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“容器”无疑是近年IT业界的buzzword,不过,在不同语境下,它对不同的人有不同的含义。在本文中,将从Linux容器、容器镜像和写时复制等方面来阐释容器的具体含义。
Linux容器
传统意义上的Linux容器实际上只是Linux系统上的普通进程。这些进程组使用资源约束(cgroups)、Linux安全约束(Unix权限、功能、SELinux、AppArmor和seccomp等)和命名空间(PID、网络和挂载等)与其他进程组隔离开来。
如果启动一个Linux系统并且查看使用cat /proc/PID/ cgroup的任意进程,将看到在cgroup中的某一进程。如果查看/proc/PID/status,则会看到其功能。如果查看/ proc / self / attr / current,将会获取SELinux标签们。如果查看/proc/PID/ns,会在其中看到一系列命名空间的进程。
所以,如果将容器定义为具有资源限制、Linux安全约束以及命名空间的进程,那么根据这一定义,Linux系统上的每个进程都运行在容器中。这就是为什么有人说“Linux即容器,容器即Linux”。而容器运行时则是修改这些资源限制、安全约束以及命名空间,并且可以启动容器的程序。
容器镜像
Docker引入了容器镜像的概念,这是一个标准的TAR文件,它包含了:
容器根文件系統(rootfs):在操作系统上带有根目录(/)标识的目录,例如:/usr,/var,/home等。
JSON文件(容器配置):JSON文件会规定如何运行rootfs,例如:当容器启动时应该在rootfs中运行什么指令或entrypoint,应该为容器设置什么样的环境变量,容器的工作目录是什么等。
Docker基础镜像由根文件系统和JSON文件组成,可以通过在基础镜像的根文件系统中安装所需的内容,以更新JSON文件,并且新建一个镜像层,通过这种方式可以制作一个新的镜像。
容器镜像的定义最终由Open Container Initiative(OCI)标准化为OCI镜像规范。
用于构建容器镜像的工具被称为容器镜像构建器(如Dockerfile),有时容器引擎也能够完成构建容器镜像的工作,当然也可以使用一些可以构建容器镜像的独立工具。
Docker获取了这些容器镜像(tarballs)然后将他们上传到一个Web服务中,可以从中拉取他们。然后Docker会开发一个协议以便顺利拉取这些镜像,而这一Web服务便被称为容器镜像仓库。
容器引擎可以从容器镜像仓库中拉取镜像,然后将其重组到容器存储上。此外,容器引擎也能启动容器运行。
Copy On Write
容器存储通常是一个写时复制(COW)分层文件系统。当从镜像仓库中拉取一个镜像时,首先,要从镜像中提取rootfs并且将其放到磁盘上。如果镜像由多层组成,那么在COW文件系统中需要将下载的每一层镜像文件储存在不同的层中。COW文件系统允许每一层分开存储,这将分层镜像的共享最大化。容器引擎通常支持不同类型的容器存储,如overlay,devicemapper,btrfs,aufs,zfs等。
容器运行时
容器引擎将容器镜像下载到容器存储中后,它需要创建一个容器运行的配置文件。这一配置文件结合了调用程序/用户的输入以及容器镜像规范的内容。举个例子,调用程序可能想对正在运行的容器进行指定的安全性修改、添加环境变量或者将volumes挂载到容器上,这都是调用程序输入的内容。
容器运行时配置和分解的rootfs同样也被OCI标准化为OCI运行时规范。
最后,容器引擎启动读取运行时规范的容器运行时,修改Linux cgroup、Linux安全约束以及命名空间,并且启动容器命令以创建PID1(Process ID1)。此时,容器引擎可以将stdin / stdout传回调用程序并控制容器(如,停止、启动和附加等)。
请注意,许多新的容器运行时在让Linux的不同部分来隔离容器。人们先可以使用KVM分离(如迷你虚拟机)运行容器,或者可以使用其他hypervisor策略(例如,拦截容器进程中的所有系统调用)。既然我们已经拥有一个标准的运行时规范,那么就能够通过相同的容器引擎启动这些工具。甚至Windows也可以使用OCI运行时规范来启动Windows容器。
容器编排引擎
容器编排引擎,相比其他容器工具而言,则处于更高的级别。容器编排是用于协调多个不同节点上的容器执行工具。容器编排引擎可以通过与容器引擎通信以管理容器,如启动容器并且将其网络连接在一起。它还能够监控容器以及在负载增加时启动其他容器。
Kubernetes是目前使用最为广泛的容器编排引擎,被大量的中小型企业用户用于开发或生产环境,并且已经成为业界公认的容器编排管理的标准框架。但是原生的Kubernetes因其学习曲线陡峭对于大多数开发人员而言很难直接上手使用。Rancher作为一个开源的企业级Kubernetes容器管理平台,其简洁直观的界面风格和操作体验可以极大程度地解决这一问题。并且Rancher实现了Kubernetes集群在混合云+本地数据中心的集中部署与管理,能统一纳管位于不同基础架构上的Kubernetes集群。此外,Rancher也将用户的安全问题放在首位。Kubernetes于8月6日发布新的补丁版本之后,Rancher反应迅速,在1天之后发布了全新版本Rancher 2.2.7,修复了CVE并支持Kubernetes新版本。
Linux容器
传统意义上的Linux容器实际上只是Linux系统上的普通进程。这些进程组使用资源约束(cgroups)、Linux安全约束(Unix权限、功能、SELinux、AppArmor和seccomp等)和命名空间(PID、网络和挂载等)与其他进程组隔离开来。
如果启动一个Linux系统并且查看使用cat /proc/PID/ cgroup的任意进程,将看到在cgroup中的某一进程。如果查看/proc/PID/status,则会看到其功能。如果查看/ proc / self / attr / current,将会获取SELinux标签们。如果查看/proc/PID/ns,会在其中看到一系列命名空间的进程。
所以,如果将容器定义为具有资源限制、Linux安全约束以及命名空间的进程,那么根据这一定义,Linux系统上的每个进程都运行在容器中。这就是为什么有人说“Linux即容器,容器即Linux”。而容器运行时则是修改这些资源限制、安全约束以及命名空间,并且可以启动容器的程序。
容器镜像
Docker引入了容器镜像的概念,这是一个标准的TAR文件,它包含了:
容器根文件系統(rootfs):在操作系统上带有根目录(/)标识的目录,例如:/usr,/var,/home等。
JSON文件(容器配置):JSON文件会规定如何运行rootfs,例如:当容器启动时应该在rootfs中运行什么指令或entrypoint,应该为容器设置什么样的环境变量,容器的工作目录是什么等。
Docker基础镜像由根文件系统和JSON文件组成,可以通过在基础镜像的根文件系统中安装所需的内容,以更新JSON文件,并且新建一个镜像层,通过这种方式可以制作一个新的镜像。
容器镜像的定义最终由Open Container Initiative(OCI)标准化为OCI镜像规范。
用于构建容器镜像的工具被称为容器镜像构建器(如Dockerfile),有时容器引擎也能够完成构建容器镜像的工作,当然也可以使用一些可以构建容器镜像的独立工具。
Docker获取了这些容器镜像(tarballs)然后将他们上传到一个Web服务中,可以从中拉取他们。然后Docker会开发一个协议以便顺利拉取这些镜像,而这一Web服务便被称为容器镜像仓库。
容器引擎可以从容器镜像仓库中拉取镜像,然后将其重组到容器存储上。此外,容器引擎也能启动容器运行。
Copy On Write
容器存储通常是一个写时复制(COW)分层文件系统。当从镜像仓库中拉取一个镜像时,首先,要从镜像中提取rootfs并且将其放到磁盘上。如果镜像由多层组成,那么在COW文件系统中需要将下载的每一层镜像文件储存在不同的层中。COW文件系统允许每一层分开存储,这将分层镜像的共享最大化。容器引擎通常支持不同类型的容器存储,如overlay,devicemapper,btrfs,aufs,zfs等。
容器运行时
容器引擎将容器镜像下载到容器存储中后,它需要创建一个容器运行的配置文件。这一配置文件结合了调用程序/用户的输入以及容器镜像规范的内容。举个例子,调用程序可能想对正在运行的容器进行指定的安全性修改、添加环境变量或者将volumes挂载到容器上,这都是调用程序输入的内容。
容器运行时配置和分解的rootfs同样也被OCI标准化为OCI运行时规范。
最后,容器引擎启动读取运行时规范的容器运行时,修改Linux cgroup、Linux安全约束以及命名空间,并且启动容器命令以创建PID1(Process ID1)。此时,容器引擎可以将stdin / stdout传回调用程序并控制容器(如,停止、启动和附加等)。
请注意,许多新的容器运行时在让Linux的不同部分来隔离容器。人们先可以使用KVM分离(如迷你虚拟机)运行容器,或者可以使用其他hypervisor策略(例如,拦截容器进程中的所有系统调用)。既然我们已经拥有一个标准的运行时规范,那么就能够通过相同的容器引擎启动这些工具。甚至Windows也可以使用OCI运行时规范来启动Windows容器。
容器编排引擎
容器编排引擎,相比其他容器工具而言,则处于更高的级别。容器编排是用于协调多个不同节点上的容器执行工具。容器编排引擎可以通过与容器引擎通信以管理容器,如启动容器并且将其网络连接在一起。它还能够监控容器以及在负载增加时启动其他容器。
Kubernetes是目前使用最为广泛的容器编排引擎,被大量的中小型企业用户用于开发或生产环境,并且已经成为业界公认的容器编排管理的标准框架。但是原生的Kubernetes因其学习曲线陡峭对于大多数开发人员而言很难直接上手使用。Rancher作为一个开源的企业级Kubernetes容器管理平台,其简洁直观的界面风格和操作体验可以极大程度地解决这一问题。并且Rancher实现了Kubernetes集群在混合云+本地数据中心的集中部署与管理,能统一纳管位于不同基础架构上的Kubernetes集群。此外,Rancher也将用户的安全问题放在首位。Kubernetes于8月6日发布新的补丁版本之后,Rancher反应迅速,在1天之后发布了全新版本Rancher 2.2.7,修复了CVE并支持Kubernetes新版本。