還不懂Docker？一個故事安排的明明白白！
- 2020 年 11 月 19 日
- 筆記
程序員受苦久矣
多年前的一個夜晚，風雨大作，一個名叫Docker的年輕人來到Linux帝國拜見帝國的長老。
「Linux長老，天下程序員苦於應用部署久矣，我要改變這一現狀，希望長老你能幫幫我」
長老回答：「哦，小小年紀，口氣不小，先請入座，你有何所求，願聞其詳」
Docker坐下後開始侃侃而談：「當今天下，應用開發、測試、部署，各種庫的依賴紛繁複雜，再加上版本之間的差異，經常出現在開發環境運行正常，而到測試環境和線上環境就出問題的現象，程序員們飽受此苦，是時候改變這一狀況了。」
Docker回頭看了一眼長老接著說到：「我想做一個虛擬的容器，讓應用程序們運行其中，將它們需要的依賴環境整體打包，以便在不同機器上移植後，仍然能提供一致的運行環境，徹底將程序員們解放出來！」
Linux長老聽聞，微微點頭：「年輕人想法不錯，不過聽你的描述，好像虛擬機就能解決這個問題。將應用和所依賴的環境部署到虛擬機中，然後做個快照，直接部署虛擬機不就可以了嗎？」
Docker連連搖頭說到：「長老有所不知，虛擬機這傢伙笨重如牛，體積又大，動不動就是以G為單位的大小，因為它裏面要運行一個完整的操作系統，所以跑起來格外費勁，慢就不說了，還非常佔資源，一台機器上跑不了幾台虛擬機就把性能拖垮了！而我想要做一個輕量級的虛擬容器，只提供一個運行環境，不用運行一個操作系統，所有容器中的系統內核還是和外面的宿主機共用的，這樣就可以批量複製很多個容器，輕便又快捷」
Linux長老站了起來，來回踱步了幾圈，思考片刻之後，忽然拍桌子大聲說到：「真是個好想法，這個項目我投了！」
Docker眼裡見光，喜上眉梢，「這事還真離不開長老的幫助，要實現我說的目標，對進程的管理隔離都至關重要，還望長老助我一臂之力！」
「你稍等」，Linux長老轉身回到內屋。沒多久就出來了，手裡拿了些什麼東西。
「年輕人，回去之後，儘管放手大幹，我賜你三個錦囊，若遇難題，可依次拆開，必有大用」
Docker開心的收下了三個錦囊，拜別Linux長老後，冒雨而歸。
錦囊1：chroot & pivot_root
受到長老的鼓勵，Docker充滿了幹勁，很快就準備啟動他的項目。
作為一個容器，首要任務就是限制容器中進程的活動範圍——能訪問的文件系統目錄。決不能讓容器中的進程去肆意訪問真實的系統目錄，得將他們的活動範圍劃定到一個指定的區域，不得越雷池半步！
到底該如何限制這些進程的活動區域呢？Docker遇到了第一個難題。
苦思良久未果，Docker終於忍不住拆開了Linux長老送給自己的第一個錦囊，只見上面寫了兩個函數的名字：chroot & pivot_root。
Docker從未使用過這兩個函數，於是在Linux帝國四處打聽它們的作用。後來得知，通過這兩個函數，可以修改進程和系統的根目錄到一個新的位置。Docker大喜，長老真是誠不欺我！
有了這兩個函數，Docker開始想辦法怎麼來「偽造」一個文件系統來欺騙容器中的進程。
為了不露出破綻，Docker很聰明，用操作系統鏡像文件掛載到容器進程的根目錄下，變成容器的rootfs，和真實系統目錄一模一樣，足可以以假亂真：
$ ls /
bin dev etc home lib lib64 mnt opt proc root run sbin sys tmp usr var
錦囊2：namespace
文件系統的問題總算解決了，但是Docker不敢懈怠，因為在他心裏，還有一個大問題一直困擾着他，那就是如何把真實系統所在的世界隱藏起來，別讓容器中的進程看到。
比如進程列表、網絡設備、用戶列表這些，是決不能讓容器中的進程知道的，得讓他們看到的世界是一個乾淨如新的系統。
Docker心裏清楚，自己雖然叫容器，但這只是表面現象，容器內的進程其實和自己一樣，都是運行在宿主操作系統上面的一個個進程，想要遮住這些進程的眼睛，瞞天過海，實在不是什麼容易的事情。
Docker想過用HOOK的方式，欺騙進程，但實施起來工作太過複雜，兼容性差，穩定性也得不到保障，思來想去也沒想到什麼好的主意。
正在一籌莫展之際，Docker又想起了Linux長老送給自己的錦囊，他趕緊拿了出來，打開了第二個錦囊，只見上面寫着：namespace。
Docker還是不解其中之意，於是又在Linux帝國到處打聽什麼是namespace。
經過一陣琢磨，Docker總算是明白了，原來這個namespace是帝國提供的一種機制，通過它可以劃定一個個的命名空間，然後把進程劃分到這些命名空間中。
而每個命名空間都是獨立存在的，命名空間裏面的進程都無法看到空間之外的進程、用戶、網絡等等信息。
這不正是Docker想要的嗎？真是踏破鐵鞋無覓處，得來全不費功夫！
Docker趕緊加班加點，用上了這個namespace，將進程的「視野」鎖定在容器規定的範圍內，如此一來，容器內的進程彷佛被施上了障眼法，再也看不到外面的世界。
錦囊3：CGroup
文件系統和進程隔離的問題都解決了，Docker心裏的石頭總算是放下了。心裏着急着想測試自己的容器，可又好奇這最後一個錦囊寫的是什麼，於是打開了第三個錦囊，只見上面寫着：CGroup。
這又是什麼東西？Docker仍然看不懂，不過這一次管不了那麼許多了，先運行起來再說。
試着運行了一段時間，一切都在Docker的計劃之中，容器中的進程都能正常的運行，都被他構建的虛擬文件系統和隔離出來的系統環境給欺騙了，Docker高興壞了！
很快，Docker就開始在Linux帝國推廣自己的容器技術，結果大受歡迎，收穫了無數粉絲，連nginx、redis等一眾大佬都紛紛入駐。
然而，鮮花與掌聲的背後，Docker卻不知道自己即將大難臨頭。
這天，Linux帝國內存管理部的人扣下了Docker準備「處決」掉他，Docker一臉詫異的問到，「到底發生了什麼事，為什麼要對我下手？」
管理人員厲聲說到：「帝國管理的內存快被一個叫Redis的傢伙用光了，現在要挑選一些進程來殺掉，不好意思，你中獎了」
Redis？這傢伙不是我容器里的進程嗎？Docker心中一驚！
「兩位大人，我認識帝國的長老，麻煩通融通融，找別人去吧，Redis那傢伙，我有辦法收拾他」
沒想到他還認識帝國長老，管理人員猶豫了一下，就放了Docker到別處去了。
驚魂未定的Docker，思來想去，如果不對容器中的進程加以管束，那簡直太危險了！除了內存，還有CPU、硬盤、網絡等等資源，如果某個容器進程霸佔着CPU不放手，又或者某個容器進程瘋狂寫硬盤，那遲早得連累到自己身上。看來必須得對這些進程進行管控，防止他們干出出格的事來。
這時候，他想起了Linux長老的第三個錦囊：CGroup！說不定能解這燃眉之急。
經過一番研究，Docker如獲至寶，原來這CGroup和namespace類似，也是Linux帝國的一套機制，通過它可以劃定一個個的分組，然後限制每個分組能夠使用的資源，比如內存的上限值、CPU的使用率、硬盤空間總量等等。系統內核會自動檢查和限制這些分組中的進程資源使用量。
Linux長老這三個錦囊簡直太貼心了，一個比一個有用，Docker內心充滿了感激。
隨後，Docker加上了CGroup技術，加強了對容器中的進程管控，這才鬆了一口氣。
在Linux長老三個錦囊妙計的加持下，Docker可謂風光一時，成為了Linux帝國的大名人。
然而，能力越大，責任越大，讓Docker沒想到的是，新的挑戰還在後面。
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