C++实现简易Docker容器——第一讲基础入门

Docker 的本质是使用 LXC 实现类似虚拟机的功能，进而节省的硬件资源提供给用户更多的计算资源。本项目将 C++ 与 Linux 的 Namespace 及 Control Group 技术相结合，实现一个简易 Docker 容器。

最终效果 最后我们将为容器实现下面这些功能（欢迎点赞关注，后面内容更精彩）：

1、独立的文件系统
2、网络访问的支持
3、容器资源的限制

本期目录

一、Linux Namespace技术

二、Clone系统调用

三、其他函数

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一、Linux Namespace技术

• 在 C++ 中，我们知道有 namespace 这个关键字。在 C++ 中，每一个 namespace 对不同代码的相同名称进行了隔离，只要 namespace 的名称不同，就能够让 namespace 中的代码名称相同，从而解决了代码名称冲突的问题。

• 而 Linux Namespace 则是 Linux 内核提供的一种技术，它为应用程序提供了一种资源隔离的方案，和 C++ 中的 namespace 有异曲同工之妙。我们知道，PID、IPC、网络等系统资源本应该属于操作系统本身进行管理，但 Linux Namespace 则可以让这些资源的全局性消失，让一部分属于某个特定的 Namespace。

• 在 Docker 技术中，我们时常听说 LXC、操作系统级虚拟化这些名词，而 LXC 就是利用了 Namespace 这种技术实现了不同容器之前的资源隔离。利用 Namespace 技术，不同的容器内进程属于不同的 Namespace，彼此不相干扰。总的来说，Namespace 技术，提供了虚拟化的一种轻量级形式，使我们可以从不同方面来运行系统全局属性。

• 在 Linux 中，和 Namespace 相关的系统调用最重要的就是 clone()。 clone() 的作用是在创建进程时，将线程限制在某个 Namespace 中。
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二、Clone系统调用

* clone 的函数原型如下：

int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg);

fork 在创建一个进程的时候，子进程会完全复制父进程的资源。而 clone 则比 fork 更加强大，因为 clone 可以有选择性的将父进程的资源复制给子进程，而没有复制的数据结构则通过指针的复制让子进程共享(arg)，具体要复制的资源，则可以通过 flags 进行指定，并返回子进程的 PID。

• 进程四大要素：
  1、一段需要执行的程序
  2、进程自己的专用堆栈空间
  3、进程控制块（PCB）
  4、进程专有的 Namespace
  前两点要素在 clone 中对应的参数很明显，分别为 fn 和 child_stack。而对于进程控制块来说，由内核控制我们不需要关心，因此，Namespace 就落在了 flags 的身上。我们要实现一个满足我们之前所定目标的 Docker 容器，需要的主要参数如下：

  Namespace 分类	系统调用参数	备注
  UTS	CLONE_NEWUTS	供了主机名相关的设置
  Mount	CLONE_NEWNS	提供了文件系统相关的挂载，用于复制和文件系统相关的资源
  PID	CLONE_NEWPID	提供了独立的进程空间支持
  Network	CLONE_NEWNET	提供了网络相关支持

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三、其他函数

• execv()

  int execv(const char *path, char *const argv[]);
  

  execv 可以通过传入一个 path 来执行 path 中的执行文件，这个系统调用可以让我们的子进程执行 /bin/bash 从而让整个容器保持运行。

• sethostname

  int sethostname(const char *name, size_t len);
  

  从名字不难看出，这个系统调用能够设置我们的主机名，值得一提的是，由于 C 风格的字符串使用的是指针，不指定长度是无法直接从内部得知字符串长度的，这里 len 起到了获得字符串长度的作用。

• chdir

  int chdir(const char *path);
  

  我们知道，任何一个程序，都会在某个特定的目录下运行。当我们需要访问资源时，就可以通过相对路径而不是绝对路径来访问相关资源。而 chdir 恰好提供给了我们一个便利之处，那就是可以改变我们程序的运行目录，从而达到某些不可描述的目的。

• chroot

  int chroot(const char *path);
  

  这个系统调用能够用于设置根目录

• mount

  int mount(const char *source, const char *target,
                   const char *filesystemtype, unsigned long mountflags,
                   const void *data);
  

  这个系统调用用于挂载文件系统，和 mount 这个命令能够达到相同的目的。

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下期预告：使用namespace进行资源隔离