Mnt_namespace分析

1      简介

1.1      背景

Linux容器场景下实现对进程和其相关的资源的隔离，这些资源同样也包括了进程的文件系统环境。这就要求容器中有一个独立的文件环境，而容器中的进程共享这个文件系统环境，即容器自己的根文件系统环境。

所以内核引入了mnt命名空间的概念，来实现文件系统环境的隔离。

1.2      概述

内核中通过mnt_namespace实现对根文件系统的环境的隔离，不同的mnt_namespace对应不同的根文件系统，组织不同的文件系统挂载树，形成不同的文件系统目录结构。

创建一个新的进程时，会拷贝父进程的命名空间，如果指定一个clone_flag（CLONE_NEWNS）则会创建一个新的命名空间。

对命名空间的修改，属于同一个mnt命名空间的进程可见，其他命名空间的进程不可见。

2      实现机制

2.1      几个相关的技术点

2.1.1      文件系统挂载树

Linux中使用树来组织文件系统，整个文件系统构成一棵树。整个全局系统中只有这样一棵文件树（在没有容器的情况下），这棵树描述文件系统的拓扑结构。

既然是树，所以根就是其赖以生存的基础，这棵树以“/”为根。由于linux的树形文件系统是完全抽象的，因此它不和任何介质进行绑定，仅存在于内核当中，内核只要起来，这个虚拟的树就存在了，只是此时只有树根，然而linux此时却可以挂载任意类型的文件系统到这个树根，这样就可以实现很方便的定制，linux可以在initrd中挂载任意文件系统到树根，这是因为内核和文件系统是分离的概念，内核启动并不依赖任何文件系统。

这棵挂载树的建立包括建立根节点“/”和挂载rootfs文件系统到根目录的过程。

这一部分的操作是在kernel的初始化中完成的，构造根目录的代码是在init_mount_tree()函数(fs/namespace.c)中。

init_mount_tree函数会调用get_fs_type获取文件系统类型，即“rootfs”，这看起来似乎有点奇怪，因为根据前面的说法，似乎是应该先有挂载目录，然后再在其上挂载相应的文件系统，然而此时 VFS 似乎并没有建立其根目录。没关系，这是因为这里调用的是vfs_kern_mount()，这个函数内部自然会创建我们最关心也是最关键的根目录（在 Linux中，目录对应的数据结构是structdentry）。

vfs_kern_mount()主要做的工作是：

1、 调用alloc_vfsmnt()函数在内存里申请了一块该类型的内存空间(struct mount*mnt)，并初始化其部分成员变量；

2、 接着会通过rootfs注册的挂载函数rootfs_mount完成rootfs的挂载；

3、 通过rootfs文件系统中挂载的的fill_super函数指针调用ramfs_fill_super()函数；

4、 ramfs_fill_super()函数调用ramfs_get_inode()在内存中分配了一个inode结构(struct *inode)inode，并初始化其部分成员变量，其中比较重要的有i_op、i_fop 和i_sb；

5、 ramfs_fill_super()函数在分配和初始化了inode结构之后，会调用d_make_root()函数来为VFS的目录树建立起关键的根目录“/”的(struct *dentry)dentry，并将 dentry中的d_sb指针指向sb，d_inode指针指向inode；

6、 完成以上的创建后，vfs_kern_mount会用创建根目录的dentry信息来对mount进行初始化。