【docker系列2】docker 的前世今生

Docker 入门，共 3 篇，将带大家进入 Docker 的世界。
首先了解 Docker 的发展历程，

然后快速掌握 Docker 的基本使用；

Docker 版本及内核兼容性选择是这部分的重点内容。大家如果在生产环境中需要使用 Docker 的话，建议重点关注这一篇。

下面我们就进入第一篇的内容。

Docker 在大多数人眼中几乎是容器（container）的代名词，即使是现在我也常会听到有人说“我在服务器上启动了 N 个 docker 在跑 XX 服务” 之类的话。

我们来看看为何 Docker 能成为容器的代名词，引领容器的时代。

容器技术的发展

chroot

在我看来，要梳理容器技术的发展，最早可以追溯到 1979 年，那时候 chroot 系统调用首次问世。

之后 1982 年 chroot 机制被移植到了 BSD 系统上，再后来便是我们所熟知的 Linux 系统上的 chroot 了。

我们有时会使用 chroot 改变某进程的根目录，使它不能访问该目录之外的其他目录。

这和我们在一个容器内的感觉很像了。事实上在几年前确实有人用一百多行的 bash 利用 chroot 写了一个模拟 Docker 创建容器的实现，称之为 bocker , 有兴趣的读者可以去看看该项目的代码。

这里我们来介绍一个实际使用 chroot 创建隔离环境的例子：

比方说我们想创建一个 Debian 的隔离环境，那可以使用 chroot 将 Debian 的 rootfs 根文件系统作为新进程的根。

至于 rootfs 如何获得，我们这里用 Docker 来完成，但这不是本节的重点，可以暂时忽略它，在以后的章节中我们会详细介绍。

# 创建一个空文件夹
(MoeLove) ➜  ~ mkdir chroot-dir
(MoeLove) ➜  ~ cd chroot-dir
# 使用 Docker 来提取 Debian 的 rootfs
(MoeLove) ➜  chroot-dir docker save -o debian.tar debian:buster
(MoeLove) ➜  chroot-dir ls
debian.tar
(MoeLove) ➜  chroot-dir tar -xf debian.tar
(MoeLove) ➜  chroot-dir ls
098963abf3c3b87b8114ff67d164097dfac2d5659e39f9beb5604db91585f375.json  debian.tar     repositories
0f28619fe69181d3af529d56692f1362b7a7c8a6bf8dc9ab0d6d4f9ef9b0004d       manifest.json
(MoeLove) ➜  chroot-dir mkdir -p debian
(MoeLove) ➜  chroot-dir tar -C debian -xf 0f28619fe69181d3af529d56692f1362b7a7c8a6bf8dc9ab0d6d4f9ef9b0004d/layer.tar
(MoeLove) ➜  chroot-dir ls debian
bin  boot  dev  etc  home  lib  lib64  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  usr  var

经过上述步骤，就拿到了 Debian 的 rootfs，接下来看看 chroot 的能力：

# 使用 debian 文件夹作为容器的根
(MoeLove) ➜  chroot-dir sudo chroot debian /bin/bash -i
[sudo] tao 的密码：
root@localhost:/# whoami
root
root@localhost:/# cat /etc/os-release
PRETTY_NAME="Debian GNU/Linux 10 (buster)"
NAME="Debian GNU/Linux"
VERSION_ID="10"
VERSION="10 (buster)"
VERSION_CODENAME=buster
ID=debian
HOME_URL="https://www.debian.org/"
SUPPORT_URL="https://www.debian.org/support"
BUG_REPORT_URL="https://bugs.debian.org/"

此时我们就已经在一个“容器”内了，来看下使用这个“容器”能做些什么。

首先看看当前“容器”内的路由表：

root@localhost:/# mkdir -p /sys
root@localhost:/# mount -t sysfs sys /sys
root@localhost:/# ip r
default via 192.168.0.1 dev wlp2s0 proto dhcp metric 600
172.17.0.0/16 dev docker0 proto kernel scope link src 172.17.0.1 linkdown
192.168.0.0/24 dev wlp2s0 proto kernel scope link src 192.168.0.108 metric 600
192.168.122.0/24 dev virbr0 proto kernel scope link src 192.168.122.1 linkdown

另外，还可以将 /proc 也挂载进去：

root@localhost:/# mkdir -p /proc
root@localhost:/# mount -t proc proc /proc
# 这里是随意找了一个进程进行查看
root@localhost:/# ls -al  /proc/31730/ns/pid
lrwxrwxrwx. 1 1000 1000 0 Jul 29 16:47 /proc/31730/ns/pid -> 'pid:[4026531836]'

可以看到在这个“容器”内，可以访问到主机上的进程信息，这表示没有任何的进程隔离，带来的危险是我们甚至可以在这个“容器”内杀掉主机上的进程，或者通过“容器”来攻击主机。

为了能更好的解决这个问题，接下来出现了另一个技术：Namespace。

Namespace

Namespace 是在 2002 年由 Linux 2.4.19 开始加入内核的特性，它的主要作用是做了一层抽象和隔离，使得在 namespace 中的进程 / 进程组可以看起来拥有自己的独立资源，具体的“资源”表现形式取决于给它赋予了哪些 namespace。

随着 2013 年 Linux 3.8 中 user namespace 的引入，对于我们现在所熟知的容器所需的全部 namespace 就都实现了：mnt、pid、net、ipc、uts、user 和 cgroup 对于这些 Namespace 和 Docker 的关系，我们在以后的章节中都会深入学习，这里先对 Namespace 做下介绍，便于大家了解容器技术的发展。

我们可以通过三个系统调用直接操作 Namespace，这三个系统调用分别是：

clone，可以通过传递不同 namespace 的标志来为新的（子）进程指定其所属的 namespace；
unshare，允许一个进程（或线程）取消当前与其他进程（或线程）共享的执行上下文；
setns，进入文件描述符指定的 namespace。

知道了这些基础知识后，我们回到前面“容器”的内容中。

我们在前面 chroot 的例子中看到没能做到进程隔离，现在来试试看用 namespace 完成该需求。

(MoeLove) ➜  ~ sudo unshare -fp --mount-proc -n
[sudo] tao 的密码：
[root@localhost]/home/tao# ps -a
  PID TTY          TIME CMD
    1 pts/15   00:00:00 zsh
   33 pts/15   00:00:00 ps

这里很明显，我们当前所在进程的 PID 为 1 并且看不到宿主机上的其他进程，达到了基础的隔离效果。

cgroups 和 LXC

另一条关键的时间线在 2008 年，cgroups 进入 Linux 2.6.24 后，基于它并且瞄准容器世界的一个项目诞生了。

Linux Container （LXC）结合了 namespace 和 cgroups 等技术，目标就是要创造出运行在 Linux 系统中，并且隔离性良好的容器环境。

LXC 的发布在 2008 年，但值得注意的是 cgroups 最初是由 Google 的工程师开发的，最早的记录是在 2006 年，事实上当时 Google 确实也在做类似的容器化项目。

Docker 的发展

时间一晃而过，就到了 2013 年的 PyCon 上，在这次大会上 Docker 正式面世。而它当时其实也只是构建在 LXC 之上的一个工具，屏蔽掉了 LXC 的使用细节，让用户可以一句 docker run 命令行便创建出自己的容器环境。

同时，它允许用户将容器环境打包成为一个 Docker 镜像进行分发，这也大大降低了用户使用的门槛。 Docker 镜像分发可以说是 Docker 成功的一个关键要素了。

另一个关键要素，我认为是开源生态，Docker 在首次亮相之后不久，就完全开源了，吸引了来自世界各地开发者的关注和积极贡献。

2014 年 Docker 发布 1.0 正式进入生产就绪的状态。在此之前它也将 LXC 逐步从它的底层移除，换成了自己实现的 libcontainer。

此后 Docker 便成为了风靡技术界的新热潮。

再后来也出现过 Swarm Mesos 和 Kubernetes 等众多容器编排系统争夺市场份额的情况，但是随着时间的推移，Kubernetes 成为了事实上的标准，国内外各个公司也都在推进 Kubernetes 的落地和实施。而 Docker 作为容器运行时，也正是极其关键的一环。

总结

从最先的 chroot 到后来的 namespace 和 cgroups 等，再到后来的 LXC 和 Docker 等技术的出现，这都是在容器技术领域的一种探索和前进。

当然，我这里只列出了我认为最核心和关键的内容，事实上当时技术圈除了这条主干之外，也有着很多支线剧情，比如从各类 PaaS （Platform as a Service）厂商的竞争到全面拥抱 Docker ，这些内容也从侧面来反映出了 Docker 的火热。