系统管理员必读的容器入门指南

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“容器”无疑是近年IT业界的buzzword,不过,在不同语境下,它对不同的人有不同的含义。在本文中,我将从Linux容器、容器镜像、写时复制等方面来阐释容器的具体含义。

Linux容器

传统意义上的Linux容器实际上只是Linux系统上的普通进程。这些进程组使用资源约束(控制组,即[cgroups])、Linux安全约束(Unix权限、功能、SELinux、AppArmor、seccomp等)和命名空间(PID、网络、挂载等)与其他进程组隔离开来。

如果你启动一个Linux系统并且查看使用cat /proc/PID/cgroup的任意进程,你将看到在cgroup中的某一进程。如果你查看 /proc/PID/status,则会看到其功能。如果你查看/ proc / self / attr / current,你将会获取SELinux的标签们。如果你查看/proc/PID/ns,你会在其中看到一系列命名空间的进程。

所以,如果你将容器定义为具有资源限制、Linux安全约束以及命名空间的进程,那么根据这一定义,Linux系统上的每个进程都运行在容器中。这就是为什么有人说“Linux即容器,容器即Linux”。而容器运行时则是修改这些资源限制、安全约束以及命名空间,并且可以启动容器的程序。

容器镜像

Docker引入了容器镜像的概念,这是一个标准的TAR文件,它包含了:

  • Rootfs (容器根文件系统):在操作系统上带有根目录(/)标识的目录,例如:/usr 、/var 、 /home 等等。
  • JSON文件(容器配置):JSON文件会来规定如何运行rootfs,例如:当容器启动时应该在rootfs中运行什么指令或entrypoint,应该为容器设置什么样的环境变量,容器的工作目录是什么等等。

Docker基础镜像由根文件系统和JSON文件组成,可以通过在基础镜像的根文件系统中安装所需的内容,以更新JSON文件,并且新建一个镜像层,通过这种方式可以制作一个新的镜像。

容器镜像的定义最终由Open Container Initiative(OCI)标准化为OCI镜像规范。

用于构建容器镜像的工具被称为容器镜像构建器(如Dockerfile),有时容器引擎也能够完成构建容器镜像的工作,当然也可以使用一些可以构建容器镜像的独立工具。

Docker获取了这些容器镜像(tarballs)然后将他们上传到一个web服务中,你可以从中拉取他们。然后Docker会开发一个协议以便你顺利拉取这些镜像,而这一web服务便被称为容器镜像仓库。

容器引擎可以从容器镜像仓库中拉取镜像,然后将其重组到容器存储上。此外,容器引擎也能启动容器运行时(如下图)。

Copy On Write(COW)

容器存储通常是一个写时复制(COW)分层文件系统。当你从镜像仓库中拉取一个镜像时,首先,你要从镜像中提取rootfs并且将其放到磁盘上。如果你的镜像由多层组成,那么在COW文件系统中需要将下载的每一层镜像文件储存在不同的层中。COW文件系统允许每一层分开存储,这将分层镜像的共享最大化了。容器引擎通常支持不同类型的容器存储,如overlay、devicemapper、 btrfs、 aufs和 zfs等。

容器运行时

容器引擎将容器镜像下载到容器存储中后,它需要创建一个容器运行时的配置文件。这一配置文件结合了来自调用程序/用户的输入以及容器镜像规范的内容。举个例子,调用程序可能想要对正在运行的容器进行指定的安全性修改、添加环境变量或者将volumes挂载到容器上,这些都是调用程序输入的内容。

容器运行时配置和分解的rootfs同样也被OCI标准化为OCI运行时规范。

最后,容器引擎启动读取运行时规范的容器运行时,修改Linux cgroup、Linux安全约束以及命名空间,并且启动容器命令以创建PID1(Process ID1)。此时,容器引擎可以将stdin / stdout传回调用程序并控制容器(如,停止、启动、附加等)。

请注意,许多新的容器运行时正在让Linux的不同部分来隔离容器。人们先可以使用KVM分离(如迷你虚拟机)运行容器,或者可以使用其他hypervisor策略(例如,拦截容器进程中的所有系统调用)。既然我们已经拥有一个标准的运行时规范,那么就能够通过相同的容器引擎启动这些工具。甚至Windows也可以使用OCI运行时规范来启动Windows容器。

容器编排引擎

容器编排引擎,相比其他容器工具而言,则处于更高的级别。容器编排是用于协调多个不同节点上的容器执行工具。容器编排引擎可以通过与容器引擎通信以管理容器,如启动容器并且将其网络连接在一起。它还能够监控容器以及在负载增加时启动其他容器。

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阅读 288发布于 8月12日
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