Linux技術(shù)：Docker如何欺騙容器中的進(jìn)程

多年前的一個(gè)夜晚，風(fēng)雨大作，一個(gè)名叫Docker的年輕人來(lái)到Linux帝國(guó)拜見(jiàn)帝國(guó)的長(zhǎng)老。

“Linux長(zhǎng)老，天下程序員苦于應(yīng)用部署久矣，我要改變這一現(xiàn)狀，希望長(zhǎng)老你能幫幫我”

長(zhǎng)老回答：“哦，小小年紀(jì)，口氣不小，先請(qǐng)入座，你有何所求，愿聞其詳”

Docker坐下后開(kāi)始侃侃而談：“當(dāng)今天下，應(yīng)用開(kāi)發(fā)、測(cè)試、部署，各種庫(kù)的依賴紛繁復(fù)雜，再加上版本之間的差異，經(jīng)常出現(xiàn)在開(kāi)發(fā)環(huán)境運(yùn)行正常，而到測(cè)試環(huán)境和線上環(huán)境就出問(wèn)題的現(xiàn)象，程序員們飽受此苦，是時(shí)候改變這一狀況了?！?/p>

Docker回頭看了一眼長(zhǎng)老接著說(shuō)到：“我想做一個(gè)虛擬的容器，讓?xiě)?yīng)用程序們運(yùn)行其中，將它們需要的依賴環(huán)境整體打包，以便在不同機(jī)器上移植后，仍然能提供一致的運(yùn)行環(huán)境，徹底將程序員們解放出來(lái)！”

Linux長(zhǎng)老聽(tīng)聞，微微點(diǎn)頭：“年輕人想法不錯(cuò)，不過(guò)聽(tīng)你的描述，好像虛擬機(jī)就能解決這個(gè)問(wèn)題。將應(yīng)用和所依賴的環(huán)境部署到虛擬機(jī)中，然后做個(gè)快照，直接部署虛擬機(jī)不就可以了嗎？”

Docker連連搖頭說(shuō)到：“長(zhǎng)老有所不知，虛擬機(jī)這家伙笨重如牛，體積又大，動(dòng)不動(dòng)就是以G為單位的大小，因?yàn)樗锩嬉\(yùn)行一個(gè)完整的操作系統(tǒng)，所以跑起來(lái)格外費(fèi)勁，慢就不說(shuō)了，還非常占資源，一臺(tái)機(jī)器上跑不了幾臺(tái)虛擬機(jī)就把性能拖垮了！而我想要做一個(gè)輕量級(jí)的虛擬容器，只提供一個(gè)運(yùn)行環(huán)境，不用運(yùn)行一個(gè)操作系統(tǒng)，所有容器中的系統(tǒng)內(nèi)核還是和外面的宿主機(jī)共用的，這樣就可以批量復(fù)制很多個(gè)容器，輕便又快捷”

Linux長(zhǎng)老站了起來(lái)，來(lái)回踱步了幾圈，思考片刻之后，忽然拍桌子大聲說(shuō)到：“真是個(gè)好想法，這個(gè)項(xiàng)目我投了！”

Docker眼里見(jiàn)光，喜上眉梢，“這事還真離不開(kāi)長(zhǎng)老的幫助，要實(shí)現(xiàn)我說(shuō)的目標(biāo)，對(duì)進(jìn)程的管理隔離都至關(guān)重要，還望長(zhǎng)老助我一臂之力！”

“你稍等”，Linux長(zhǎng)老轉(zhuǎn)身回到內(nèi)屋。沒(méi)多久就出來(lái)了，手里拿了些什么東西。

“年輕人，回去之后，盡管放手大干，我賜你三個(gè)錦囊，若遇難題，可依次拆開(kāi)，必有大用”

?

Docker開(kāi)心的收下了三個(gè)錦囊，拜別Linux長(zhǎng)老后，冒雨而歸。

錦囊1：chroot & pivot_root

受到長(zhǎng)老的鼓勵(lì)，Docker充滿了干勁，很快就準(zhǔn)備啟動(dòng)他的項(xiàng)目。

作為一個(gè)容器，首要任務(wù)就是限制容器中進(jìn)程的活動(dòng)范圍——能訪問(wèn)的文件系統(tǒng)目錄。決不能讓容器中的進(jìn)程去肆意訪問(wèn)真實(shí)的系統(tǒng)目錄，得將他們的活動(dòng)范圍劃定到一個(gè)指定的區(qū)域，不得越雷池半步！

到底該如何限制這些進(jìn)程的活動(dòng)區(qū)域呢？Docker遇到了第一個(gè)難題。

苦思良久未果，Docker終于忍不住拆開(kāi)了Linux長(zhǎng)老送給自己的第一個(gè)錦囊，只見(jiàn)上面寫(xiě)了兩個(gè)函數(shù)的名字：chroot & pivot_root。

Docker從未使用過(guò)這兩個(gè)函數(shù)，于是在Linux帝國(guó)四處打聽(tīng)它們的作用。后來(lái)得知，通過(guò)這兩個(gè)函數(shù)，可以修改進(jìn)程和系統(tǒng)的根目錄到一個(gè)新的位置。Docker大喜，長(zhǎng)老真是誠(chéng)不欺我！

有了這兩個(gè)函數(shù)，Docker開(kāi)始想辦法怎么來(lái)“偽造”一個(gè)文件系統(tǒng)來(lái)欺騙容器中的進(jìn)程。

為了不露出破綻，Docker很聰明，用操作系統(tǒng)鏡像文件掛載到容器進(jìn)程的根目錄下，變成容器的rootfs，和真實(shí)系統(tǒng)目錄一模一樣，足可以以假亂真：

$?ls?/
bin?dev?etc?home?lib?lib64?mnt?opt?proc?root?run?sbin?sys?tmp?usr?var

錦囊2：namespace

文件系統(tǒng)的問(wèn)題總算解決了，但是Docker不敢懈怠，因?yàn)樵谒睦铮€有一個(gè)大問(wèn)題一直困擾著他，那就是如何把真實(shí)系統(tǒng)所在的世界隱藏起來(lái)，別讓容器中的進(jìn)程看到。

比如進(jìn)程列表、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、用戶列表這些，是決不能讓容器中的進(jìn)程知道的，得讓他們看到的世界是一個(gè)干凈如新的系統(tǒng)。

Docker心里清楚，自己雖然叫容器，但這只是表面現(xiàn)象，容器內(nèi)的進(jìn)程其實(shí)和自己一樣，都是運(yùn)行在宿主操作系統(tǒng)上面的一個(gè)個(gè)進(jìn)程，想要遮住這些進(jìn)程的眼睛，瞞天過(guò)海，實(shí)在不是什么容易的事情。

Docker想過(guò)用HOOK的方式，欺騙進(jìn)程，但實(shí)施起來(lái)工作太過(guò)復(fù)雜，兼容性差，穩(wěn)定性也得不到保障，思來(lái)想去也沒(méi)想到什么好的主意。

正在一籌莫展之際，Docker又想起了Linux長(zhǎng)老送給自己的錦囊，他趕緊拿了出來(lái)，打開(kāi)了第二個(gè)錦囊，只見(jiàn)上面寫(xiě)著：namespace。

Docker還是不解其中之意，于是又在Linux帝國(guó)到處打聽(tīng)什么是namespace。

經(jīng)過(guò)一陣琢磨，Docker總算是明白了，原來(lái)這個(gè)namespace是帝國(guó)提供的一種機(jī)制，通過(guò)它可以劃定一個(gè)個(gè)的命名空間，然后把進(jìn)程劃分到這些命名空間中。

而每個(gè)命名空間都是獨(dú)立存在的，命名空間里面的進(jìn)程都無(wú)法看到空間之外的進(jìn)程、用戶、網(wǎng)絡(luò)等等信息。

這不正是Docker想要的嗎？真是踏破鐵鞋無(wú)覓處，得來(lái)全不費(fèi)功夫！

Docker趕緊加班加點(diǎn)，用上了這個(gè)namespace，將進(jìn)程的“視野”鎖定在容器規(guī)定的范圍內(nèi)，如此一來(lái)，容器內(nèi)的進(jìn)程彷佛被施上了障眼法，再也看不到外面的世界。

錦囊3：CGroup

文件系統(tǒng)和進(jìn)程隔離的問(wèn)題都解決了，Docker心里的石頭總算是放下了。心里著急著想測(cè)試自己的容器，可又好奇這最后一個(gè)錦囊寫(xiě)的是什么，于是打開(kāi)了第三個(gè)錦囊，只見(jiàn)上面寫(xiě)著：CGroup。

這又是什么東西？Docker仍然看不懂，不過(guò)這一次管不了那么許多了，先運(yùn)行起來(lái)再說(shuō)。

試著運(yùn)行了一段時(shí)間，一切都在Docker的計(jì)劃之中，容器中的進(jìn)程都能正常的運(yùn)行，都被他構(gòu)建的虛擬文件系統(tǒng)和隔離出來(lái)的系統(tǒng)環(huán)境給欺騙了，Docker高興壞了！

很快，Docker就開(kāi)始在Linux帝國(guó)推廣自己的容器技術(shù)，結(jié)果大受歡迎，收獲了無(wú)數(shù)粉絲，連nginx、redis等一眾大佬都紛紛入駐。

然而，鮮花與掌聲的背后，Docker卻不知道自己即將大難臨頭。

這天，Linux帝國(guó)內(nèi)存管理部的人扣下了Docker準(zhǔn)備“處決”掉他，Docker一臉詫異的問(wèn)到，“到底發(fā)生了什么事，為什么要對(duì)我下手？”

管理人員厲聲說(shuō)到：“帝國(guó)管理的內(nèi)存快被一個(gè)叫Redis的家伙用光了，現(xiàn)在要挑選一些進(jìn)程來(lái)殺掉，不好意思，你中獎(jiǎng)了”

Redis？這家伙不是我容器里的進(jìn)程嗎？Docker心中一驚！

“兩位大人，我認(rèn)識(shí)帝國(guó)的長(zhǎng)老，麻煩通融通融，找別人去吧，Redis那家伙，我有辦法收拾他”

沒(méi)想到他還認(rèn)識(shí)帝國(guó)長(zhǎng)老，管理人員猶豫了一下，就放了Docker到別處去了。

驚魂未定的Docker，思來(lái)想去，如果不對(duì)容器中的進(jìn)程加以管束，那簡(jiǎn)直太危險(xiǎn)了！除了內(nèi)存，還有CPU、硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)等等資源，如果某個(gè)容器進(jìn)程霸占著CPU不放手，又或者某個(gè)容器進(jìn)程瘋狂寫(xiě)硬盤(pán)，那遲早得連累到自己身上。看來(lái)必須得對(duì)這些進(jìn)程進(jìn)行管控，防止他們干出出格的事來(lái)。

這時(shí)候，他想起了Linux長(zhǎng)老的第三個(gè)錦囊：CGroup！說(shuō)不定能解這燃眉之急。

經(jīng)過(guò)一番研究，Docker如獲至寶，原來(lái)這CGroup和namespace類似，也是Linux帝國(guó)的一套機(jī)制，通過(guò)它可以劃定一個(gè)個(gè)的分組，然后限制每個(gè)分組能夠使用的資源，比如內(nèi)存的上限值、CPU的使用率、硬盤(pán)空間總量等等。系統(tǒng)內(nèi)核會(huì)自動(dòng)檢查和限制這些分組中的進(jìn)程資源使用量。

Linux長(zhǎng)老這三個(gè)錦囊簡(jiǎn)直太貼心了，一個(gè)比一個(gè)有用，Docker內(nèi)心充滿了感激。

隨后，Docker加上了CGroup技術(shù)，加強(qiáng)了對(duì)容器中的進(jìn)程管控，這才松了一口氣。

在Linux長(zhǎng)老三個(gè)錦囊妙計(jì)的加持下，Docker可謂風(fēng)光一時(shí)，成為了Linux帝國(guó)的大名人。

然而，能力越大，責(zé)任越大，讓Docker沒(méi)想到的是，新的挑戰(zhàn)還在后面。

編輯：黃飛