Linux技术：Docker如何欺骗容器中的进程

多年前的一个夜晚，风雨大作，一个名叫Docker的年轻人来到Linux帝国拜见帝国的长老。

“Linux长老，天下程序员苦于应用部署久矣，我要改变这一现状，希望长老你能帮帮我”

长老回答：“哦，小小年纪，口气不小，先请入座，你有何所求，愿闻其详”

Docker坐下后开始侃侃而谈：“当今天下，应用开发、测试、部署，各种库的依赖纷繁复杂，再加上版本之间的差异，经常出现在开发环境运行正常，而到测试环境和线上环境就出问题的现象，程序员们饱受此苦，是时候改变这一状况了。”

Docker回头看了一眼长老接着说到：“我想做一个虚拟的容器，让应用程序们运行其中，将它们需要的依赖环境整体打包，以便在不同机器上移植后，仍然能提供一致的运行环境，彻底将程序员们解放出来！”

Linux长老听闻，微微点头：“年轻人想法不错，不过听你的描述，好像虚拟机就能解决这个问题。将应用和所依赖的环境部署到虚拟机中，然后做个快照，直接部署虚拟机不就可以了吗？”

Docker连连摇头说到：“长老有所不知，虚拟机这家伙笨重如牛，体积又大，动不动就是以G为单位的大小，因为它里面要运行一个完整的操作系统，所以跑起来格外费劲，慢就不说了，还非常占资源，一台机器上跑不了几台虚拟机就把性能拖垮了！而我想要做一个轻量级的虚拟容器，只提供一个运行环境，不用运行一个操作系统，所有容器中的系统内核还是和外面的宿主机共用的，这样就可以批量复制很多个容器，轻便又快捷”

Linux长老站了起来，来回踱步了几圈，思考片刻之后，忽然拍桌子大声说到：“真是个好想法，这个项目我投了！”

Docker眼里见光，喜上眉梢，“这事还真离不开长老的帮助，要实现我说的目标，对进程的管理隔离都至关重要，还望长老助我一臂之力！”

“你稍等”，Linux长老转身回到内屋。没多久就出来了，手里拿了些什么东西。

“年轻人，回去之后，尽管放手大干，我赐你三个锦囊，若遇难题，可依次拆开，必有大用”

 

Docker开心的收下了三个锦囊，拜别Linux长老后，冒雨而归。

锦囊1：chroot & pivot_root

受到长老的鼓励，Docker充满了干劲，很快就准备启动他的项目。

作为一个容器，首要任务就是限制容器中进程的活动范围——能访问的文件系统目录。决不能让容器中的进程去肆意访问真实的系统目录，得将他们的活动范围划定到一个指定的区域，不得越雷池半步！

到底该如何限制这些进程的活动区域呢？Docker遇到了第一个难题。

苦思良久未果，Docker终于忍不住拆开了Linux长老送给自己的第一个锦囊，只见上面写了两个函数的名字：chroot & pivot_root。

Docker从未使用过这两个函数，于是在Linux帝国四处打听它们的作用。后来得知，通过这两个函数，可以修改进程和系统的根目录到一个新的位置。Docker大喜，长老真是诚不欺我！

有了这两个函数，Docker开始想办法怎么来“伪造”一个文件系统来欺骗容器中的进程。

为了不露出破绽，Docker很聪明，用操作系统镜像文件挂载到容器进程的根目录下，变成容器的rootfs，和真实系统目录一模一样，足可以以假乱真：

$ ls /
bin dev etc home lib lib64 mnt opt proc root run sbin sys tmp usr var

锦囊2：namespace

文件系统的问题总算解决了，但是Docker不敢懈怠，因为在他心里，还有一个大问题一直困扰着他，那就是如何把真实系统所在的世界隐藏起来，别让容器中的进程看到。

比如进程列表、网络设备、用户列表这些，是决不能让容器中的进程知道的，得让他们看到的世界是一个干净如新的系统。

Docker心里清楚，自己虽然叫容器，但这只是表面现象，容器内的进程其实和自己一样，都是运行在宿主操作系统上面的一个个进程，想要遮住这些进程的眼睛，瞒天过海，实在不是什么容易的事情。

Docker想过用HOOK的方式，欺骗进程，但实施起来工作太过复杂，兼容性差，稳定性也得不到保障，思来想去也没想到什么好的主意。

正在一筹莫展之际，Docker又想起了Linux长老送给自己的锦囊，他赶紧拿了出来，打开了第二个锦囊，只见上面写着：namespace。

Docker还是不解其中之意，于是又在Linux帝国到处打听什么是namespace。

经过一阵琢磨，Docker总算是明白了，原来这个namespace是帝国提供的一种机制，通过它可以划定一个个的命名空间，然后把进程划分到这些命名空间中。

而每个命名空间都是独立存在的，命名空间里面的进程都无法看到空间之外的进程、用户、网络等等信息。

这不正是Docker想要的吗？真是踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫！

Docker赶紧加班加点，用上了这个namespace，将进程的“视野”锁定在容器规定的范围内，如此一来，容器内的进程彷佛被施上了障眼法，再也看不到外面的世界。

锦囊3：CGroup

文件系统和进程隔离的问题都解决了，Docker心里的石头总算是放下了。心里着急着想测试自己的容器，可又好奇这最后一个锦囊写的是什么，于是打开了第三个锦囊，只见上面写着：CGroup。

这又是什么东西？Docker仍然看不懂，不过这一次管不了那么许多了，先运行起来再说。

试着运行了一段时间，一切都在Docker的计划之中，容器中的进程都能正常的运行，都被他构建的虚拟文件系统和隔离出来的系统环境给欺骗了，Docker高兴坏了！

很快，Docker就开始在Linux帝国推广自己的容器技术，结果大受欢迎，收获了无数粉丝，连nginx、redis等一众大佬都纷纷入驻。

然而，鲜花与掌声的背后，Docker却不知道自己即将大难临头。

这天，Linux帝国内存管理部的人扣下了Docker准备“处决”掉他，Docker一脸诧异的问到，“到底发生了什么事，为什么要对我下手？”

管理人员厉声说到：“帝国管理的内存快被一个叫Redis的家伙用光了，现在要挑选一些进程来杀掉，不好意思，你中奖了”

Redis？这家伙不是我容器里的进程吗？Docker心中一惊！

“两位大人，我认识帝国的长老，麻烦通融通融，找别人去吧，Redis那家伙，我有办法收拾他”

没想到他还认识帝国长老，管理人员犹豫了一下，就放了Docker到别处去了。

惊魂未定的Docker，思来想去，如果不对容器中的进程加以管束，那简直太危险了！除了内存，还有CPU、硬盘、网络等等资源，如果某个容器进程霸占着CPU不放手，又或者某个容器进程疯狂写硬盘，那迟早得连累到自己身上。看来必须得对这些进程进行管控，防止他们干出出格的事来。

这时候，他想起了Linux长老的第三个锦囊：CGroup！说不定能解这燃眉之急。

经过一番研究，Docker如获至宝，原来这CGroup和namespace类似，也是Linux帝国的一套机制，通过它可以划定一个个的分组，然后限制每个分组能够使用的资源，比如内存的上限值、CPU的使用率、硬盘空间总量等等。系统内核会自动检查和限制这些分组中的进程资源使用量。

Linux长老这三个锦囊简直太贴心了，一个比一个有用，Docker内心充满了感激。

随后，Docker加上了CGroup技术，加强了对容器中的进程管控，这才松了一口气。

在Linux长老三个锦囊妙计的加持下，Docker可谓风光一时，成为了Linux帝国的大名人。

然而，能力越大，责任越大，让Docker没想到的是，新的挑战还在后面。

编辑：黄飞