【云原生 • Docker】Docker核心UTS Namespace原理实践

【云原生 • Docker】Docker核心UTS Namespace原理实践

Docker三大支柱核心技术：Namespace、Cgroups和UnionFS，这节通过一个UTS Namespace简单实践小案例，更加直观理解Namespace资源隔离技术。

UTS Namespace 主要是用来隔离主机名和域名的隔离，它允许每个 UTS Namespace 拥有一个独立的主机名。例如我们的主机名称为 VM-4-14-centos，使用 UTS Namespace 可以实现在容器内的主机名称为 container-docker 或者其他任意自定义主机名。

UTS Namespace案例实践

在进行UTS Namespace案例实践之前，我们先来了解个关键指令：unshare，运行一些与父级不共享某些名称空间的程序。

root@node3:~# unshare --help
Usage:
 unshare [options] <program> [<argument>...]

Run a program with some namespaces unshared from the parent.

Options:
-h，--help
显示帮助文本并退出。
-i，-- ipc 取消共享IPC名称空间。
-m，-- mount 取消共享安装名称空间。
-n，-- net 取消共享网络名称空间。
-p，-- pid 取消共享pid名称空间。另请参见--fork和--mount-proc选项。
-u，-- uts 取消共享UTS名称空间。
-U，--user 取消共享用户名称空间。
-f，-将指定程序fork为取消共享的子进程，而不是直接运行它。这在创建新的pid命名空间时很有用。
--mount-proc [=mountpoint]在运行程序之前，将proc文件系统挂载到mountpoint （默认为/ proc）。这在创建新的pid名称空间时很有用。这也意味着创建一个新的挂载名称空间，因为/ proc挂载否则会破坏系统上的现有程序。新的proc文件系统显式安装为私有文件（由MS_PRIVATE | MS_REC）。
-r，-- map-root-user 仅在当前有效的用户和组ID已映射到新创建的用户名称空间中的超级用户UID和GID之后，才运行该程序。这样即使在没有特权的情况下运行，也可以方便地获得管理新创建的名称空间各个方面所需的功能（例如，在网络名称空间中配置接口或在安装名称空间中安装文件系统）。仅作为一项便利功能，它不支持更复杂的用例，例如映射多个范围的UID和GID。

我们通过一个实例来验证下 UTS Namespace 的作用。

1、首先我们使用 unshare 命令来创建一个 UTS Namespace

# unshare --uts --fork /bin/bash

创建好 UTS Namespace 后，宿主机shell下lsns列出namespace信息，会发现最后一条就是我们使用unshare创建了一个uts类型的namespace：

2、回到上步uts命名空间shell下，使用 hostname 命令设置一下主机名：

[root@VM-4-14-centos ~]# hostname
VM-4-14-centos
[root@VM-4-14-centos ~]# hostname -b container-docker
[root@VM-4-14-centos ~]# hostname
container-docker

通过上面命令的输出，我们可以看到当前 UTS Namespace 内的主机名已经被修改为 container-docker。

3、回到宿主机shell下，查看一下主机的 hostname：

[root@VM-4-14-centos ~]# hostname
VM-4-14-centos

可以看到主机的名称仍然为 VM-4-14-centos，并没有被修改，这就是使用UTS Namespace技术实现主机名隔离功能。

Docker原理验证

1、使用docker run创建并运行一个Docker容器：

[root@VM-4-14-centos ~]# docker run -d --name test-nginx --hostname docker-nginx nginx
0fd5ec42923553ec2600c51ef4f119e4025ebf5adf13561b0e847cd816f332b7
[root@VM-4-14-centos ~]# docker exec -it 0fd sh
# hostname
docker-nginx

–hostname指定docker容器的hostname，上面指定–hostname docker-nginx，通过docker exec指令进入到docker容器中，使用hostname查看Docker容器的hostname已被正确修改。

2、查看刚创建的Docker容器对应的宿主机PID信息：

[root@VM-4-14-centos ~]# docker inspect -f {{.State.Pid}} test-nginx
29424

或者通过lsns指令也可以查看到我们刚才创建的Docker容器Namespace信息：

3、在宿主机shell下使用nsenter指令可以进入到Docker容器相同的Namespace下：

[root@VM-4-14-centos ~]# nsenter -t 29424 -u -n

说明：

1. -t：指定被进入命名空间的目标进程的pid，即指定Docker容器在宿主机上对应pid；
2. -u：进入uts命令空间；
3. -n：进入net命令空间。

nsenter：一个可以在指定进程的命令空间下运行指定程序的命令。

有很多image内部是没有bash的，所以我们docker exec是无法进入容器的，此时如果还想看一下容器内的情况，其实只需要想办法加入到容器对应的namespace就可以了。我们使用nsenter工具即可实现，该工具启动后会将自己加入到指定的namespace中，然后exec执行我们指定的程序（通常就是bash）。

这个命令大家在容器网络调试下可能常用，比如在一些没有网络调试工具(ip address，ping，telnet，ss，tcpdump)的容器内利用宿主机上的命令进行容器内网络连通性的调试等等。

4、使用hostname和ip addr验证，和Docker容器在相同的UTS Namespace和Network Namespace下：

[root@docker-nginx ~]# hostname
docker-nginx
[root@docker-nginx ~]# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
40: eth0@if41: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default 
    link/ether 02:42:ac:11:00:07 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff link-netnsid 0
    inet 172.17.0.7/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever