroup”:

   

代码如下:

#define _GNU_SOURCE
   #include <unistd.h>
   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <sys/types.h>
   #include <sys/wait.h>
   #include <sys/mount.h>
   #include <grp.h>
   #include <alloca.h>
   #include <errno.h>
   #include <sched.h>
   static int callee();
   const int u = 65534;
   int main(int argc, char *argv[])
   {
       int r;
       pid_t mypid;
       void *mem = alloca(sysconf(_SC_PAGESIZE)) + sysconf(_SC_PAGESIZE);
       mypid = clone(callee, mem, SIGCHLD | CLONE_NEWIPC | CLONE_NEWPID | CLONE_NEWNS | CLONE_FILES, NULL);
       while (waitpid(mypid, &r, 0) < 0 && errno == EINTR)
       {
           continue;
       }
       if (WIFEXITED(r))
       {
           return WEXITSTATUS(r);
       }
       return EXIT_FAILURE;
   }
   static int callee()
   {
       int ret;
       mount("proc", "/proc", "proc", 0, "");
       setgid(u);
       setgroups(0, NULL);
       setuid(u);
       ret = execl("/bin/bash", "/bin/bash", NULL);
       return ret;
   }

执行以下命令来运行上面的代码:

   

代码如下:

root@w:~/pen/tmp# gcc -O -o ns.c -Wall -Werror -ansi -c89 ns.c
   root@w:~/pen/tmp# ./ns
   nobody@w:~/pen/tmp$ id
   uid=65534(nobody) gid=65534(nogroup)
   nobody@w:~/pen/tmp$ ps auxw
   USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
   nobody       1  0.0  0.0   4620  1816 pts/1    S    21:21   0:00 /bin/bash
   nobody       5  0.0  0.0   2784  1064 pts/1    R+   21:21   0:00 ps auxw
   nobody@w:~/pen/tmp$

注意上面的结果,UID 和 GID 被设置成 nobody 和 nogroup 了,特别是 ps 工具只输出两个进程,它们的 ID 分别是1和5(LCTT注:这就是上文介绍 CLONE_NEWPID 时提到的功能,在线程所在的命名空间内,进程 ID 可以为1,映射到命名空间外是另外一个 PID;而命名空间外的 ID 为1的进程一直是 init)。
网络命名空间

接下来轮到使用 ip netns 来设置网络的命名空间。第一步先确定当前系统没有命名空间:

   

代码如下:

root@w:~# ip netns list
   Object "netns" is unknown, try "ip help".

如果报了上述错误,你需要更新你的系统内核,以及 ip 工具程序。这里假设你的内核版高于2.6.24,ip 工具版本也差不多,高于2.6.24(LCTT注:ip 工具由 iproute 安装包提供,此安装包版本与内核版本相近)。更新好后,ip netns list 在没有命名空间存在的情况下不会输出任务信息。加个名为“ns1”的命名空间看看:

   

代码如下:

root@w:~# ip netns add ns1
   root@w:~# ip netns list
   ns1

列出网卡:

   

代码如下:

root@w:~# ip link list
   1: lo:  mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT
       link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
   2: eth0:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UNKNOWN mode DEFAULT qlen 1000
       link/ether 00:0c:29:65:25:9e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

创建新的虚拟网卡,并加到命名空间。虚拟网卡需要成对创建,互相关联&mdash;&mdash;就像交叉电缆一样:

   

代码如下:

root@w:~# ip link add veth0 type veth peer name veth2
   root@w:~# ip link list
   1: lo:  mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT
       link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
   2: eth0:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UNKNOWN mode DEFAULT qlen 1000
       link/ether 00:0c:29:65:25:9e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
   3: veth2:  mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT qlen 1000
       link/ether d2:e9:52:18:19:ab brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
   4: veth0:  mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT qlen 1000
       link/ether f2:f7:5e:e2:22:ac brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

这个时候 ifconfig -a 命令也能显示新添加的 veth0 和 veth2 两块网卡。

很好,现在将这两份块网卡加到命名空间中去。注意一下,下面的 ip netns exec 命令用于将后面的命令在命名空间中执行(LCTT注:下面的结果显示了在 ns1 这个网络命名空间中,只存在 lo 和 veth2 两块网卡):

   

代码如下:

root@w:~# ip link set veth2 netns ns1
   root@w:~# ip netns exec ns1 ip link list
   1: lo:  mtu 65536 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT
       link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
   3: veth2:  mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT qlen 1000
   link/ether d2:e9:52:18:19:ab brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

这个时候 ifconfig -a 命令只能显示 veth0,不能显示 veth2,因为后者现在在 ns1 命名空间中。

如果想删除 veth0/veth2,可以执行下面的命令:

   

代码如下:

ip netns exec ns1 ip link del veth2

我们可以为 veth0 分配 IP 地址:

   

代码如下:

ifconfig veth0 192.168.5.5/24

在命名空间内为 veth2 分配 IP 地址:

   

代码如下:

ip netns exec ns1 ifconfig veth2 192.168.5.10/24 up

在命名空间内外执行 ip addr list 命令:

   

代码如下:

root@w:~# ip addr list
   1: lo:  mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN
       link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
       inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       inet6 ::1/128 scope host
          valid_lft forever preferred_lft forever
   2: eth0:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UNKNOWN qlen 1000
       link/ether 00:0c:29:65:25:9e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
       inet 192.168.3.122/24 brd 192.168.3.255 scope global eth0
       inet6 fe80::20c:29ff:fe65:259e/64 scope link
          valid_lft forever preferred_lft forever
   6: veth0:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
       link/ether 86:b2:c7:bd:c9:11 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
       inet 192.168.5.5/24 brd 192.168.5.255 scope global veth0
       inet6 fe80::84b2:c7ff:febd:c911/64 scope link
          valid_lft forever preferred_lft forever
   root@w:~# ip netns exec ns1 ip addr list
   1: lo:  mtu 65536 qdisc noop state DOWN
       link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
   5: veth2:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
       link/ether 12:bd:b6:76:a6:eb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
       inet 192.168.5.10/24 brd 192.168.5.255 scope global veth2
       inet6 fe80::10bd:b6ff:fe76:a6eb/64 scope link
          valid_lft forever preferred_lft forever

在命名空间内外查看路由表:

   

代码如下:

root@w:~# ip route list
   default via 192.168.3.1 dev eth0  proto static
   192.168.3.0/24 dev eth0  proto kernel  scope link  src 192.168.3.122
   192.168.5.0/24 dev veth0  proto kernel  scope link  src 192.168.5.5
   root@w:~# ip netns exec ns1 ip route list
   192.168.5.0/24 dev veth2  proto kernel  scope link  src 192.168.5.10

最后,将虚拟网卡连到物理网卡上,我们需要用到桥接。这里做的是将 veth0 桥接到 eth0,而 ns1 命名空间内则使用 DHCP 自动获取 IP 地址:

   

代码如下:

root@w:~# brctl addbr br0
   root@w:~# brctl addif br0 eth0
   root@w:~# brctl addif br0 veth0
   root@w:~# ifconfig eth0 0.0.0.0
   root@w:~# ifconfig veth0 0.0.0.0
   root@w:~# dhclient br0
   root@w:~# ip addr list br0
   7: br0:  mtu 1500 qdisc noqueue state UP
       link/ether 00:0c:29:65:25:9e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
       inet 192.168.3.122/24 brd 192.168.3.255 scope global br0
       inet6 fe80::20c:29ff:fe65:259e/64 scope link
          valid_lft forever preferred_lft forever

为网桥 br0 分配的 IP 地址为192.168.3.122/24。接下来为命名空间分配地址:

   

代码如下:

root@w:~# ip netns exec ns1 dhclient veth2
   root@w:~# ip netns exec ns1 ip addr list
   1: lo:  mtu 65536 qdisc noop state DOWN
       link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
   5: veth2:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
       link/ether 12:bd:b6:76:a6:eb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
       inet 192.168.3.248/24 brd 192.168.3.255 scope global veth2
       inet6 fe80::10bd:b6ff:fe76:a6eb/64 scope link
          valid_lft forever preferred_lft forever

现在, veth2 的 IP 被设置成 192.168.3.248/24 了。

“Linux中的命名空间 ”的内容就介绍到这里了,感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注编程网网站,小编将为大家输出更多高质量的实用文章!

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