Docker 基础技术之 Linux namespace 详解
NameSpace 命名空间/名称空间
- Linux Namespace:是Linux提供的一种内核级别环境隔离的方法。
- Linux Namespaces 机制提供了一种资源隔离方案。PID,IPC,Network等系统资源不再是全局性的,而是属于特定的Namespace。
- 每个Namespace里面的资源对其他Namespace都是透明的。要创建新的Namespace,只需要在调用clone时指定相应的flag。LinuxNamespaces机制为实现基于容器的虚拟化技术提供了很好的基础。
Docker 和虚拟机技术一样,从操作系统级上实现了资源的隔离,它本质上是宿主机上的进程(容器进程),所以资源隔离主要就是指进程资源的隔离。实现资源隔离的核心技术就是 Linux namespace。这技术和很多语言的命名空间的设计思想是一致的(如 C++ 的 namespace)。
隔离意味着可以抽象出多个轻量级的内核(容器进程),这些进程可以充分利用宿主机的资源,宿主机有的资源容器进程都可以享有,但彼此之间是隔离的,同样,不同容器进程之间使用资源也是隔离的,这样,彼此之间进行相同的操作,都不会互相干扰,安全性得到保障。
为了支持这些特性,Linux namespace 实现了 6 项资源隔离,基本上涵盖了一个小型操作系统的运行要素,包括主机名、用户权限、文件系统、网络、进程号、进程间通信。
这 6 项资源隔离分别对应 6 种系统调用,通过传入上表中的参数,调用 clone() 函数来完成。
int clone(int (*child_func)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg);
clone() 函数相信大家都不陌生了,它是 fork() 函数更通用的实现方式,通过调用 clone(),并传入需要隔离资源对应的参数,就可以建立一个容器了(隔离什么我们自己控制)。
一个容器进程也可以再 clone() 出一个容器进程,这是容器的嵌套。
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Mount Namespace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。这样每个容器就拥有独立的主机名和域名了,在网络上就可以被视为一个独立的节点,在容器中对 hostname 的命名不会对宿主机造成任何影响。
IPC Namespace
IPC namespace 实现了进程间通信的隔离(interprocess community,进程间通信),即System V IPC和POSIX消息队列,这些IPC机制的共同特点是,IPC对象由文件系统路径名以外的机制来识别。每个IPC命名空间都有自己的一套System V IPC标识符和自己的POSIX消息队列文件系统。包括常见的几种进程间通信机制,如信号量,消息队列和共享内存。我们知道,要完成 IPC,需要申请一个全局唯一的标识符,即 IPC 标识符,所以 IPC 资源隔离主要完成的就是隔离 IPC 标识符。
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。
从特定的PID Namespace实例来看,一个进程有两个PID:Namespace内的PID和主机系统上命名空间外的PID。PID命名空间可以嵌套:一个进程从它所在的PID Namespace一直到根PID Namespace,每一层的层次结构都有一个PID,一个进程只能看到他自己PID Namespace和嵌套在该PID Namespace下面的Namespace中包含的进程。
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。
网络命名空间使得容器从网络的角度来看是很有用的:每个容器可以有自己的(虚拟)网络设备和自己的应用程序,并与每个命名空间的端口号空间绑定;主机系统中合适的路由规则可以将网络数据包引导到与特定容器相关联的网络设备。因此,例如,可以在同一个主机系统上拥有多个容器化的网络服务器,每个服务器都绑定到其(每个容器)网络命名空间的80端口。
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。
作者:闫世成
出处:http://cnblogs.com/yanshicheng