Docker 和容器

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本页面概述了从零开始构建容器化系统的教程。它涵盖了创建类似 Docker 的容器技术的关键概念、组件和实现方法。有关将容器技术与 Web 服务器结合使用的信息，请参阅 Web 服务器。

容器化简介

容器化是一种轻量级虚拟化技术，允许应用程序在称为容器的隔离环境中运行。与传统的虚拟机不同，容器共享宿主操作系统的内核，使其更高效且启动更快。Docker 推广了这种方法，但其底层技术以命名空间 (namespaces)、cgroups 和其他隔离机制的形式在 Linux 中已经存在多年。

本节教程将指导您实现自己的容器化系统，以便更好地理解 Docker 和类似工具的底层工作原理。

来源: README.md144-151

核心容器化概念

容器架构

容器架构图

每个容器都是一个独立的运行环境，拥有自己的

• 进程树
• 网络接口
• 文件系统挂载点
• 用户命名空间
• 资源限制

来源: README.md144-151

关键容器技术

1. Linux 命名空间 (Namespaces)：为系统资源提供隔离

   • PID 命名空间：隔离进程 ID
   • 网络命名空间：隔离网络接口
   • 挂载命名空间：隔离文件系统挂载点
   • UTS 命名空间：隔离主机名和域名
   • IPC 命名空间：隔离进程间通信
   • 用户命名空间：隔离用户和组 ID

2. 控制组 (cgroups)：限制和统计资源使用

   • CPU 时间
   • 内存
   • I/O
   • 网络带宽

3. 联合文件系统 (Union Filesystems)：将多个目录叠加成一个统一视图

   • 支持镜像分层和高效存储
   • 示例包括 OverlayFS、AUFS 和 DeviceMapper

4. 容器镜像 (Container Images)：打包的应用程序和依赖项

   • 以分层形式组织
   • 用于创建容器的只读模板
   • 由清单文件（例如 Dockerfile）定义

来源: README.md147-148

容器生命周期与操作

容器生命周期图

典型的容器系统提供以下操作：

1. 构建镜像：根据指令创建分层文件系统包
2. 创建容器：从镜像实例化容器
3. 运行容器：启动一个拥有自己命名空间的容器
4. 管理网络：将容器连接到网络
5. 管理卷：在容器生命周期结束后持久化数据
6. 监控：跟踪容器资源使用情况和日志

来源: README.md145-150

不同语言的容器化实现

"Build Your Own X" 存储库提供了使用各种编程语言实现容器系统的教程，每个教程的侧重点和复杂程度各不相同。

实现方法比较

语言	项目	特性	主要技术
C	500 行 Linux 容器	基本容器化，进程隔离	命名空间，cgroups
Go	不到 100 行的容器	最小化容器运行时	命名空间，chroot
Go	从零开始构建容器	更完整的网络实现	命名空间，cgroups，叠加网络
Python	Rubber Docker	教学版 Docker 克隆	命名空间，cgroups，叠加挂载
Python	Mocker	Docker 概念验证模仿	用于 Linux 容器 API 的 Python 包装器
Shell	Bocker	Bash 中的极简 Docker	chroot，cgroups，bash 工具

来源: README.md144-151

教程中的实现模式

尽管语言和方法各不相同，但大多数容器实现教程都遵循共同的模式

容器实现架构

常见实现步骤

1. 设置隔离:

   • 创建新的命名空间（使用 unshare、clone 或等效方法）
   • 配置 cgroups 以限制资源
   • 准备分层文件系统挂载

2. 准备根文件系统:

   • 挂载叠加文件系统
   • Chroot 或 pivot_root 到容器文件系统

3. 配置网络:

   • 创建虚拟接口
   • 设置 IP 地址和路由
   • 配置网络命名空间

4. 执行容器进程:

   • 在容器环境中启动进程
   • 处理进程生命周期（信号、退出码）

5. 管理容器生命周期:

   • 跟踪正在运行的容器
   • 实现停止/暂停功能
   • 终止时清理资源

来源: README.md145-150

项目亮点和学习重点

C 语言实现：500 行 Linux 容器

专注于 Linux 容器的底层实现细节，深入理解支持容器化的内核特性。

Go 语言实现

利用 Go 强大的系统编程能力，创建简洁而强大的容器解决方案。Go 语言实现展示了现代语言如何高效地与内核特性交互。

Python 实现

提供更易于理解容器化概念的切入点，使用更高级别的抽象，同时仍然展示核心原理。

Shell 语言实现：Bocker

展示了如何仅使用 Shell 命令和 Linux 工具实现基本的容器化，强调容器本质上是现有内核特性的组合。

来源: README.md144-151

推荐学习路径

对于希望通过构建自己的实现来理解容器化的人

1. 从 Shell (Bocker) 或 Python (Mocker) 实现开始，掌握基本概念
2. 进阶到 Go 语言实现以获得更深入的理解
3. 探索 C 语言实现，深入了解内核级细节

每种实现都提供了对相同基本概念的不同视角，有助于全面理解容器技术。

来源: README.md144-151

结论

构建自己的容器系统是理解 Docker 及类似技术底层工作原理的绝佳方式。本节教程提供了实现容器化的各种方法，从最简单的 Bash 脚本到更完整的 Go 或 C 语言实现。

通过学习这些教程，您将深入了解 Linux 内核特性，例如命名空间和 cgroups、容器生命周期管理以及现代容器化系统的架构。

来源: README.md144-151