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docker容器的原理分析

瀏覽:5日期:2024-10-28 15:20:44
01 容器的本質是什么?

今天的重點問題是講述清楚什么是容器。

要理解容器的概念,首先我們需要知道什么是進程?當我們在Linux操作系統(tǒng)執(zhí)行一個程序,這個程序可能是一個二進制文件,它被調用的時候,變成了計算機內存中的數據、寄存器中的值、堆棧中的指令、以及各種設備狀態(tài)信息的一個集合。像這樣的一個計算機執(zhí)行環(huán)境的綜合,我們稱之為進程。

容器,就是為這個進程提供一個'邊界',理解成白話,就是把這個進程'包'起來,它本質上是通過約束和修改進程的一些動態(tài)表現實現的這個'包'的動作。

不難看出來,容器是一種特殊的、有'邊界'的進程。

現在我們來看一個MySQL容器的進程特點。

1、先查看下我們機器上mysql容器的containerID值,如下:

[root@VM-16-13-centos service]# docker ps | grep mysql4784586d01e0mysql 'docker-entrypoint...' 3 months agoUp 3 months k8s_mysql.16d54d16_mysql-pd7jr_default_0032bce0-2b0f-11eb-98ad-5254002dbd85_d775f414

可以看到,containerID的值是4784586d01e0

2、首先我們通過docker exec命令(關于這條命令的介紹,下面會有講述)進入一個容器里面,ps -ef命令查看進程:

[root@VM-16-13-centos service]# docker exec -it 4784586d01e0 bashroot@mysql-pd7jr:/# ps -efUIDPID PPID C STIME TTY TIME CMDmysql1 0 0 2020 ?03:20:20 mysqldroot 882 0 0 09:42 ?00:00:00 bashroot 888 882 0 09:46 ?00:00:00 ps -ef

可以發(fā)現,mysqld這個進程的進程號是1.

這里我要多嘴一下:

1、docker exec -it 4784586d01e0 bash

這條指令是告訴容器,我要進入這個容器里面,并運行一個bash的指令。

2、如果你的docker里面不支持ps命令,你需要使用下面的命令安裝一下ps這個指令:

apt-get update & apt-get install procps

然后我們退出到容器外面,再次查看mysqld進程的進程號:

[root@VM-16-13-centos service]# ps -ef|grep mysqlroot 5152 5059 0 2020 pts/5 00:00:00 mysql -uroot -px xxxxroot 13644 24879 0 2020 pts/4 00:00:00 mysql -uroot -px xxxxpolkitd 18853 18837 0 2020 ?03:20:25 mysqld

發(fā)現進程號是18853。

可以得到一個結論,mysqld進程在容器里面和容器外面執(zhí)行的結果不一樣。

為什么會這樣?

其本質是docker容器中的進程被隔離在了一個新的環(huán)境中,使得這些進程只能看到重新計算過的PID號。前面我們說過,docker本質上是通過約束和修改進程的一些動態(tài),將一個物理機上的進程'包'起來,我們看到的這個現象,就是'包'的結果。

那么Linux是如何將物理機進程進行的約束和修改呢?這里引入新的概念:

對于 Docker 等大多數 Linux 容器來說,Linux 的Cgroups 技術是用來制造約束的主要手段,而Namespace 技術則是用來修改進程視圖的主要方法。

02 Cgroup技術和Namespace技術介紹

Namespace技術主要是為容器提供資源隔離用的。Namespace這個功能實現的方法比較簡單,通常情況下,我們創(chuàng)建Linux進程的時候,系統(tǒng)會執(zhí)行一個clone的命令,類似:

int pid = clone(main_function, stack_size, SIGCHLD, NULL);

它返回的就是我們創(chuàng)建的進程的PID號。

而Namespace技術就是在Linux創(chuàng)建進程的時候,多了一個參數,這個新參數暫且稱之為newid,這樣,在容器內,我們看到的進程的PID號,就是這個newid了。這個Namespace我們稱之為PID Namespace。

除了這個Namespace,還有其他的,例如mount Namespace,Network Namespace等,分別是為了隔離掛載點和隔離網絡的。

當然,不是所有的資源都能夠被namespace化,例如時間和操作系統(tǒng)內核,就是一個服務器上的所有容器共享的。

容器一旦開始運行,我們需要控制它使用的機器資源,例如磁盤、內存、CPU等,否則它可能會耗盡物理機的資源,導致一些系統(tǒng)進程發(fā)生崩潰。Cgroup技術就是專門為Linux進程限制資源使用的。它的全程是Linux Control Group,它以文件和目錄的形式存放在/sys/fs/cgroups目錄下,如下:

[root@VM-16-13-centos service]# ls -l /sys/fs/cgroup/total 0drwxr-xr-x 4 root root 0 Nov 20 11:38 blkiolrwxrwxrwx 1 root root 11 Nov 20 11:38 cpu -> cpu,cpuacctlrwxrwxrwx 1 root root 11 Nov 20 11:38 cpuacct -> cpu,cpuacctdrwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 20 11:38 cpu,cpuacctdrwxr-xr-x 3 root root 0 Nov 20 11:38 cpusetdrwxr-xr-x 4 root root 0 Nov 20 11:38 devicesdrwxr-xr-x 3 root root 0 Nov 20 11:38 freezerdrwxr-xr-x 3 root root 0 Nov 20 11:38 hugetlbdrwxr-xr-x 5 root root 0 Nov 20 11:38 memorylrwxrwxrwx 1 root root 16 Nov 20 11:38 net_cls -> net_cls,net_priodrwxr-xr-x 3 root root 0 Nov 20 11:38 net_cls,net_priolrwxrwxrwx 1 root root 16 Nov 20 11:38 net_prio -> net_cls,net_priodrwxr-xr-x 3 root root 0 Nov 20 11:38 perf_eventdrwxr-xr-x 4 root root 0 Nov 20 11:38 pidsdrwxr-xr-x 4 root root 0 Nov 20 11:38 systemd

不同的文件目錄里面,存儲不同的資源種類被限制的值,其中,比較常用的:

blkio:為塊設備設置i/o限制,一般用于磁盤等設備

cpuset:為進程分配單獨的CPU核心和對應的內存節(jié)點

memory:為進程設定內存使用的限制。

當我們通過命令啟動容器之后,操作系統(tǒng)會把這個docker進程對應的PID填寫到對應控制組的文件中,從而控制當前進程使用的CPU資源值。

03 容器、鏡像和倉庫之間的關系

Docker 包括三個基本概念:

鏡像(Image) 容器(Container) 倉庫(Repository)

docker容器的原理分析

這三部分組成了Docker的整個生命周期,如上圖所示。

docker鏡像包含了文件系統(tǒng),類似于虛擬機的鏡像,它是只讀的模板。這個文件系統(tǒng)也通常被稱之為rootfs,通常包含了bin、etc、sys、usr等一系列目錄。

docker容器是由鏡像實例化而來的,這和我們學習的面向對象的概念十分相似,我們可以把鏡像想象成類,把容器想象成類經過實例化后的對象,這樣就非常好理解鏡像和容器的關系了。

docker倉庫:類似與代碼倉庫,是Docker集中存放鏡像文件的場所

這個關系可以更加清楚的表述為:

docker容器的原理分析

以上就是詳解docker容器的概念的詳細內容,更多關于docker容器的概念的資料請關注好吧啦網其它相關文章!

標簽: Docker
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