Windows上的原生Linux容器(盆盆的Kubecon课程分享)

您测试过Windows上的Linux容器吗？

这是本周末刚闭幕的Kubecon大会，笔者在课堂上提出的问题。

关于这个问题，大家常有的困惑就是，我们为什么要在Windows上运行Linux容器？您可以到以下地址下载PPT：

PPT下载地址

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答案有以下三点：

• 节省资源 Windows服务器上能同时运行Windows容器和Linux容器，而不是Windows容器只能在Windows主机上运行，Linux容器只能在Linux主机上运行，造成资源浪费。

• 隔离能力 Windows上的Linux容器采用了Hyper-V容器技术，底层是小型的看不见的虚拟机，所以借用了hypervisor的隔离能力

• 商业引擎 Windows服务器的docker引擎，会是企业版的引擎，由微软和docker提供支持

接下来让我们看一下Windows是如何让Windows容器和Linux容器水火共融的。这里以一台Windows 10机器为例进行介绍，您也可以在Windows Server 2019上测试。

运行docker images，即可看到Windows 10上当前有Windows和Linux的容器镜像。

甚至可以测试最新的Windows Server 2019 Docker镜像。其镜像的pull地址分别为：

mcr.microsoft.com/windows/nanoserver:1809

mcr.microsoft.com/windows/servercore:1809

mcr.microsoft.com/windows:1809

随便运行一下docker run -it microsoft/nanoserver，即可启动一个Windows容器。

再运行docker run -it supertest2014/nyan，即可同时启动一个Linux容器。

我们可以通过docker ps命令查看这两个容器的信息。

前面说过，Linux容器采用了Hyper-V容器的技术，底层是被优化过的小型Linux虚拟机，采用的是docker的LinuxKit(内核和引导文件位于C:\Program Files\Linux Containers)。可见非常精简。

以下是原理图。其中绿色的部分就是传统的Linux容器架构原理图。

看看Windows上的Linux容器增加了哪些组件？首先是运行在Hypervisor之上，这样隔离能力就和虚拟机一样高，而不是采用共享内核的机制。其次由于dockerd、containerd等服务运行在主分区(Host Partition，就是宿主机)，通过HCS(宿主计算服务)和LinuxKit虚拟机上的GCS(来宾计算服务)通信，这两个组件是基于Hyper-V的VMBus高速内存总线！

怎么查看Linux容器的详细信息，通过Hyper-V管理器(GUI、PowerShell或者API)是看不到这台微型虚拟机的任何信息的。

我们需要借助hcsdiag这个命令，首先运行hcsdiag list命令，查看服务器上的Hyper-V容器信息。

可以看到其上运行了两个容器，记住其中Linux容器的ID信息。再运行以下命令：

hcsdiag console -uvm ec1682e834415788943cd79fa56da656f5ffb689ea16a126c166eaba8812e54b

即可进入该微型虚拟机的命令行，运行ps aux，即可查看该虚拟机的进程信息，其中有/bin/sh -c nyancat，这就是Linux容器进程(加以命名空间保护)，还有/bin/gcs，这就是GCS组件，还有hv_vmbus_con，这是虚拟机的硬件驱动。

这台微型虚拟机不但内核精简，本身的硬件配置也精简，删除了所有不支持Hyper-V enlightened的设备。

再运行mount，查看该虚拟机挂载的设备。可以看到底部有若干/dev/pmem的存储设备，只读模式(ro)，这就是Linux容器的基础镜像(包含多个layer的base image)，加载到内存里。

还有一个/dev/sda这样的块设备，是可读写设备(rw)，这是容器顶部的layer。当容器被杀死时，该layer自动删除，也可以commit到镜像仓库，以实现快速代码迭代。

用Process Explorer，可以查看微型虚拟机的vmwp进程，可以看到该进程的访问句柄，下图中红色框里的sandbox.vhdx，就是Linux容器的顶层可读写layer，而绿色框里的多个layer.vhd文件，则是Linux容器的base image。这和上图的命令行显示是一一对应的。