面向系統管理員的容器手冊

Daniel J Walsh發表於2018-10-28
現在人們嚴重過度使用了“容器”這個術語。另外，對不同的人來說，它可能會有不同的含義，這取決於上下文。

傳統的  Linux  容器只是系統上普通的程式。一組程式與另外一組程式是相互隔離的，實現方法包括：資源限制（控制組 [cgoups]）、Linux 安全限制（檔案許可權，基於 Capability 的安全模組、SELinux、AppArmor、seccomp 等）還有名字空間（程式 ID、網路、掛載等）。

如果你啟動一臺現代 Linux 作業系統，使用 cat /proc/PID/cgroup 命令就可以看到該程式是屬於一個控制組的。還可以從 /proc/PID/status 檔案中檢視程式的 Capability 資訊，從 /proc/self/attr/current 檔案中檢視程式的 SELinux 標籤資訊，從 /proc/PID/ns 目錄下的檔案檢視程式所屬的名字空間。因此，如果把容器定義為帶有資源限制、Linux 安全限制和名字空間的程式，那麼按照這個定義，Linux 作業系統上的每一個程式都在一個容器裡。因此我們常說 Linux 就是容器，容器就是 Linux。而容器執行時是這樣一種工具，它調整上述資源限制、安全限制和名字空間，並啟動容器。

Docker 引入了容器映象的概念，映象是一個普通的 TAR 包檔案，包含了：

rootfs（容器的根檔案系統）：一個目錄，看起來像是作業系統的普通根目錄（/），例如，一個包含 /usr, /var, /home 等的目錄。
JSON 檔案（容器的配置）：定義瞭如何執行 rootfs；例如，當容器啟動的時候要在 rootfs 裡執行什麼命令（CMD）或者入口（ENTRYPOINT），給容器定義什麼樣的環境變數（ENV），容器的工作目錄（WORKDIR）是哪個，以及其他一些設定。
Docker 把 rootfs 和 JSON 配置檔案打包成基礎映象。你可以在這個基礎之上，給 rootfs 安裝更多東西，建立新的 JSON 配置檔案，然後把相對於原始映象的不同內容打包到新的映象。這種方法建立出來的是分層的映象。

開放容器計劃Open Container Initiative（OCI）標準組織最終把容器映象的格式標準化了，也就是 映象規範OCI Image Specification（OCI）。

用來建立容器映象的工具被稱為容器映象構建器。有時候容器引擎做這件事情，不過可以用一些獨立的工具來構建容器映象。

Docker 把這些容器映象（tar 包）託管到 web 服務中，並開發了一種協議來支援從 web 拉取映象，這個 web 服務就叫容器倉庫container registry。

容器引擎是能從映象倉庫拉取映象並裝載到容器儲存上的程式。容器引擎還能啟動容器執行時（見下圖）。
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容器儲存一般是寫入時複製copy-on-write（COW）的分層檔案系統。從容器倉庫拉取一個映象時，其中的 rootfs 首先被解壓到磁碟。如果這個映象是多層的，那麼每一層都會被下載到 COW 檔案系統的不同分層。 COW 檔案系統保證了映象的每一層獨立儲存，這最大化了多個分層映象之間的檔案共享程度。容器引擎通常支援多種容器儲存型別，包括 overlay、devicemapper、btrfs、aufs 和 zfs。

容器引擎將容器映象下載到容器儲存中之後，需要建立一份容器執行時配置，這份配置是使用者/呼叫者的輸入和映象配置的合併。例如，容器的呼叫者可能會調整安全設定，新增額外的環境變數或者掛載一些捲到容器中。

容器執行時配置的格式，和解壓出來的 rootfs 也都被開放容器計劃 OCI 標準組織做了標準化，稱為 OCI 執行時規範。

最終，容器引擎啟動了一個容器執行時來讀取執行時配置，修改 Linux 控制組、安全限制和名字空間，並執行容器命令來建立容器的 PID 1 程式。至此，容器引擎已經可以把容器的標準輸入/標準輸出轉給呼叫方，並控制容器了（例如，stop、start、attach）。

值得一提的是，現在出現了很多新的容器執行時，它們使用 Linux 的不同特性來隔離容器。可以使用 KVM 技術來隔離容器（想想迷你虛擬機器），或者使用其他虛擬機器監視器策略（例如攔截所有從容器內的程式發起的系統呼叫）。既然我們有了標準的執行時規範，這些工具都能被相同的容器引擎來啟動。即使在 Windows 系統下，也可以使用 OCI 執行時規範來啟動 Windows 容器。

容器編排器是一個更高層次的概念。它是在多個不同的節點上協調容器執行的工具。容器編排工具通過和容器引擎的通訊來管理容器。編排器控制容器引擎做容器的啟動和容器間的網路連線，它能夠監控容器，在負載變高的時候進行容器擴容。


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