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2.1 容器技术革命：为什么Docker能替代虚拟机？深度解析Namespace和Cgroup

引言

容器技术正在改变软件开发和部署的方式。Docker作为容器技术的代表，为什么能够替代传统的虚拟机？本文将深入解析容器技术的底层原理，特别是Namespace和Cgroup机制，帮助你理解容器技术的本质。

一、容器 vs 虚拟机

1.1 架构对比

虚拟机架构：

┌─────────────────────────────────────┐ │ 应用程序 │ ├─────────────────────────────────────┤ │ Guest OS │ ├─────────────────────────────────────┤ │ Hypervisor │ ├─────────────────────────────────────┤ │ Host OS │ ├─────────────────────────────────────┤ │ 硬件 │ └─────────────────────────────────────┘

容器架构：

┌─────────────────────────────────────┐ │ 容器1 容器2 容器3 │ ├─────────────────────────────────────┤ │ Container Runtime │ ├─────────────────────────────────────┤ │ Host OS │ ├─────────────────────────────────────┤ │ 硬件 │ └─────────────────────────────────────┘

1.2 性能对比

二、Linux Namespace

2.1 Namespace概述

Namespace是Linux内核提供的资源隔离机制，让进程拥有独立的系统视图。

2.2 六种Namespace类型

2.2.1 PID Namespace

进程ID隔离，每个容器有独立的进程树。

# 查看当前进程的PID Namespacels-l /proc/self/ns/pid# 创建新的PID Namespaceunshare --pid --fork /bin/bash

2.2.2 Network Namespace

网络隔离，每个容器有独立的网络栈。

# 创建Network Namespaceipnetnsaddtest-ns# 在Namespace中执行命令ipnetnsexectest-nsipaddr# 创建veth对连接两个Namespaceiplinkaddveth0typeveth peer name veth1iplinksetveth1 netns test-ns

2.2.3 Mount Namespace

文件系统隔离，每个容器有独立的挂载点。

# 创建Mount Namespaceunshare --mount --fork /bin/bash# 挂载文件系统mount-t tmpfs tmpfs /tmp

2.2.4 UTS Namespace

主机名和域名隔离。

# 创建UTS Namespace并修改主机名unshare --uts --fork /bin/bashhostnamecontainer-host

2.2.5 IPC Namespace

进程间通信隔离。

# 创建IPC Namespaceunshare --ipc --fork /bin/bash

2.2.6 User Namespace

用户和组ID隔离。

# 创建User Namespaceunshare --user --fork /bin/bash

2.3 实战：手动创建容器

#!/bin/bash# 创建一个简单的容器环境# 创建新的Namespaceunshare --pid --mount --net --uts --ipc --user --fork --mount-proc /bin/bash<<EOF # 设置主机名 hostname mycontainer # 挂载proc文件系统 mount -t proc proc /proc # 设置网络 ip link set lo up # 运行命令 ps aux hostname EOF

三、Linux Cgroup

3.1 Cgroup概述

Cgroup（Control Groups）用于限制和监控进程组的资源使用。

3.2 Cgroup v1子系统

3.2.1 CPU子系统

限制CPU使用。

# 创建CPU cgroupmkdir-p /sys/fs/cgroup/cpu/mycontainerecho50000>/sys/fs/cgroup/cpu/mycontainer/cpu.cfs_quota_usecho100000>/sys/fs/cgroup/cpu/mycontainer/cpu.cfs_period_us# 将进程加入cgroupecho$$>/sys/fs/cgroup/cpu/mycontainer/cgroup.procs

3.2.2 Memory子系统

限制内存使用。

# 创建Memory cgroupmkdir-p /sys/fs/cgroup/memory/mycontainerecho100M>/sys/fs/cgroup/memory/mycontainer/memory.limit_in_bytes# 将进程加入cgroupecho$$>/sys/fs/cgroup/memory/mycontainer/cgroup.procs

3.2.3 BlkIO子系统

限制块设备IO。

# 创建BlkIO cgroupmkdir-p /sys/fs/cgroup/blkio/mycontainerecho"8:0 1048576">/sys/fs/cgroup/blkio/mycontainer/blkio.throttle.read_bps_device# 将进程加入cgroupecho$$>/sys/fs/cgroup/blkio/mycontainer/cgroup.procs

3.3 Cgroup v2

Cgroup v2是新的统一层次结构：

# 挂载cgroup2