自己动手写Docker系列 -- 5.1实现容器的后台运行

简介

在前几篇中，我们已经构建了一个基础的镜像，本篇开始做一些进阶的功能，下面就是实现docker中的-d命令，让容器能够后台运行

源码说明

同时放到了Gitee和Github上，都可进行获取

• Gitee: https://gitee.com/free-love/docker-demo
• GitHub: https://github.com/lw1243925457/dockerDemo

本章节对应的版本标签是：5.1，防止后面代码过多，不好查看，可切换到标签版本进行查看

代码实现

在Docker早期版本，所有的容器init进程都是从dockerdaemon这个进程fork出来的。

这也就会导致一个众所周知的问题，如果dockerdaemon挂掉，那么所有的容器都会宕掉，这给升级docker daemon带来很大的风险。

后来，Docker使用了containerd，也就是现在的runC，便可以实现即使daemon挂掉，容器依然健在的功能了

我们并不想去实现一个daemon，因为这和容器的关联不是特别大，而且，查看Docker的运行引擎runC可以发现，runC也提供一种detach功能，可以保证在runC退出的情况下容器依然可以运行。

因此，我们将会使用detach功能去实现创建完成容器后，mydocker就会退出，但是容器依然继续运行的功能。

容器，在操作系统看来，其实就是一个进程。当前运行命令的mydocker 是主进程，容器是被当前mydocker进程fork出来的子进程。

子进程的结束和父进程的运行是一个异步的过程，即父进程永远不知道子进程到底什么时候结束。

如果创建子进程的父进程退出，那么这个子进程就成了没人管的孩子，俗称孤儿进程。

为了避免孤儿进程退出时无法释放所占用的资源而僵死，进程号为1的进程init就会接受这些孤儿进程。

这就是父进程退出而容器进程依然运行的原理。

虽然容器刚开始是由当前运行的mydocker进程创建的，但是当mydocker进程退出后，容器进程就会被进程号为1的init进程接管，这时容器进程还是运行着的，这样就实现了mydocker退出、容器不宕掉的功能。

原理大致就如上，对应的实现代码如下：

1.首先增加-d的命令选项，并传入run中

var RunCommand = cli.Command{
	Name:  "run",
	Usage: `Create a container with namespace and cgroups limit mydocker run -ti [command]`,
	Flags: []cli.Flag{
		......
		// 添加-d标签
		cli.BoolFlag{
			Name:  "d",
			Usage: "detach container",
		},
	},
	Action: func(context *cli.Context) error {
		if len(context.Args()) < 1 {
			return fmt.Errorf("missing container command")
		}
		var cmdArray []string
		for _, arg := range context.Args() {
			cmdArray = append(cmdArray, arg)
		}
		tty := context.Bool("ti")
		detach := context.Bool("d")
		resConfig := &subsystem.ResourceConfig{
			MemoryLimit: context.String("mem"),
			CpuShare:    context.String("cpuShare"),
			CpuSet:      context.String("cpuSet"),
		}
		volume := context.String("v")
		run.Run(tty, detach, cmdArray, resConfig, volume)
		return nil
	},
}

2.在run中，如果detach不为true则一直等待父进程退出，不反之，则父进程退出，docker进行成为孤儿进程，让init进程进行接管

func Run(tty, detach bool, cmdArray []string, config *subsystem.ResourceConfig, volume string) {
	.....

	log.Infof("parent process run")
	// 和书中稍微有点不一样，我们这里直接判断detach即可
	// 在我们使用docker的时候，-dit是可以共存的，所以我们优先判断detach
	if !detach {
		_ = parent.Wait()
		deleteWorkSpace(rootUrl, mntUrl, volume)
	}
	os.Exit(-1)
}

3.对文件空间初始化的改造

在完成上面的代码后，是可以运行了，但如果我们强杀进程后，其挂载点和可写层并没有进行清理

查看了书中提供的整个源码，应该是后面的rm命令实现的

而我们在实际使用docker的过程中，好像不删除容器，直接使用容器ID重启后，上次的文件是有进行保存的，还存在

所有我们对原来的文件空间初始化进行改造，让我们强杀容器进程后，能够再次启动进程，而不是报文件夹已存在的错误

如下所示，当挂载点和读写层不存在时，我们才进行创建

func createWriteLayer(rootUrl string) error {
	writeUrl := rootUrl + "writeLayer/"
	exist, err := pathExist(writeUrl)
	if err != nil && !os.IsNotExist(err) {
		return err
	}
	if !exist {
		if err := os.Mkdir(writeUrl, 0777); err != nil {
			return fmt.Errorf("create write layer failed: %v", err)
		}
	}
	return nil
}

func createMountPoint(rootUrl string, mntUrl string) error {
	// 创建mnt文件夹作为挂载点
	exist, err := pathExist(mntUrl)
	if err != nil && !os.IsNotExist(err) {
		return err
	}
	if !exist {
		if err := os.Mkdir(mntUrl, 0777); err != nil {
			return fmt.Errorf("mkdir faild: %v", err)
		}
	}
	// 把writeLayer和busybox目录mount到mnt目录下
	dirs := "dirs=" + rootUrl + "writeLayer:" + rootUrl + "busybox"
	cmd := exec.Command("mount", "-t", "aufs", "-o", dirs, "none", mntUrl)
	cmd.Stdout = os.Stdout
	cmd.Stderr = os.Stderr
	if err := cmd.Run(); err != nil {
		return fmt.Errorf("mmt dir err: %v", err)
	}
	return nil
}

运行测试

我们如书中的例子，运行一个top命令来进行测试

➜  dockerDemo git:(main) ✗ go build mydocker/main.go
➜  dockerDemo git:(main) ✗ ./main run -d top
{"level":"info","msg":"memory cgroup path: /sys/fs/cgroup/memory/mydocker-cgroup","time":"2022-03-21T05:58:44+08:00"}
{"level":"info","msg":"memory cgroup path: /sys/fs/cgroup/memory/mydocker-cgroup","time":"2022-03-21T05:58:44+08:00"}
{"level":"info","msg":"all command is : top","time":"2022-03-21T05:58:44+08:00"}
{"level":"info","msg":"parent process run","time":"2022-03-21T05:58:44+08:00"}
➜  dockerDemo git:(main) ✗ ps -ef |grep top
root       69016       1  0 05:58 pts/0    00:00:00 top
root       69044    5508  0 05:58 pts/0    00:00:00 grep --color=auto --exclude-dir=.bzr --exclude-dir=CVS --exclude-dir=.git --exclude-dir=.hg --exclude-dir=.svn --exclude-dir=.idea --exclude-dir=.tox top
➜  dockerDemo git:(main) ✗

可以看到启动起来后就退出了，没有进入交互命令，查看top进程时，其父进程id是1