深入理解Docker核心原理：Namespace、Cgroups和Rootfs
深入理解Docker的基础：namespaces、cgroups和rootfs本文将深入剖析Docker容器的核心实现原理，重点关注namespaces、cgroups和rootfs等三个关键功能。首先，考虑一下容器和进程之间的区别。
Linux容器如Docker和命名空间技术可用于分离进程视图，从而允许容器和主机进行多个级别的分离。
LinuxNamespace包括NetworkNamespace、PIDNamespace等。
通过这些Namespace，可以隔离各种资源，比如网络、进程等。
命名空间的最大问题是不完全隔离。
为了提高安全性，出现了Firecracker、GVisor、Kata等不共享内核的沙箱容器。
Docker通过命名空间强制隔离，保证了容器的独立性。
在资源限制方面，Docker应用了CGroups技术。
启动容器时，您可以指定CPU和内存等资源限制。
以CPU限制为例，在cgroup目录下创建一个控制组，并配置资源限制来限制进程。
例如，一个进程只能使用0.5个CPU核心。
Cgroups设计简单且易于使用。
它设置进程组的资源限制，包括CPU、内存、磁盘、网络带宽等。
在Linux中，Cgroup以文件系统的形式呈现，可以通过mount命令查看。
对于容器镜像来说，它有rootfs由一系列层组成，每个层包含操作系统文件、目录和配置，但不包含内核。
Rootfs对操作系统、应用程序和依赖项进行封装，以确保应用程序在不同环境下的一致运行。
容器启动时，在根目录下挂载rootfs。
镜像层概念简化了rootfs的复用，多个层通过联合文件系统合并挂载。
镜像中包含静态文件，容器内生成实时数据，实现容器rootfs的读写分离。
init层用于保存容器启动时需要初始化的配置信息，如/etc/hosts、/etc/resolv.conf等，包括这些动态数据，以在提交镜像时避免这样做。
简而言之，Docker容器的基础主要集中在命名空间、cgroup和rootfs的功能上。
通过这些机制，实现了容器、资源管理和镜像创建的独立性，推动了云原生技术的发展。
欢迎关注微信公众号，获取更多云原生技术和资讯。
从容器的发展历史理解容器的本质
从容器发展的历史了解容器的本质。在了解Kubernetes和容器的含义和作用之前，我们需要先从它的发展历史开始。
本文将描述从早期隔离文件到现代容器化技术的关键演变，以更好地理解容器的基本原理。
第一阶段：文件隔离——Chroot命令的诞生1979年，Unix引入了chroot命令，将进程的根目录锁定在特定位置，提供基本的文件系统隔离。
这种隔离方法对于提高系统安全性至关重要。
可以限制进程文件访问量，提高系统稳定性。
第二阶段：隔离访问——命名空间2002年，Linux命名空间特性的推出是容器技术发展的一个重要里程碑。
命名空间通过为不同进程提供独立视图来提供进程之间的隔离，包括文件系统、PID、UID和网络接口等关键资源。
这种隔离方法提高了安全性，并允许多个应用程序在同一台物理服务器上并行运行，而不会互相干扰。
第三步：隔离资源——cgroups控制组功能2006年，Google工程师PaulMenage和RohitSeth提出了cgroups功能。
它通过对进程进行分组并限制CPU时间、内存、网络带宽和磁盘I/O等资源的使用来提供精细的控制和资源隔离。
cgroups是现代容器技术中的核心资源隔离。
第四阶段：封装系统——LXC虚拟化LXC是Linux发布的系统级虚拟化功能，允许您在单个主机上运行Linux系统的多个隔离实例。
每个实例都有独立的文件系统、网络配置和进程空间。
与传统虚拟机相比，LXC更轻、更高效。
第五阶段：封装应用——Docker容器Docker的容器化能力借鉴了LXC，并使用libcontainer开发Go语言减少对LXC的依赖。
Docker背后的理念是封装应用程序。
容器通常包含运行单个应用程序所需的最小环境，是轻量级的，并且可以快速更新。
相比LXC，Docker更加灵活高效。
第6阶段：封装集群-KubernetesKubernetes是一个容器编排平台，可虚拟化集群环境，以实现跨数据中心的绿色部署和自动扩展。
Kubernetes负责管理一组容器以确保应用程序正常运行，并执行部署、替换故障容器、服务发现、负载均衡和调整容器数量等任务。
第7阶段：容器服务的封装。
基于云服务的容器化。
随着云计算的日益普及和成熟，容器化技术已经进入云服务时代。
云服务商纷纷推出容器服务产品，如华为云的CCE。
企业和开发人员已转向云平台来部署和管理容器化应用程序，并享受云计算提供的灵活性、可扩展性和成本效益。
通过云服务，您可以快速构建支撑复杂大数据、人工智能等业务的基础能力。
总结容器化技术经历了丰富的演变，从早期的简单隔离到现代的云服务时代，每个阶段都促进了信息技术的进步。
随着技术的不断进步，容器化将继续推动软件行业的发展，催生更多创新应用。
浅谈Containerd、Docker和CRI-O三种容器运行时工作原理
运行时是指程序的生命周期阶段或使用特定语言执行程序的阶段。容器运行时做同样的事情——它是容纳运行和管理容器所需组件的软件。
这些工具使安全高效地运行容器变得更加容易，并且是容器管理的关键部分。
在容器化架构中，来自存储的容器镜像从存储加载容器镜像；监控内部系统资源；负责隔离容器使用的系统资源并管理容器生命周期。
容器运行时的常见示例是runC、容器和Docker。
容器运行时主要分为三种类型：低级运行时；高级运行时和沙盒或虚拟化运行时。
在容器技术中，容器运行时可以分为三类：低级运行时；高级运行时和沙盒或虚拟化运行时。
一般来说，不同类型的容器运行时有各自的优势；弱点和条件适用。
在选择容器运行时时，需要根据实际需求和约束进行权衡和选择。
低位容器运行时（LowlevelContainerRuntime）一般是指符合OCI规范的实现，可以接受可运行的文件系统（rootfs）和配置文件（config.json）并执行离散操作。
这类运行时只负责在相对隔离的资源空间中执行进程，不提供存储实现和网络实现。
然而，其他实现可以在系统中预定义相关资源，并在低级容器运行时通过config.json声明加载相关资源。
低级运行时是低级的；其特点是轻量、灵活，但其局限性也很明显：解决其中一项或多项限制的容器运行时称为高级容器运行时（HighlevelContainerRuntime）。
运行高级容器时首先要做的就是启用OCIimagespec和runtimespec；这实际上是对映像的rootfs和config.json的转换。
config.json的生成可以在运行时结合imageconfig和请求者的需求直接生成。
比较复杂的部分是绘制图像；图像存储；将图像转换为rootfs包括图像层压缩。
保存层文件系统解压（fslayer）并将fslayer合并到rootfs中。
从imageregistry拉取模块清单文件首先得到执行过程不仅必须兼容OCIimage规范，而且考虑到Docker生态系统，还必须兼容Dockerimage规范（幸运的是，两者之间的差异不是那么大）。
。
运行时实现首先从清单中获取层列表；首先检查对应的图层是否在本地，如果没有则下载对应的图层。
下载的layertar或tar.gz通常直接存储在磁盘上以实现更快的处理。
您需要创建一个索引，例如从引用（例如docker.io/library/redis ）到突出的存储库路径的映射；当然，层访问比图中更频繁，它还会指定相应存储路径的layersha256值。
所以，运行时通常围绕图像索引和图像层存储组织独立的模块，以为其他模块提供服务。
如果你想将imagelayer移动到rootfs，你需要将它们逐层合并到文件系统层（fslayer）中。
这首先需要fslayer能够多次复用存储磁盘，因此需要有一种方式从镜像映射到对应的fslayer。
只要fslayer之间有可能的子关系，就重复使用内部层文件以避免重复工作。
共享fslayers。
最后，高级运行时需要作为单独的进程管理器运行，而低级运行时（例如runC）可以同时被多个高级运行时使用。
同时，如果退出隔离过程。
想象一下如何以最快的方式重新启动操作。
高层运行时实现一般是ID，图像信息；低级运行时描述；OCIspec(jsonconfig);我们引入一个容器抽象（或containermeta），它存储workerlayerid和K-V结构的索引信息。
所以，只要创建了containermeta，流程操作；获取流程信息；所有与隔离进程相关的后续操作，例如进程附加、进程日志记录等，都可以通过containerID进行。
