5分钟快速了解Docker的底层原理

原创：小姐姐味道（微信公众号ID：xjjdog），欢迎分享，转载请保留出处。

一位同学曾给我打比方：宿主机就好比一间大房子， docker 把它成了 N 个小隔断。在这些小隔断之间，有独立的卫生间、小床、电视...

麻雀虽小，五脏俱全，这个比喻非常的贴切。Linux提供了非常全面的隔离机制，使得每个小隔间互不影响。即使隔壁小间满室春光，我的小房间一样的冷清，对我毫无影响。

Docker能实现这些功能，依赖于 chroot 、 namespace 、 cgroup 等三种 老技术 。我们本篇文章，就先聊一下 namespace 方面的东西。毕竟隔离是容器的第一要素。

Linux的内核，提供了多达8种类型的Namespace。在这些独立的Namespace中，资源互不影响，隔离措施做的非常好。

1. 8种类型

我们先来看一下，Linux都支持哪些Namespace。可以通过 unshare 命令来观察到这些细节。在终端执行 man unshare ，将会出现这些Namespace的介绍。

1. Mount（ mnt ） 隔离挂载点
2. Process ID ( pid ) 隔离进程 ID
3. Network ( net ) 隔离网络设备，端口号等
4. Interprocess Communication ( ipc ) 隔离 System V IPC 和 POSIX message queues
5. UTS Namespace( uts ) 隔离主机名和域名
6. User Namespace ( user ) 隔离用户和用户组

另外，Linux在4.6版本，5.6版本，分别加入了cgroups和Time两种隔离类型，加起来就有8种。

1. Control group (cgroup) Namespace 隔离 Cgroups 根目录 (4.6版本加入)

2. Time Namespace 隔离系统时间 (5.6版本加入)

2. 1个例子

通过 unshare 命令，可以快速建立一些隔离的例子，我们拿最简单直观的 pid namespace 来看一下它的效果。

众所周知，Linux进程号为 1 的，叫做 systemd 进程。但在Docker中，我们通过执行 ps 命令，却只能看到非常少的进程列表。

执行下面的命令，进入隔离环境，并将bash作为根进程：

unshare --pid --fork --mount-proc /bin/bash

效果如图所示。可以看到，我们的bash，已经成为了1号进程，而宿主机和其他隔离环境的进程信息，在这里是不可见的。

先在隔离环境中，执行 sleep 1000 。再开一个终端，在宿主机上执行 pstree ，我们将会看到这个隔离环境的进行信息。

接下来，在宿主机上，把sleep对应进程的命名空间信息，和宿主机的命名空间信息作一下对比。可以看到，它们的 pid namespace ，对应的数值是不同的。

下面给出其他namespace的实验性命令，你可以实际操作一下。

3. 试验一下

unshare --mount --fork /bin/bash

创建 mount namespace ，并在每个不同的环境中，使用不同的挂载目录。

unshare --uts --fork /bin/bash

uts可以用来隔离主机名称，允许每个namespace拥有一个独立的主机名，你可以通过 hostname 命令进行修改。

unshare --ipc --fork /bin/bash

IPC Namespace 主要是用来隔离进程间通信的。Linux的进程间通信，有管道、信号、报文、共享内存、信号量、套接口等方式。使用了IPC命名空间，意味着跨Namespace的这些通信方式将全部失效！不过，这也正是我们所希望的到的。

unshare --user -r /bin/bash

用户命名空间，就非常好理解了。我们可以在一个Namespace中建立xjjdog账号，也可以在另外一个Namespace中建立xjjdog账号，而且它们是相互不影响的。

unshare --net --fork /bin/bash

net namespace ，这个就非常有用了。它可以用来隔离网络设备、IP 地址和端口等信息。

End

可以看到，通过各种Namespace，Linux能够对各种资源进行精细化的隔离。Docker本身也是一个 新瓶装旧酒 的玩具。Docker的创新之处，在于它加入了一个中央仓库，并封装了很多易用的命令。

你可能会发现，到目前为止，我们并没有对Cpu和内存的资源使用进行隔离，也没有对应的Namespace来解决这些问题。

资源限制的功能，是使用 Cgroups 进行限额配置来完成的，和 Namespace 没什么关系。我们将在后面的文章，介绍Cgroups这项技术。

最后，附上Docker的一张生命周期图。来源(http://docker-saigon.github.io/post/Docker-Internals/ )。有需要的同学可以加我的好友获取。

Docker发展到现在，应用工具链已经非常成熟了，很多同学已经驾轻就熟，如果你对容器技术非常感兴趣，不如多看一下最底层的原理。这样，不管是谷歌推自己的容器，还是继续使用docker，都能快速把它掌握。

作者简介： 小姐姐味道 (xjjdog)，一个不允许程序员走弯路的公众号。聚焦基础架构和Linux。十年架构，日百亿流量，与你探讨高并发世界，给你不一样的味道。我的个人微信xjjdog0，欢迎添加好友，进一步交流。