5.1 linux namespace 和cgroup lxc

  1. Namespace:隔离技术的第一层,确保 Docker 容器内的进程看不到也影响不到 Docker 外部的进程。
  2. Control Groups:LXC 技术的关键组件,用于进行运行时的资源限制。
  3. UnionFS(文件系统):容器的构件块,创建抽象层,从而实现 Docker 的轻量级和运行快速的特性

1 libcontainer

Docker 从 0.9 版本开始使用 libcontainer 替代 lxc,libcontainer 和 Linux 系统的交互图如下:

非常详细的 Docker 学习笔记

  • 2 命名空间「Namespaces」

pid namespace

不同用户的进程就是通过 pid namespace 隔离开的,且不同 namespace 中可以有相同 PID。具有以下特征:

  • 每个 namespace 中的 pid 是有自己的 pid=1 的进程(类似 /sbin/init 进程)
  • 每个 namespace 中的进程只能影响自己的同一个 namespace 或子 namespace 中的进程
  • 因为 /proc 包含正在运行的进程,因此在 container 中的 pseudo-filesystem 的 /proc 目录只能看到自己 namespace 中的进程
  • 因为 namespace 允许嵌套,父 namespace 可以影响子 namespace 的进程,所以子 namespace 的进程可以在父 namespace 中看到,但是具有不同的 pid

mnt namespace

类似 chroot,将一个进程放到一个特定的目录执行。mnt namespace 允许不同 namespace 的进程看到的文件结构不同,这样每个 namespace 中的进程所看到的文件目录就被隔离开了。同 chroot 不同,每个 namespace 中的 container 在 /proc/mounts 的信息只包含所在 namespace 的 mount point。

net namespace

网络隔离是通过 net namespace 实现的, 每个 net namespace 有独立的 network devices, IP addresses, IP routing tables, /proc/net 目录。这样每个 container 的网络就能隔离开来。 docker 默认采用 veth 的方式将 container 中的虚拟网卡同 host 上的一个 docker bridge 连接在一起。

uts namespace

UTS ("UNIX Time-sharing System") namespace 允许每个 container 拥有独立的 hostname 和 domain name, 使其在网络上可以被视作一个独立的节点而非 Host 上的一个进程。

ipc namespace

container 中进程交互还是采用 Linux 常见的进程间交互方法 (interprocess communication - IPC), 包括常见的信号量、消息队列和共享内存。然而同 VM 不同,container 的进程间交互实际上还是 host 上具有相同 pid namespace 中的进程间交互,因此需要在IPC资源申请时加入 namespace 信息 - 每个 IPC 资源有一个唯一的 32bit ID。

user namespace

每个 container 可以有不同的 user 和 group id, 也就是说可以以 container 内部的用户在 container 内部执行程序而非 Host 上的用户。

有了以上 6 种 namespace 从进程、网络、IPC、文件系统、UTS 和用户角度的隔离,一个 container 就可以对外展现出一个独立计算机的能力,并且不同 container 从 OS 层面实现了隔离。 然而不同 namespace 之间资源还是相互竞争的,仍然需要类似 ulimit 来管理每个 container 所能使用的资源 - cgroup。

3 资源配额「cgroups」

cgroups 实现了对资源的配额和度量。 cgroups 的使用非常简单,提供类似文件的接口,在 /cgroup 目录下新建一个文件夹即可新建一个 group,在此文件夹中新建 task 文件,并将 pid 写入该文件,即可实现对该进程的资源控制。具体的资源配置选项可以在该文件夹中新建子 subsystem ,{子系统前缀}.{资源项} 是典型的配置方法, 如 memory.usageinbytes 就定义了该 group 在 subsystem memory 中的一个内存限制选项。 另外,cgroups 中的 subsystem 可以随意组合,一个 subsystem 可以在不同的 group 中,也可以一个 group 包含多个 subsystem - 也就是说一个 subsystem。

  • memory
    • 内存相关的限制
  • cpu
    • 在 cgroup 中,并不能像硬件虚拟化方案一样能够定义 CPU 能力,但是能够定义 CPU 轮转的优先级,因此具有较高 CPU 优先级的进程会更可能得到 CPU 运算。 通过将参数写入 cpu.shares ,即可定义改 cgroup 的 CPU 优先级 - 这里是一个相对权重,而非绝对值
  • blkio
    • block IO 相关的统计和限制,byte/operation 统计和限制 (IOPS 等),读写速度限制等,但是这里主要统计的都是同步 IO
  • devices
    • 设备权限限制

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