“容器”无疑是近年IT业界的buzzword，不过，在不同语境下，它对不同的人有不同的含义。在本文中，我将从Linux容器、容器镜像、写时复制等方面来阐释容器的具体含义。


Linux容器

传统意义上的Linux容器实际上只是Linux系统上的普通进程。这些进程组使用资源约束（控制组，即[cgroups]）、Linux安全约束（Unix权限、功能、SELinux、AppArmor、seccomp等）和命名空间（PID、网络、挂载等）与其他进程组隔离开来。

如果你启动一个Linux系统并且查看使用cat /proc/PID/cgroup的任意进程，你将看到在cgroup中的某一进程。如果你查看 /proc/PID/status，则会看到其功能。如果你查看/ proc / self / attr / current，你将会获取SELinux的标签们。如果你查看/proc/PID/ns，你会在其中看到一系列命名空间的进程。

所以，如果你将容器定义为具有资源限制、Linux安全约束以及命名空间的进程，那么根据这一定义，Linux系统上的每个进程都运行在容器中。这就是为什么有人说“Linux即容器，容器即Linux”。而容器运行时则是修改这些资源限制、安全约束以及命名空间，并且可以启动容器的程序。

容器镜像

Docker引入了容器镜像的概念，这是一个标准的TAR文件，它包含了：

  • Rootfs (容器根文件系统)：在操作系统上带有根目录(/)标识的目录，例如：/usr 、/var 、 /home 等等。

  • JSON文件（容器配置）：JSON文件会来规定如何运行rootfs，例如：当容器启动时应该在rootfs中运行什么指令或entrypoint，应该为容器设置什么样的环境变量，容器的工作目录是什么等等。

Docker基础镜像由根文件系统和JSON文件组成，可以通过在基础镜像的根文件系统中安装所需的内容，以更新JSON文件，并且新建一个镜像层，通过这种方式可以制作一个新的镜像。

容器镜像的定义最终由Open Container Initiative（OCI）标准化为OCI镜像规范。

用于构建容器镜像的工具被称为容器镜像构建器（如Dockerfile），有时容器引擎也能够完成构建容器镜像的工作，当然也可以使用一些可以构建容器镜像的独立工具。

Docker获取了这些容器镜像（tarballs）然后将他们上传到一个web服务中，你可以从中拉取他们。然后Docker会开发一个协议以便你顺利拉取这些镜像，而这一web服务便被称为容器镜像仓库。

容器引擎可以从容器镜像仓库中拉取镜像，然后将其重组到容器存储上。此外，容器引擎也能启动容器运行时（如下图）。



Linux容器内部机制


Copy On Write(COW)

容器存储通常是一个写时复制（COW）分层文件系统。当你从镜像仓库中拉取一个镜像时，首先，你要从镜像中提取rootfs并且将其放到磁盘上。如果你的镜像由多层组成，那么在COW文件系统中需要将下载的每一层镜像文件储存在不同的层中。COW文件系统允许每一层分开存储，这将分层镜像的共享最大化了。容器引擎通常支持不同类型的容器存储，如overlay、devicemapper、 btrfs、 aufs和 zfs等。

容器运行时

容器引擎将容器镜像下载到容器存储中后，它需要创建一个容器运行时的配置文件。这一配置文件结合了来自调用程序/用户的输入以及容器镜像规范的内容。举个例子，调用程序可能想要对正在运行的容器进行指定的安全性修改、添加环境变量或者将volumes挂载到容器上，这些都是调用程序输入的内容。

容器运行时配置和分解的rootfs同样也被OCI标准化为OCI运行时规范。

最后，容器引擎启动读取运行时规范的容器运行时，修改Linux cgroup、Linux安全约束以及命名空间，并且启动容器命令以创建PID1（Process ID1）。此时，容器引擎可以将stdin / stdout传回调用程序并控制容器（如，停止、启动、附加等）。

请注意，许多新的容器运行时正在让Linux的不同部分来隔离容器。人们先可以使用KVM分离（如迷你虚拟机）运行容器，或者可以使用其他hypervisor策略（例如，拦截容器进程中的所有系统调用）。既然我们已经拥有一个标准的运行时规范，那么就能够通过相同的容器引擎启动这些工具。甚至Windows也可以使用OCI运行时规范来启动Windows容器。

容器编排引擎

容器编排引擎，相比其他容器工具而言，则处于更高的级别。容器编排是用于协调多个不同节点上的容器执行工具。容器编排引擎可以通过与容器引擎通信以管理容器，如启动容器并且将其网络连接在一起。它还能够监控容器以及在负载增加时启动其他容器。

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