Docker隔离机制
docker隔离机制
- 在容器进程启动之前重新挂载它的整个根目录“/”，用来为容器提供隔离后的执行环境文件系统（rootfs）。
- 通过Linux Namespace 创建隔离，决定进程能够看到和使用哪些东西。
- 通过control groups 技术来约束进程对资源的使用
rootfs
rootfs 是Docker 容器在启动时内部进程可见的文件系统，即Docker容器的根目录。rootfs通常包含一个操作系统运行所需的文件系统，例如可能包含经典的类Unix操作系统中的目录系统，如/dev、/proc、/bin、/etc、/lib、/usr、/tmp及运行Docker容器所需的配置文件、工具等。
在传统的linux操作系统内核启动时，首先挂载一个只读（read-only）的rootfs，当系统检测器完整性之后，再将其切换为读写（read-write）模式。而在Docker架构中，当Docker daemon 为Docker容器挂载rootfs时，沿用的Linux内核启动时的方法，即将rootfs设为只读模式。在挂载完毕之后，利用联合挂载（union mount）技术在已有的只读rootfs上再挂载一个读写层。这样，可读写层处于Docker容器文件系统的最顶层，其下可能联合挂载了多个只读层，只有在Docker容器运行过程中文件系统发生变化时，才会把变化的文件内容写到可读写层，并且隐藏只读层中的老版本文件。
rootfs只是一个操作系统所包含的文件、配置和目录，并不包括操作系统内核。在Linux操作系统中，这两部分是分开存放的，操作系统只有在开机启动时才会加载指定版本的内核镜像。正是由于rootfs的存在，容器才有了一个被反复宣传至今的重要特性：一致性。由于rootfs里打包的不只是应用，而是整个操作系统的文件和目录，也就意味着，应用以及它运行所需要的所有依赖，都被封装在了一起。
有了容器镜像“打包操作系统”的能力，这个最基础的依赖环境也终于变成了应用沙盒的一部分。这就赋予了容器所谓的一致性：无论在本地、云端，还是在一台任何地方的机器上，用户只需要解压打包好的容器镜像，那么这个应用运行所需要的完整的执行环境就被重现出来了
Linux Namespace
namespace 是什么
- namespace 是 Linux 内核用来隔离内核资源的方式。通过 namespace 可以让一些进程只能看到与自己相关的一部分资源，而另外一些进程也只能看到与它们自己相关的资源，这两拨进程根本就感觉不到对方的存在。具体的实现方式是把一个或多个进程的相关资源指定在同一个 namespace中。
- Linux namespaces 是对全局系统资源的一种封装隔离，使得处于不同 namespace 的进程拥有独立的全局系统资源，改变一个 namespace 中的系统资源只会影响当前 namespace 里的进程，对其他 namespace 中的进程没有影响。
namespace 解决了什么问题
Linux 内核实现 namespace 的一个主要目的就是实现轻量级虚拟化(容器)服务。在同一个namespace 下的进程可以感知彼此的变化，而对外界的进程一无所知。这样就可以让容器中的进程产生错觉，认为自己置身于一个独立的系统中，从而达到隔离的目的。也就是说 linux 内核提供的 namespace 技术为 docker 等容器技术的出现和发展提供了基础条件。
namespace有哪些
- Mount Namespace隔离了一组进程所看到的文件系统挂载点的集合，因此，在不同MountNamespace的进程看到的文件系统层次结构也不同
- UTS Namespace隔离了uname()系统调用返回的两个系统标示符nodename和domainname，在容器的上下文中，UTS Namespace允许每个容器拥有自己的hostname和NIS domain name，这对于初始化和配置脚本是很有用的，这些脚本根据这些名称来定制它们的操作
- IPC Namespace隔离了某些IPC资源（interprocess community，进程间通信）使划分到不同IPC Namespace的进程组通信上隔离，无法通过消息队列、共享内存、信号量方式通信
- PID Namespace隔离了进程ID号空间，不同的PID Namespace中的进程可以拥有相同的PID。PID Namespace的好处之一是，容器可以在主机之间迁移，同时容器内的进程保持相同的进程ID。PID命名空间还允许每个容器拥有自己的init（PID 1），它是 "所有进程的祖先"，负责管理各种系统初始化任务，并在子进程终止时收割孤儿进程
- Network Namespace提供了网络相关系统资源的隔离，因此，每个Network Namespace都有自己的网络设备、IP地址、IP路由表、/proc/net目录、端口号等。
- User Namespace隔离了用户和组ID号空间，一个进程的用户和组ID在用户命名空间内外可以是不同的，一个进程可以在用户命名空间外拥有一个正常的无权限用户ID，同时在命名空间内拥有一个（root权限）的用户ID
ls /proc/{PD}/ns
$ docker run -it busybox /bin/sh
/ #
Cgroup
什么是Cgroup
- cgroup全称是control groups
- control groups：控制组，被整合在了linux内核当中，把进程（tasks）放到组里面，对组设置权限，对进程进行控制。可以理解为用户和组的概念，用户会继承它所在组的权限。
- cgroups是linux内核中的机制，这种机制可以根据特定的行为把一系列的任务，子任务整合或者分离，按照资源划分的等级的不同，从而实现资源统一控制的框架，cgroup可以控制、限制、隔离进程所需要的物理资源，包括cpu、内存、IO，为容器虚拟化提供了最基本的保证，是构建docker一系列虚拟化的管理工具
Cgroup 解决了什么问题
- 资源控制：cgroup通过进程组对资源总额进行限制。如：程序使用内存时，要为程序设定可以使用主机的多少内存，也叫作限额
- 优先级分配：使用硬件的权重值。当两个程序都需要进程读取cpu，哪个先哪个后，通过优先级来进行控制
- 资源统计：可以统计硬件资源的用量，如：cpu、内存…使用了多长时间
- 进程控制：可以对进程组实现挂起/恢复的操作
cgroup子系统有哪些
- cpu子系统：该子系统为每个进程组设置一个使用CPU的权重值，以此来管理进程对cpu的访问。
- cpuset子系统：对于多核cpu，该子系统可以设置进程组只能在指定的核上运行，并且还可以设置进程组在指定的内存节点上申请内存。
- cpuacct子系统：该子系统只用于生成当前进程组内的进程对cpu的使用报告
- memory子系统：该子系统提供了以页面为单位对内存的访问，比如对进程组设置内存使用上限等，同时可以生成内存资源报告
- blkio子系统：该子系统用于限制每个块设备的输入输出。首先，与CPU子系统类似，该系统通过为每个进程组设置权重来控制块设备对其的I/O时间；其次，该子系统也可以限制进程组的I/O带宽以及IOPS
- devices子系统：通过该子系统可以限制进程组对设备的访问，即该允许或禁止进程组对某设备的访问
- freezer子系统：该子系统可以使得进程组中的所有进程挂起
- net-cls子系统：该子系统提供对网络带宽的访问限制，比如对发送带宽和接收带宽进程限制
mount -t cgroup
运行一个docker容器，查看容器的cgroup 和 linux namespace
docker pull nginx
docker run -p 80:80 -d nginx
cd /sys/fs/cgroup //查看cgroup 子系统变化 并找到其对应的PID
cd /proc/{PID}/ns //查看命名空间
