本系列文章将介绍Docker的有关知识：

（1）Docker 安装及基本用法

（2）Docker 镜像

（3）Docker 容器的隔离性 - 使用 namespace 进行环境隔离

（4）Docker 容器的隔离性 - 使用 cgroups 进行资源隔离

（4）Docker 容器的网络

（5）Docker 容器的存储

1. 基础知识：Linux namespace 的概念

    Linux 内核从版本 2.4.19 开始陆续引入了 namespace 的概念。其目的是将某个特定的全局系统资源（global system resource）通过抽象方法使得namespace 中的进程看起来拥有它们自己的隔离的全局系统资源实例（The purpose of each namespace is to wrap a particular global system resource in an abstraction that makes it appear to the processes within the namespace that they have their own isolated instance of the global resource. ）。Linux 内核中实现了六种 namespace，按照引入的先后顺序，列表如下：

Linux namespace 的概念说简单也简单说复杂也复杂。简单来说，我们只要知道，处于某个 namespace 中的进程，能看到独立的它自己的隔离的某些特定系统资源；复杂来说，可以去看看 Linux 内核中实现 namespace 的原理，网络上也有大量的文档供参考，这里不再赘述。

2. Docker 容器使用 linux namespace 做运行环境隔离

当 Docker 创建一个容器时，它会创建新的以上六种 namespace 的实例，然后把容器中的所有进程放到这些 namespace 之中，使得Docker 容器中的进程只能看到隔离的系统资源。 

2.1 PID namespace

我们能看到同一个进程，在容器内外的 PID 是不同的：

• 在容器内 PID 是 1，PPID 是 0。
• 在容器外 PID 是 2198， PPID 是 2179 即 docker-containerd-shim 进程.

关于 containerd，containerd-shim 和 container 的关系，文章 中的下图可以说明：

简单来说，就是 containerd （Docker 守护进程）启动 containerd-shim，它再启动 runc，runc 再启动容器，在容器被创建后 runc 退出，shim 就作为容器的父进程。通过 shim 能实现容器的 deamonless，也就是不依赖于 docker deamon，也就是说在 docker deamon 死区后容器可以照常运行。[注：此部分待进一步研究，描述不一定正确]

这也能看出来，pid namespace 通过将 host 上 PID 映射为容器内的 PID， 使得容器内的进程看起来有个独立的 PID 空间。

2.2 UTS namespace

类似地，容器可以有自己的 hostname 和 domainname：

root@devstack:/home/sammy# hostnamedevstackroot@devstack:/home/sammy# docker exec -it web31 hostname8b7dd09fbcae

2.3 user namespace

在 Docker 1.10 版本之前，Docker 是不支持 user namespace。也就是说，默认地，容器内的进程的运行用户就是 host 上的 root 用户，这样的话，当 host 上的文件或者目录作为 volume 被映射到容器以后，容器内的进程其实是有 root 的几乎所有权限去修改这些 host 上的目录的，这会有很大的安全问题。

举例：

• 启动一个容器： docker run -d -v /bin:/host/bin --name web34 training/webapp python app.py
• 此时进程的用户在容器内和外都是root，它在容器内可以对 host 上的 /bin 目录做任意修改：

root@devstack:/home/sammy# docker exec -ti web34 iduid=0(root) gid=0(root) groups=0(root)root@devstack:/home/sammy# iduid=0(root) gid=0(root) groups=0(root)

而 Docker 1.10 中引入的 user namespace 就可以让容器有一个 “假”的  root 用户，它在容器内是 root，在容器外是一个非 root 用户。也就是说，user namespace 实现了 host users 和 container users 之间的映射。

启用步骤：

1. 修改 /etc/default/docker 文件，添加行  DOCKER_OPTS="--userns-remap=default"
2. 重启 docker 服务，此时 dockerd 进程为 /usr/bin/dockerd --userns-remap=default --raw-logs
3. 然后创建一个容器：docker run -d -v /bin:/host/bin --name web35 training/webapp python app.py
4. 查看进程在容器内外的用户：

root@devstack:/home/sammy# ps -ef | grep python231072    1726  1686  0 01:44 ?        00:00:00 python app.pyroot@devstack:/home/sammy# docker exec web35 ps -efUID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMDroot         1     0  0 17:44 ?        00:00:00 python app.py

• 查看文件/etc/subuid 和 /etc/subgid，可以看到 dockermap 用户在host 上的 uid 和 gid 都是 231072：

root@devstack:/home/sammy# cat /etc/subuidsammy:100000:65536stack:165536:65536dockremap:231072:65536

• 再看文件/proc/1726/uid_map，它表示了容器内外用户的映射关系，即将host 上的 231072 用户映射为容器内的 0 （即root）用户。

root@devstack:/home/sammy# cat /proc/1726/uid_map         0     231072      65536

•  现在，我们试图在容器内修改 host 上的 /bin 文件夹，就会提示权限不足了：

root@80993d821f7b:/host/bin# touch test2touch: cannot touch ‘test2‘: Permission denied

这说明通过使用 user namespace，使得容器内的进程运行在非 root 用户，我们就成功地限制了容器内进程的权限。

其他的几个 namespace，比如 network，mnt 等，比较简单，这里就不多说了。总之，Docker 守护进程为每个容器都创建了六种namespace 的实例，使得容器中的进程都处于一种隔离的运行环境之中：

root@devstack:/proc/1726/ns# ls -ltotal 0lrwxrwxrwx 1 231072 231072 0 Sep 18 01:45 ipc -> ipc:[4026532210]lrwxrwxrwx 1 231072 231072 0 Sep 18 01:45 mnt -> mnt:[4026532208]lrwxrwxrwx 1 231072 231072 0 Sep 18 01:44 net -> net:[4026532213]lrwxrwxrwx 1 231072 231072 0 Sep 18 01:45 pid -> pid:[4026532211]lrwxrwxrwx 1 231072 231072 0 Sep 18 01:45 user -> user:[4026532207]lrwxrwxrwx 1 231072 231072 0 Sep 18 01:45 uts -> uts:[4026532209]

3. Docker run 命令中 namespace 中相关参数

Docker run 命令有几个参数和 namespace 相关：

• --ipc string IPC namespace to use
• --pid string PID namespace to use
• --userns string User namespace to use
• --uts string UTS namespace to use

3.1 --userns

--userns：指定容器使用的 user namespace

• ‘host‘: 使用 Docker host user namespace
• ‘‘: 使用由 `--userns-remap‘ 指定的 Docker deamon user namespace

你可以在启用了 user namespace 的情况下，强制某个容器运行在 host user namespace 之中：

root@devstack:/proc/2835# docker run -d -v /bin:/host/bin --name web37 --userns host training/webapp python app.py9c61e9a233abef7badefa364b683123742420c58d7a06520f14b26a547a9476croot@devstack:/proc/2835# ps -ef | grep pythonroot      2962  2930  1 02:17 ?        00:00:00 python app.py

否则默认的话，就会运行在特定的 user namespace 之中了。

3.2 --pid

同样的，可以指定容器使用 Docker host pid namespace，这样，在容器中的进程，可以看到 host 上的所有进程。注意此时不能启用 user namespace。

root@devstack:/proc/2962# docker run -d -v /bin:/host/bin --name web38 --pid host --userns host training/webapp python app.pyf40f6702b61e3028a6708cdd7b167474ddf2a98e95b6793a1326811fc4aa161droot@devstack:/proc/2962#root@devstack:/proc/2962# docker exec -it web38 bashroot@f40f6702b61e:/opt/webapp# ps auxUSER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMANDroot         1  0.0  0.1  33480  2768 ?        Ss   17:40   0:01 /sbin/initroot         2  0.0  0.0      0     0 ?        S    17:40   0:00 [kthreadd]root         3  0.0  0.0      0     0 ?        S    17:40   0:00 [ksoftirqd/0]root         5  0.0  0.0      0     0 ?        S<   17:40   0:00 [kworker/0:0H]root         6  0.0  0.0      0     0 ?        S    17:40   0:00 [kworker/u2:0]root         7  0.0  0.0      0     0 ?        S    17:40   0:00 [rcu_sched]
......

3.3 --uts

同样地，可以使容器使用 Docker host uts namespace。此时，最明显的是，容器的 hostname 和 Docker hostname 是相同的。

root@devstack:/proc/2962# docker run -d -v /bin:/host/bin --name web39 --uts host training/webapp python app.py38e8b812e7020106bf8d3952b88085028fc87f4427af0c3b0a29b6a69c979221root@devstack:/proc/2962# docker exec -it web39 bashroot@devstack:/opt/webapp# hostnamedevstack

参考链接

• http://lwn.net/Articles/531114/
• Docker基础技术：Linux Namespace（上）
• Docker基础技术：Linux Namespace（下）
• https://github.com/crosbymichael/dockercon-2016/blob/master/Creating%20Containerd.pdf
• https://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/User%20Namespaces%20-%20ContainerCon%202015%20-%2016-9-final_0.pdf
• https://blog.yadutaf.fr/2016/04/14/docker-for-your-users-introducing-user-namespace/
• https://success.docker.com/Datacenter/Apply/Introduction_to_User_Namespaces_in_Docker_Engine

理解Docker（3）：Docker 容器使用 Linux namespace 进行运行环境隔离