Docker原理之Namespace

Linux Namespace

　　namespace是linux内核用来隔离内核资源的方案。是对全局系统资源的一种封装隔离，使得处于不同 namespace 的进程拥有独立的全局系统资源，改变一个 namespace 中的系统资源只会影响当前 namespace 里的进程，对其他 namespace 中的进程没有影响。

隔离资源

名称	宏定义	隔离的资源
IPC	CLONE_NEWIPC	System V IPC(信号量、消息队列、共享内存) 和POSIX MESSAGE QUEUES
Network	CLONE_NEWNET	Network devices、stacks、ports（网络设备、网络栈、端口等）
Mount	CLONE_NEWNS	Mount points（文件系统挂载点）
PID	CLONE_NEWPID	Process IDs（进程编号）
User	CLONE_NEWUSER	User and Groups IDs（用户和用户组）
UTS	CLONE_NEWUTS	Hostname and NIS domain name（主机名与NIS域名）
Cgroup	CLONE_NEWCGROUP	Cgroup root directory（cgroup的根目录）

表现形式

查看进程ID的namespace

# 查看进程18863的namespace
ll /proc/18863/ns

　　　可以看到，namespace 是链接文件，格式为[隔离类型：唯一标识]，唯一标识可看成namespace的ID，同一个ID下的进程共享该namespace的全局资源。

函数

clone()：Clone()函数是在libc库中定义的一个封装函数，它负责建立新轻量级进程的堆栈并且调用对编程者隐藏了clone系统条用。实现clone()系统调用的sys_clone()服务例程并没有fn和arg参数。封装函数把fn指针存放在子进程堆栈的每个位置处，该位置就是该封装函数本身返回地址存放的位置。Arg指针正好存放在子进程堆栈中的fn的下面。当封装函数结束时，CPU从堆栈中取出返回地址，然后执行fn(arg)函数。
setns(): 通过 setns() 函数可以将当前进程加入到已有的 namespace 中。
unshare()：通过 unshare 函数可以在原进程上进行 namespace 隔离。

容器里的进程看到的文件系统

　　启用隔离函数CLONE_NEWNS, 进入容器看到就是容器自己的文件系统？

#define _GNU_SOURCE
#include <sys/mount.h> 
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <sched.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#define STACK_SIZE (1024 * 1024)
static char container_stack[STACK_SIZE];
char* const container_args[] = {
  "/bin/bash",
  NULL
};

int container_main(void* arg)
{  
  printf("进入容器里面!
");

  execv(container_args[0], container_args);
  printf("错误
");
return 1;
}

int main()
{
  printf("宿主机启动一个容器!
");
int container_pid = clone(container_main, container_stack+STACK_SIZE, CLONE_NEWNS | SIGCHLD , NULL);
  waitpid(container_pid, NULL, 0);
  printf("容器停止!
");
return 0;
}

　　编译并执行：

# 编译
gcc -o  ns ns.c -D_GNU_SOURCE  -lpthread
# 执行
./ns

　　结果：

　　执行ns，显示我们进入到了一个容器中。假象我们容器是挂载到/tmp目录下，查看/tmp，其实这里仍然是宿主机的文件。紧接着，把容器以 tmpfs（内存盘）格式，重新挂载了 /tmp 目录。

#define SOURCE
#include <sys/mount.h> 
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <sched.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#define STACK_SIZE (1024 * 1024)
static char container_stack[STACK_SIZE];
char* const container_args[] = {
  "/bin/bash",
  NULL
};

int container_main(void* arg)
{  
  printf("进入容器里面!
");
 
  mount("none", "/tmp", "tmpfs", 0, "");

  execv(container_args[0], container_args);

  printf("错误
");
  return 1;
}

int main()
{
  printf("宿主机启动一个容器!
");
  int container_pid = clone(container_main, container_stack+STACK_SIZE, CLONE_NEWNS | SIGCHLD , NULL);
  waitpid(container_pid, NULL, 0);
  printf("容器停止!
");
  return 0;
}

　　　在容器启动前加 mount("none", "/tmp", "tmpfs", 0, "");

　　　再编译执行ns，挂载后，就看不见任何宿主机的文件了。这就是在当前容器下的单独的文件系统了。

参考

　　https://time.geekbang.org/column/article/17921

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