《自己动手写docker》笔记

《自己动手写docker》笔记 | 李乾坤的博客

docker中涉及到的一些linux知识

该图是两个角色，并不准确，还未准确理解mydocker，mydocker runCommand进程，mydocker initCommand进程，以及用户自定义command的作用关系。但大体可以分为 mydocker 一方，容器一方。

据猜测应该是，mydocker runCommand 进程 启动 了 initCommand 进程（相当于 mydocker run 内部执行了 mydocker init），同时为两者沟通建立管道，并为其配置cgroup。 initComand 启动后挂载文件系统，从管道中读取用户输入的command，用户输入的command 顶替掉 initCommand

从图中可以看到，能在父进程的干的，就在父进程干了（不准确的说，runCommand 是“父进程”的父进程，父进程是initCommand的父进程）。比如提前预备好子进程的root目录，子进程只是change root 一下。比如配置父进程的namespace 和 cgroup，因为子进程会自动继承。 父进程 还负责 在子进程 退出时 进行子进程相关资源的清理工作。 go语言中

{
    cmd:=NewProcess(xx)	// 创建进程对象
    if err:= cmd.Start();err != nil {	 // 启动子进程
        log.Error(err)		
    }
    ...  // 这里cmd.Process.pid 拿到子进程的pid 能干很多事，比如设置cgroup
    cmd.Wait() // 该函数阻塞知道子进程退出,比如子进程命令敲入exit
    ...	 // 这里可以做一些 清理工作
}

镜像的来龙去脉

1. 虚拟机启动时，是完全的全新启动内核，挂载rootfs及特定发行版对应的文件系统（比如ubuntu的ext4）；
2. 容器启动时，只是运行了一个进程
   1. mount namespace/changeroot 使得进程将某个目录作为其根目录
   2. UFS 使得多个容器可以共用镜像文件但不改变其内容，也不会相互影响

镜像是一个压缩后的文件夹

1. 通过namespace，可以让容器工作在一个隔离的环境中。但用户输入的command 比如/bin/sh 仍然是宿主机上的可执行文件。（注意，此时只是新的mnt namespace，还没有change root）
2. 下载busybox 镜像，将其解压至目录/root/busybox，会看到内容为

    bin
    dev
    etc
    home
    lib
    mnt
    opt
    proc
    bin
    sbin
    tmp
    ...

   changeroot

2019.3.13 补充：Mount Namespace 修改的，是容器进程对文件系统“挂载点”的认知。但是，这也就意味着，只有在“挂载”这个操作发生之后，进程的视图才会被改变。而在此之前，新创建的容器会直接继承宿主机的各个挂载点。

1. 启动带有namespace 隔离的进程，并将/root/busybox 作为其根目录。那么该进程运行的 可执行文件 便来自 /root/busybox 这片小天地了。
2. 将/root/busybox 作为进程根目录之后，mount -t proc proc /proc mount -t tmpfs dev /dev，proc 和 dev 都是临时数据，busybox 提供不了（或无需提供）。此时，跟一个容器就很像了：进程隔离，资源限制，所有的数据文件被限制在/root/busybox 下。学名叫：一个有镜像的环境。此时，可以用centos 的内核跑出ubuntu的感觉。

联合挂载——不想让进程直接操作镜像文件

1. 但是，/root/busybox 中的数据 都是busybox 镜像文件的内容，进程的运行会更改这些镜像文件。所以，aufs 终于可以登场了。学名叫：容器和镜像隔离。

2. 镜像文件夹 /root/busybox，别名readOnlyLayer. 另创建一个/root/writeLayer 作为writeLayer. 通过mount -t aufs -o dirs=/root/busybox:/root/writeLayer none /root/mnt 挂到 /root/mnt 并将其作为 进程的根目录。 进程退出时，卸载/root/mnt,删除/root/writeLayer，/root/busybox 独善其身。所谓的layer 就是一个个文件夹，不管是提供操作系统文件还是单纯提供一个挂载点，在root namespace 看是平级关系，在容器 namespace 看是有层次关系。

3. 容器退出后，删除/root/writeLayer，写入的数据全丢了，通常也不是我们想要的。因此在上述挂载完/root/mnt，执行 mount -t aufs -o dirs=/root/hostVolume /root/mnt/containerVolume 将主机的/root/hostVolume 目录挂载到 主机的/root/mnt/containerVolume 上，也就是容器的/containerVolume 上。
4. 所谓镜像打包，就是将 进程的 根目录/root/mnt 打包成tar文件。因为子进程挂载的 /proc,/dev 父进程也看不到，它们是内存数据，再加上打包时，通常已经退出了容器进程，所以不用担心 打包无效数据进去。

上述 过程 阐述了二层模式的镜像分层存储的原理， 虽然不是docker的最终形态，但非常直观的将 namespace、cgroup、aufs 等技术与docker 关联在了一起。

mount namespace 虽然很重要，但隔离本身并不能让容器工作，解压镜像、挂载/proc、专门的读写层、挂载volume 这系列技术的组合运用才是 关键。

为什么tty 和 d 不能共存？

使用tty后，mydocker没有退出，其实是卡在哪里，等待子进程退出。但因为你将mydocker 的 stdin和stdout 也赋给了 子进程，你shell 输入的 stdin 数据会被 容器/子进程的/bin/sh 接收，子进程的输出stdout也 会展示到 当前的shell 上。你shell 敲入 exit，则子进程退出， 父进程 cmd.Wait()返回，代码执行完毕也退出了。

d 表示 mydocker/父进程退出时，子进程仍然可以运行。此时，父进程代码中，只能

{
    ... 
    if tty{
        cmd.Wait()
    }
}

即 父子进程 支持detach 之后，父进程 启动 子进程后会立即退出，自然也就不存在 通过 父进程的stdin 给 子进程 传命令的 可能了。

当我在说“进入容器“时，我在说什么？

1. 你拿到了容器进程 关联的stdin，并且容器进程 能够处理stdin（比如各种bash），则你可以和容器 进程交互。
2. 你新创建一个进程，并且它的namespace 与 容器中的进程一样。就像docker exec -it containerName bash，本质就是为bash 进程赋予了containerName 一样的namesapce

从这个角度看， 容器中的进程有两类

1. 容器启动进程及其 衍生的进程
2. 人为设定的进程， 类似于容器 环境的 attacker

为什么通过子进程 实现command 的执行？

docker 中这样做有两个场景：

1. docker run
2. docker exec

类似docker ps 本质就是到特定 位置读取文件数据，而command 可以看简单，也可以很复杂（比如tomcat等），此时就需要单独的进程来执行。更重要的是，docker run 要为command 创建独立的环境， docker exec要为 command 赋予 特定的环境。当你使用 docker exec <existing-container><command> 在现有容器中执行命令时，实际上是在运行（即 create 然后 start）一个全新的容器，该容器恰好重用了目标容器的所有命名空间

停止容器的本质是什么？

以daemon 方式启动容器后，docker 在创建 容器进程后 就退出了，容器进程 此时和 linux pid=1 进程为父子关系。docker stop 进程与 容器进程 没啥关系。docker stop 的工作 就是找到 容器进程的 pid，向其发送 sigterm（你自己 kill -TERM pid也可以）， 并更改容器状态文件。

linux 实际是通过 网络设备 去操作和使用网卡的，系统装了一个网卡之后会为其 生成一个网络设备实例， 比如eth0（注意，这是一个”网络设备“，不是网卡）。而随着网络虚拟化技术的发展，Linux 支持创建出虚拟化的设备， 可以通过虚拟化设备的组合实现多种多样的功能和网络拓扑。

eth0 在linux中 就是一个 struct device , 每一个struct device 都有一个irq（中断号）。网络数据到达，触发中断，执行网卡驱动程序，根据中断号找到 struct device，从下到上执行 网络协议栈 流程，参见Linux网络源代码学习

此处有几个基本抽象

1. 网络

    type Network struct{
        Name string		// 网络名
        IpRange *net.IPNet	// 地址段
        Driver string		// 网络驱动名
    }
   

2. 网络端点

    type Endpoint struct{
        ID string,
        Device netlink.Veth
        IPAddress net.IP
        MacAddress net.HardwareAddr
        PortMapping []string
        Network *Network
    }
   

3. 网络驱动

    type NetworkDriver interface{
        Name() string
        Create(subnet string,name string)(*Network,error)
        Delete(network Network) error
        Connect(network *Network,endpoint * Endpoint) error
        Disconnect(network *Network,endpoint * Endpoint) error
    }
   

4. ipam

    type IPAM struct{
        ...
    }
    func (ipam *IPAM)Allocate(subnet *net.IPNet)(ip net.IP,err error)
    func (ipam *IPAm)Release(subnet *net.IPNet,ipaddr *net.IP) error
   

   从中可以看到

5. 网络信息的dump，就是将 Network json化并写入文件中

6. 对于bride network driver

   1. 网络的创建 就是调用IPAM 获取网关地址，创建一个网桥（包括创建和配置网桥，设置iptables 规则）
   2. 网络的删除 就是删除 网桥

   3. Connect 操作的步骤

      1. 创建veth
      2. 挂载一端到Bridge上
      3. 将另一端移动到netns 中
      4. 设置另一端的ip 地址
      5. 设置netns中的路由
      6. 设置端口映射
7. 网络的生命周期 和 容器是不同的，网络也是mydocker 数据（也可以叫资源）管理的一部分。所以此处 网络的抽象很了不起，Create和Delete 用于管理网路的生命周期（还有mydocker network ls），Connect和Disconnect 用于 和容器生命周期的交互。

mydocker 与 docker 区别

1. mydocker commond 都是直接执行 代码，而docket command 实际是 docker client 发送命令到 dockerd或后来的 containerd

我们常说，docker的核心技术是namespace、cgroup、aufs。具体的说，光namespace，没有其他“微操”，比如veth pair 也是很尴尬的。《自己动手写docker》 提供了一个很有意思的线：

1. 光有namespace，进程什么样
2. namespace + cgroup + base image files + change root 是啥效果
3. 加上aufs 呢
4. 数据持久化呢
5. 后台运行呢
6. 排查调错呢

我们有机会看到：从无到有，每扩充一个特性，“容器”是个什么样子。

Docker：一场令人追悔莫及的豪赌 要点如下：

1. 将所有依赖关系、一切必要配置乃至全部必要的资源都塞进同一个二进制文件，从而简化整体系统资源机制。 如果具备这种能力，docker 便不是必要的。

   • 静态链接库方式。一些语言，比如go，可以将依赖一起打包，生成一个毫无依赖的二进制文件。
   • macos 则从 更广泛的意义上实现了 该效果
2. Docker 的重点 不在于 提供可移植性、安全性以及资源管理与编排能力，而是 标准化。docker 做的事情以前各种运维工程师也在做，只是在A公司的经验无法复制到B公司上。
3. 在我看来，Docker有朝一日将被定性为一个巨大的错误。其中最强有力的论据在于，即使最终成为标准、始终最终发展成熟，Docker也只是为科技行业目前遭遇的种种难题贴上一张“创可贴”

Is K8s Too Complicated?

• Kubernetes is a complex system. It does a lot and brings new abstractions. Those abstractions aren’t always justified for all problems. I’m sure that there are plenty of people using Kubernetes that could get by with something simpler.
• That being said, I think that, as engineers, we tend to discount the complexity we build ourselves vs. complexity we need to learn. 个人也觉得 k8s 管的太宽了，实现基本功能，外围的我们自己做，也比学它的弄法要好。
• 文章的后半部分基本都是吐槽，没啥实质的内容。

An architecture of small apps