第2章：容器核心原理：深入理解Namespace、Cgroup与联合文件系统

第2章：容器核心原理：深入理解Namespace、Cgroup与联合文件系统

作者：DogDog_Shuai
阅读时间：约20分钟
难度：中级

目录

• 1. 引言
• 2. Linux容器核心技术
• 3. Namespace详解
• 4. Cgroup详解
• 5. 联合文件系统
• 6. 容器运行时原理
• 7. 总结

1. 引言

要深入理解容器技术，就必须掌握其底层实现原理。本章将详细介绍Linux容器技术的三大核心组件：Namespace、Cgroup和联合文件系统，帮助读者建立对容器技术的深入理解。

2. Linux容器核心技术

2.1 容器技术本质

容器技术的本质是一种特殊的进程隔离机制，它通过以下三个核心特性实现：

• 隔离性：通过Namespace实现
• 限制性：通过Cgroup实现
• 可移植性：通过联合文件系统实现

2.2 核心组件关系

3. Namespace详解

3.1 Namespace类型

Linux提供了多种Namespace类型：

# 查看当前进程的Namespace
ls -l /proc/$$/ns/

• PID Namespace：进程隔离
• NET Namespace：网络隔离
• IPC Namespace：进程间通信隔离
• UTS Namespace：主机名隔离
• MNT Namespace：挂载点隔离
• USER Namespace：用户隔离

3.2 Namespace示例

// 创建新的PID Namespace示例代码
#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int child_main(void* arg) {
    printf("在子进程中的PID: %d\n", getpid());
    execv("/bin/bash", NULL);
    return 0;
}

int main() {
    printf("在父进程中的PID: %d\n", getpid());
    void* child_stack = malloc(1024 * 1024);
    clone(child_main, child_stack + 1024 * 1024, CLONE_NEWPID | SIGCHLD, NULL);
    wait(NULL);
    return 0;
}

4. Cgroup详解

4.1 Cgroup子系统

Cgroup提供了多种资源控制子系统：

• CPU子系统：控制CPU使用率
• Memory子系统：控制内存使用
• Blkio子系统：控制块设备IO
• Devices子系统：控制设备访问
• Freezer子系统：控制进程冻结

4.2 Cgroup使用示例

# 创建Cgroup
mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/myapp
echo 100000 > /sys/fs/cgroup/cpu/myapp/cpu.cfs_quota_us
echo 100000 > /sys/fs/cgroup/cpu/myapp/cpu.cfs_period_us

# 将进程加入Cgroup
echo $$ > /sys/fs/cgroup/cpu/myapp/tasks

5. 联合文件系统

5.1 联合文件系统原理

联合文件系统（UnionFS）通过以下特性实现容器的文件系统：

• 分层存储
• 写时复制
• 镜像复用

5.2 常见联合文件系统

• OverlayFS
• AUFS
• Btrfs
• ZFS

5.3 OverlayFS示例

# 创建OverlayFS挂载点
mkdir -p /mnt/overlay
mount -t overlay overlay -o lowerdir=/lower,upperdir=/upper,workdir=/work /mnt/overlay

6. 容器运行时原理

6.1 容器运行时组件

6.2 容器生命周期

1. 创建容器
2. 启动容器
3. 运行容器
4. 停止容器
5. 删除容器

7. 总结

通过深入理解Namespace、Cgroup和联合文件系统这三大核心技术，我们可以更好地理解容器技术的本质，为后续学习Docker和Kubernetes打下坚实基础。

参考资料

1. Linux内核文档
2. Docker官方文档
3. 《深入理解Linux内核》
4. 《容器技术原理与实践》