五分鐘搞定Docker底層原理
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，有獨立的衛生間、小床、電視...
圖片來自 包圖網
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 能實現這些功能，依賴于 chroot、namespace、cgroup 等三種老技術。
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。
8 種類型
我們先來看一下，Linux 都支持哪些 Namespace。可以通過 unshare 命令來觀察到這些細節。
在終端執行 man unshare，將會出現這些 Namespace 的介紹:
- Mount(mnt)：隔離掛載點
- Process ID (pid)：隔離進程 ID
- Network (net)：隔離網絡設備，端口號等
- Interprocess Communication (ipc)：隔離 System V IPC 和 POSIX message queues
- UTS Namespace(uts)：隔離主機名和域名
- 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。
Control group (cgroup) Namespace 隔離 Cgroups 根目錄 (4.6 版本加入);Time Namespace 隔離系統時間 (5.6 版本加入)。
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，我們通過執行 ps 命令，卻只能看到非常少的進程列表。
執行下面的命令，進入隔離環境，并將 bash 作為根進程：
- unshare --pid --fork --mount-proc /bin/bash
效果如圖所示：
可以看到，我們的 bash，已經成為了 1 號進程，而宿主機和其他隔離環境的進程信息，在這里是不可見的。
先在隔離環境中，執行 sleep 1000。再開一個終端，在宿主機上執行 pstree，我們將會看到這個隔離環境的進行信息。
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。
可以看到，它們的 pid namespace，對應的數值是不同的。
下面給出其他 namespace 的實驗性命令，你可以實際操作一下。
試驗一下
- unshare --mount --fork /bin/bash
創建 mount namespace，并在每個不同的環境中，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。它可以用來隔離網絡設備、IP 地址和端口等信息。
結語
可以看到，通過各種 Namespace，Linux 能夠對各種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。
你可能會發現，到目前為止，我們并沒有對 CPU 和內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 沒什么關系。我們將在后面的文章，介紹 Cgroups 這項技術。
最后，附上 Docker 的一張生命周期圖：
Docker 發展到現在，應用工具鏈已經非常成熟了，很多同學已經駕輕就熟，如果你對容器技術非常感興趣，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，還是繼續使用 Docker，都能快速把它掌握。
作者：小姐姐味道
編輯：陶家龍
來源：轉載自公眾號小姐姐味道(ID：xjjdog)
