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Docker 的底层原理,了解它只需要 5分钟!

2024-12-03 11:21

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麻雀虽小,五脏俱全,这个比喻非常的贴切。Linux 提供了非常全面的隔离机制,使得每个小隔间互不影响。即使隔壁小间满室春光,我的小房间一样的冷清,对我毫无影响。

Docker 能实现这些功能,依赖于 chroot、namespace、cgroup 等三种老技术。我们本篇文章,就先聊一下 namespace 方面的东西。毕竟隔离是容器的第一要素。

Linux 的内核,提供了多达8种类型的 Namespace。在这些独立的 Namespace 中,资源互不影响,隔离措施做的非常好。

1. 8种类型

我们先来看一下,Linux都支持哪些Namespace。可以通过 unshare 命令来观察到这些细节。在终端执行 man unshare,将会出现这些 Namespace 的介绍。

另外,Linux 在 4.6 版本,5.6 版本,分别加入了 cgroups 和 Time 两种隔离类型,加起来就有8种。

2. 1个例子

通过unshare命令,可以快速建立一些隔离的例子,我们拿最简单直观的pid namespace来看一下它的效果。

众所周知,Linux 进程号为1的,叫做systemd进程。但在 Docker 中,我们通过执行ps命令,却只能看到非常少的进程列表。

执行下面的命令,进入隔离环境,并将 bash 作为根进程:

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

效果如图所示。可以看到,我们的 bash,已经成为了1号进程,而宿主机和其他隔离环境的进程信息,在这里是不可见的。

先在隔离环境中,执行sleep 1000。再开一个终端,在宿主机上执行pstree,我们将会看到这个隔离环境的进行信息。

接下来,在宿主机上,把 sleep 对应进程的命名空间信息,和宿主机的命名空间信息作一下对比。可以看到,它们的pid namespace,对应的数值是不同的。

下面给出其他 namespace 的实验性命令,你可以实际操作一下。

3. 试验一下

  1. unshare --mount --fork /bin/bash 

创建mount namespace,并在每个不同的环境中,使用不同的挂载目录。

  1. unshare --uts --fork /bin/bash 

uts 可以用来隔离主机名称,允许每个 namespace 拥有一个独立的主机名,你可以通过hostname命令进行修改。

  1. unshare --ipc --fork /bin/bash 

IPC Namespace 主要是用来隔离进程间通信的。Linux 的进程间通信,有管道、信号、报文、共享内存、信号量、套接口等方式。使用了 IPC 命名空间,意味着跨 Namespace 的这些通信方式将全部失效!不过,这也正是我们所希望的到的。

  1. unshare --user -r /bin/bash 

用户命名空间,就非常好理解了。我们可以在一个 Namespace 中建立 xjjdog 账号,也可以在另外一个 Namespace 中建立 xjjdog 账号,而且它们是相互不影响的。

  1. unshare --net --fork /bin/bash 

net namespace,这个就非常有用了。它可以用来隔离网络设备、IP 地址和端口等信息。

End

可以看到,通过各种 Namespace,Linux 能够对各种资源进行精细化的隔离。Docker本身也是一个新瓶装旧酒的玩具。Docker 的创新之处,在于它加入了一个中央仓库,并封装了很多易用的命令。

你可能会发现,到目前为止,我们并没有对 Cpu和内存的资源使用进行隔离,也没有对应的 Namespace 来解决这些问题。

资源限制的功能,是使用Cgroups进行限额配置来完成的,和Namespace没什么关系。我们将在后面的文章,介绍 Cgroups 这项技术。

最后,附上 Docker 的一张生命周期图。来源(http://docker-saigon.github.io/post/Docker-Internals/ )。

Docker 发展到现在,应用工具链已经非常成熟了,很多同学已经驾轻就熟,如果你对容器技术非常感兴趣,不如多看一下最底层的原理。这样,不管是谷歌推自己的容器,还是继续使用 docker,都能快速把它掌握。 

 

来源:高效运维内容投诉

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