如何实现自己的linux container？

dy223 9年前

最近docker比较火爆, 我也研究了一下。docker 只是一个工具，container 技术的核心还是linux 内核的cgroup + chroot + namespace 技术。

本文主要讲解利用这三个技术实现自己的container。

chroot 没什么好说的，就是将根目录设置成另外一个目录。

namespace 有以下几种：

这几个flag 可以在调用clone时候作为参数传入，从而实现namespace的隔离，

从这个角度来说，container跟主要是进程角度的隔离，而不是传统的虚拟机，

因为它底层用用的同一个内核来调度。

cgroup 是linux 内核的另外一个控制和隔离进程的特性，他分为cpu ，memory，net，io等几个子系统，从而实现对进程cpu，内存，磁盘，网络等资源使用的控制。

制作自己容器，需要一个image ，可以从网上下一个，也可以自己制作，制作很简单，新装一个操作系统，安装一些需要用到的软件包，然后用tar 制作 / 目录下的压缩包，去掉一些虚拟文件系统的文件，本文用的是自己制作的centos 6.5 的image。

容器实现过程可以归纳为

1，用clone系统调用创建子进程，传入namespace的那几个参数，实现namespace的隔离

2，父进程中创建veth pair ，一个veth在自己的namespace，将另一个设置为子进程的namespace，实现container和宿主机的网络通信

3，父进程创建cgroup memory和cpuset子系统，将子进程attach到cgroup子系统上，实现container 的资源限制和隔离

4，子进程在自己的namespace里，设置主机名，mount proc虚拟文件系统，设置veth ip，chroot到centos 6镜像的位置，最终将进程镜像替换成/bin/bash

5，父进程调用waitpid 等待子进程退出

最终代码见最后

编译代码 gcc -lcgroup mydocker.c -o mydocker

我们来验证一下结果

可以看到宿主机用的是centos 7的操作系统，进入到container里面，宿主机用的是centos6，但用的都是3.10 的内核，根目录下的文件也不同。 hostname 宿主机为

localhost，而container里面为mydocker , 说明UTS namespace 隔离成功。

再看看 container 里面：

网络方面有回环网络卡lo和veth1，veth1 169.254.1.2 能ping 通veth0的地址（宿主机上的veth）169.254.2.1，如果在外面加iptables 做nat 转换的话，container里面还可以和外面通信。我们看不到外面宿主机的eth0 和 eth1，说明container 的network namespace 隔离成功。

目前container 里面只有/bin/bash , 且进程号为 1，不是我们常见的init进程，或者systemd 。因为/bin/bash 为该namespace 下的第一个进程，说明我们的pid namespace隔离成功。

mount 自由一些基本的文件系统，和宿主机的不一样，说明mount namespace隔离成功。

我们在来看看cgroup的隔离情况，

从cgroup文件系统来看，memory限制的是我们设置的512M，cpu使用0-1号，

我们来实际测试一下：如何实现自己的linux container？

可以看出，只有0号和1号cpu idle为0 ，其他的都接近100%，说明cgroup隔离效果是很好的。如何实现自己的linux container？

我们的容器基本上是完成了。不可否认docker 是很好的工具，但这一切还是要归功于linux强大的内核。本文若有错误之处，请指出。

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完整代码：

#define _GNU_SOURCE  #include <sys/types.h>  #include <sys/wait.h>  #include <stdio.h>  #include <sched.h>  #include <signal.h>  #include <unistd.h>  #include <errno.h>  #include <stdlib.h>  #include <sys/mount.h>  #include <libcgroup.h>  #include <time.h>  #include <signal.h>  #define STACK_SIZE (1024 * 1024)   #define MEMORY_LIMIT (512*1024*1024)  const char* rootfs = "/data1/centos6/rootfs/"; //centos6 镜像位置  const char* hostname = "mydocker"; //container 主机名  static char child_stack[STACK_SIZE];  char* const child_args[] = {      "/bin/bash",      NULL  };  int pipe_fd【2】; //父子进程同步  int child_main(void* args) {      char c;      printf("In child process(container)\n");      chroot(rootfs); //用chroot 切换根目录      if(errno != 0){          perror("chroot()");          exit(1);      }  //clone 调用中的 CLONE_NEWUTS起隔离主机名和域名的作用  sethostname(hostname, sizeof(hostname));      if( errno != 0 ){          perror("sethostname()!");          exit(1);      }  //挂载proc子系统，CLONE_NEWNS 起隔离文件系统作用      mount("proc", "/proc", "proc", 0, NULL);      if (errno != 0){          perror("Mount(proc)");          exit(1);      }  //切换的根目录      chdir("/");      close(pipe_fd【1】);      read(pipe_fd【0】, &c, 1);      //设置veth1 网络      system("ip link set lo up");      system("ip link set veth1 up");      system("ip addr add 169.254.1.2/30 dev veth1");  //将子进程的镜像替换成bash      execv(child_args[0], child_args);      return 1;  }  struct cgroup*  cgroup_control(pid_t pid){      struct cgroup *cgroup = NULL;      int ret;      ret = cgroup_init();      char* cgname = malloc(19*sizeof(char));      if (ret) {          printf("error occurs while init cgroup.\n");          return NULL;      }      time_t now_time = time(NULL);      sprintf(cgname, "mydocker_%d", (int)now_time);      printf("%s\n", cgname);      cgroup = cgroup_new_cgroup(cgname);      if( !cgroup ){          ret = ECGFAIL;          printf("Error new cgroup%s\n", cgroup_strerror(ret));          goto out;      }      //添加cgroup memory 和 cpuset子系统      struct cgroup_controller *cgc = cgroup_add_controller(cgroup, "memory");      struct cgroup_controller *cgc_cpuset = cgroup_add_controller(cgroup, "cpuset");      if ( !cgc || !cgc_cpuset ){          ret = ECGINVAL;          printf("Error add controller %s\n", cgroup_strerror(ret));          goto out;      }      // 内存限制  512M      if( cgroup_add_value_uint64(cgc, "memory.limit_in_bytes", MEMORY_LIMIT) ){          printf("Error limit memory.\n");          goto out;      }      //限制只能使用0和1号cpu      if (  cgroup_add_value_string(cgc_cpuset, "cpuset.cpus", "0-1") ){          printf("Error limit cpuset cpus.\n");          goto out;      }      //限制只能使用0和1块内存      if (  cgroup_add_value_string(cgc_cpuset, "cpuset.mems", "0-1") ){          printf("Error limit cpuset mems.\n");          goto out;  }      ret = cgroup_create_cgroup(cgroup, 0);      if (ret){          printf("Error create cgroup%s\n", cgroup_strerror(ret));          goto out;      }      ret = cgroup_attach_task_pid(cgroup, pid);      if (ret){          printf("Error attach_task_pid %s\n", cgroup_strerror(ret));          goto out;      }      return cgroup;  out:      if (cgroup){          cgroup_delete_cgroup(cgroup, 0);          cgroup_free(&cgroup);      }      return NULL;  }  int main() {      char* cmd;      printf("main process: \n");      pipe(pipe_fd);      if( errno != 0){                                   perror("pipe()");          exit(1);      }      int child_pid = clone(child_main, child_stack + STACK_SIZE, \              CLONE_NEWNET | CLONE_NEWNS | CLONE_NEWPID | CLONE_NEWIPC | CLONE_NEWUTS | SIGCHLD, NULL);      struct cgroup* cg = cgroup_control(child_pid);      //添加veth pair ，设置veth1 namespace 为子进程的，veth0 在父进程的namespace  //linl3 实现起来太繁琐，借用命令行工具ip 实现      system("ip link add veth0 type veth peer name veth1");      asprintf(&cmd, "ip link set veth1 netns %d", child_pid);      system(cmd);      system("ip link set veth0 up");      system("ip addr add 169.254.1.1/30 dev veth0");      free(cmd);      //等执行以上命令，通知子进程，子进程设置自己的网络      close(pipe_fd【1】);      waitpid(child_pid, NULL, 0);      if (cg) {          cgroup_delete_cgroup(cg, 0); //删除cgroup 子系统      }      printf("child process exited.\n");      return 0;  }

来自：http://weibo.com/p/1001603824282965777334

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