Docker 底层隔离技术实现步骤
介绍
Docker 是一种轻量级的容器化技术，它使用了底层的隔离技术来实现容器的隔离和虚拟化。在本文中，我将向你详细介绍如何实现 Docker 的底层隔离技术。我们将以以下步骤来展示整个过程：
| 步骤 | 描述 |
|---|---|
| 1 | 创建 Linux 命名空间 |
| 2 | 创建 cgroups 控制组 |
| 3 | 在命名空间中启动进程 |
| 4 | 利用 overlayfs 实现文件系统隔离 |
| 5 | 配置网络隔离 |
| 6 | 设置资源限制 |
步骤详解
1. 创建 Linux 命名空间
在 Linux 中，命名空间是一种隔离机制，它允许在同一个物理主机上创建多个互相隔离的环境。Docker 使用命名空间实现容器的隔离。下面是创建命名空间的代码：
#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
int main() {
// 创建一个新的命名空间，并指定 CLONE_NEWPID 标志
int flags = CLONE_NEWPID;
int pid = clone(NULL, NULL, flags);
return 0;
}
这段代码创建了一个新的命名空间，并指定了 CLONE_NEWPID 标志。使用 clone() 函数可以创建一个与父进程隔离的子进程。
2. 创建 cgroups 控制组
cgroups（control groups）是 Linux 内核提供的一种资源限制机制，它可以用来限制进程组的资源使用。Docker 使用 cgroups 来限制容器的资源。下面是创建 cgroups 控制组的代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
// 创建一个 cgroup 目录
mkdir("/sys/fs/cgroup/cpu/docker", 0755);
// 将当前进程的 PID 写入 cgroup 的 tasks 文件
FILE *tasks_file = fopen("/sys/fs/cgroup/cpu/docker/tasks", "w");
fprintf(tasks_file, "%d", getpid());
fclose(tasks_file);
return 0;
}
这段代码创建了一个名为 docker 的 cgroup 目录，并将当前进程的 PID 写入 tasks 文件。这样就将当前进程置于 docker cgroup 中。
3. 在命名空间中启动进程
在前面的步骤中，我们创建了一个新的命名空间。现在我们需要在这个命名空间中启动一个进程。下面是在命名空间中启动进程的代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int child_main(void *arg) {
printf("Hello from child!\n");
return 0;
}
int main() {
// 创建一个新的命名空间，并指定 CLONE_NEWPID 标志
int flags = CLONE_NEWPID;
int pid = clone(child_main, NULL, flags);
waitpid(pid, NULL, 0);
return 0;
}
这段代码通过 clone() 函数在命名空间中创建了一个新的进程，并将其与父进程隔离。在子进程中，我们可以执行一些特定的任务，如网络配置、文件系统挂载等。
4. 利用 overlayfs 实现文件系统隔离
在 Docker 中，每个容器都有自己的文件系统。为了实现文件系统的隔离，Docker 使用了 overlayfs 技术。下面是使用 overlayfs 实现文件系统隔离的代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int child_main(void *arg) {
// 创建一个 overlayfs 文件系统
mkdir("/rootfs", 0755);
mkdir("/workdir", 0755);
mkdir("/merged", 0755);
// 使用 mount 命令将 overlayfs 挂载到 merged 目录
char *mount_command = "mount -t overlay overlay -o lowerdir=/rootfs,upperdir=/workdir,workdir=/merged /merged";
system(mount_command);
printf("File system is isolated!\n");
