底層實作

Docker 底層的核心技術包括 Linux 上的命名空間(Namespaces)、控制組(Control groups)、Union 檔案系統(Union file systems)和容器格式(Container format)。

我們知道,傳統的虛擬機透過在宿主主機中執行 hypervisor 來模擬一整套完整的硬體環境提供給虛擬機的作業系統。虛擬機系統看到的環境是可限制的,也是彼此隔離的。 這種直接的做法實作了對資源最完整的封裝,但很多時候往往意味著系統資源的浪費。 例如,以宿主機和虛擬機系統都為 Linux 系統為例,虛擬機中執行的應用其實可以利用宿主機系統中的執行環境。

我們知道,在作業系統中,包括核心、檔案系統、網路、PID、UID、IPC、記憶體、硬盤、CPU 等等,所有的資源都是應用程式直接共享的。 要想實作虛擬化,除了要實作對記憶體、CPU、網路 IO、硬盤 IO、儲存空間等的限制外,還要實作檔案系統、網路、PID、UID、IPC 等等的相互隔離。

前者相對容易實作一些,後者則需要宿主機系統的深入支援。

隨著 Linux 系統對於命名空間功能的完善實作,程式員已經可以實作上面的所有需求,讓某些程式在彼此隔離的命名空間中執行。大家雖然都共用一個核心和某些執行時環境(例如一些系統命令和系統函式庫),但是彼此卻看不到,都以為系統中只有自己的存在。這種機制就是容器(Container),利用命名空間來做權限的隔離控制,利用 cgroups 來做資源分配。

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