5分鐘快速了解Docker的底層原理
本文轉載自微信公眾號「小姐姐味道」，作者小姐姐養的狗 。轉載本文請聯系小姐姐味道公眾號。
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...
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。
1. 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)
2. 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。
3. 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。
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。來源(http://docker-saigon.github.io/post/Docker-Internals/ )。有需要的同學可以加我的好友獲取。
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。
作者簡介：小姐姐味道 (xjjdog)，一個不允許程序員走彎路的公眾號。聚焦基礎架構和Linux。十年架構，日百億流量，與你探討高并發世界，給你不一樣的味道。我的個人微信xjjdog0，歡迎添加好友，進一步交流。
