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因收到Google相关通知，网站将会择期关闭。相关通知内容
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09 资源隔离：为什么构建容器需要 Namespace ？
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我们知道， Docker 是使用 Linux 的 Namespace 技术实现各种资源隔离的。那么究竟什么是 Namespace，各种 Namespace 都有什么作用，为什么 Docker 需要 Namespace呢？下面我带你一一揭秘。
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首先我们来了解一下什么是 Namespace。
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什么是 Namespace？
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下面是 Namespace 的维基百科定义：
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Namespace 是 Linux 内核的一项功能，该功能对内核资源进行分区，以使一组进程看到一组资源，而另一组进程看到另一组资源。Namespace 的工作方式通过为一组资源和进程设置相同的 Namespace 而起作用，但是这些 Namespace 引用了不同的资源。资源可能存在于多个 Namespace 中。这些资源可以是进程 ID、主机名、用户 ID、文件名、与网络访问相关的名称和进程间通信。
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简单来说，Namespace 是 Linux 内核的一个特性，该特性可以实现在同一主机系统中，对进程 ID、主机名、用户 ID、文件名、网络和进程间通信等资源的隔离。Docker 利用 Linux 内核的 Namespace 特性，实现了每个容器的资源相互隔离，从而保证容器内部只能访问到自己 Namespace 的资源。
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最新的 Linux 5.6 内核中提供了 8 种类型的 Namespace：
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Namespace 名称
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作用
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内核版本
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Mount（mnt）
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隔离挂载点
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2.4.19
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Process ID (pid)
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隔离进程 ID
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2.6.24
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Network (net)
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隔离网络设备，端口号等
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2.6.29
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Interprocess Communication (ipc)
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隔离 System V IPC 和 POSIX message queues
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2.6.19
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UTS Namespace(uts)
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隔离主机名和域名
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2.6.19
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User Namespace (user)
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隔离用户和用户组
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3.8
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Control group (cgroup) Namespace
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隔离 Cgroups 根目录
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4.6
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Time Namespace
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隔离系统时间
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5.6
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虽然 Linux 内核提供了8种 Namespace，但是最新版本的 Docker 只使用了其中的前6 种，分别为Mount Namespace、PID Namespace、Net Namespace、IPC Namespace、UTS Namespace、User Namespace。
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下面，我们详细了解下 Docker 使用的 6 种 Namespace的作用分别是什么。
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各种 Namespace 的作用？
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（1）Mount Namespace
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Mount Namespace 是 Linux 内核实现的第一个 Namespace，从内核的 2.4.19 版本开始加入。它可以用来隔离不同的进程或进程组看到的挂载点。通俗地说，就是可以实现在不同的进程中看到不同的挂载目录。使用 Mount Namespace 可以实现容器内只能看到自己的挂载信息，在容器内的挂载操作不会影响主机的挂载目录。
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下面我们通过一个实例来演示下 Mount Namespace。在演示之前，我们先来认识一个命令行工具 unshare。unshare 是 util-linux 工具包中的一个工具，CentOS 7 系统默认已经集成了该工具，使用 unshare 命令可以实现创建并访问不同类型的 Namespace。
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首先我们使用以下命令创建一个 bash 进程并且新建一个 Mount Namespace：
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$ sudo unshare --mount --fork /bin/bash
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[root@centos7 centos]#
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执行完上述命令后，这时我们已经在主机上创建了一个新的 Mount Namespace，并且当前命令行窗口加入了新创建的 Mount Namespace。下面我通过一个例子来验证下，在独立的 Mount Namespace 内创建挂载目录是不影响主机的挂载目录的。
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首先在 /tmp 目录下创建一个目录。
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[root@centos7 centos]# mkdir /tmp/tmpfs
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创建好目录后使用 mount 命令挂载一个 tmpfs 类型的目录。命令如下：
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[root@centos7 centos]# mount -t tmpfs -o size=20m tmpfs /tmp/tmpfs
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然后使用 df 命令查看一下已经挂载的目录信息：
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[root@centos7 centos]# df -h
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Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
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/dev/vda1 500G 1.4G 499G 1% /
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devtmpfs 16G 0 16G 0% /dev
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tmpfs 16G 0 16G 0% /dev/shm
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tmpfs 16G 0 16G 0% /sys/fs/cgroup
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tmpfs 16G 57M 16G 1% /run
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tmpfs 3.2G 0 3.2G 0% /run/user/1000
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tmpfs 20M 0 20M 0% /tmp/tmpfs
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可以看到 /tmp/tmpfs 目录已经被正确挂载。为了验证主机上并没有挂载此目录，我们新打开一个命令行窗口，同样执行 df 命令查看主机的挂载信息：
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[centos@centos7 ~]$ df -h
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Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
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devtmpfs 16G 0 16G 0% /dev
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tmpfs 16G 0 16G 0% /dev/shm
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tmpfs 16G 57M 16G 1% /run
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tmpfs 16G 0 16G 0% /sys/fs/cgroup
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/dev/vda1 500G 1.4G 499G 1% /
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tmpfs 3.2G 0 3.2G 0% /run/user/1000
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通过上面输出可以看到主机上并没有挂载 /tmp/tmpfs，可见我们独立的 Mount Namespace 中执行 mount 操作并不会影响主机。
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为了进一步验证我们的想法，我们继续在当前命令行窗口查看一下当前进程的 Namespace 信息，命令如下：
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[root@centos7 centos]# ls -l /proc/self/ns/
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total 0
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lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Sep 4 08:20 ipc -> ipc:[4026531839]
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lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Sep 4 08:20 mnt -> mnt:[4026532239]
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lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Sep 4 08:20 net -> net:[4026531956]
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lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Sep 4 08:20 pid -> pid:[4026531836]
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lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Sep 4 08:20 user -> user:[4026531837]
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lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Sep 4 08:20 uts -> uts:[4026531838]
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然后新打开一个命令行窗口，使用相同的命令查看一下主机上的 Namespace 信息：
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[centos@centos7 ~]$ ls -l /proc/self/ns/
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total 0
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lrwxrwxrwx. 1 centos centos 0 Sep 4 08:20 ipc -> ipc:[4026531839]
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lrwxrwxrwx. 1 centos centos 0 Sep 4 08:20 mnt -> mnt:[4026531840]
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lrwxrwxrwx. 1 centos centos 0 Sep 4 08:20 net -> net:[4026531956]
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lrwxrwxrwx. 1 centos centos 0 Sep 4 08:20 pid -> pid:[4026531836]
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lrwxrwxrwx. 1 centos centos 0 Sep 4 08:20 user -> user:[4026531837]
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lrwxrwxrwx. 1 centos centos 0 Sep 4 08:20 uts -> uts:[4026531838]
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通过对比两次命令的输出结果，我们可以看到，除了 Mount Namespace 的 ID 值不一样外，其他Namespace 的 ID 值均一致。
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通过以上结果我们可以得出结论，使用 unshare 命令可以新建 Mount Namespace，并且在新建的 Mount Namespace 内 mount 是和外部完全隔离的。
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（2）PID Namespace
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PID Namespace 的作用是用来隔离进程。在不同的 PID Namespace 中，进程可以拥有相同的 PID 号，利用 PID Namespace 可以实现每个容器的主进程为 1 号进程，而容器内的进程在主机上却拥有不同的PID。例如一个进程在主机上 PID 为 122，使用 PID Namespace 可以实现该进程在容器内看到的 PID 为 1。
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下面我们通过一个实例来演示下 PID Namespace的作用。首先我们使用以下命令创建一个 bash 进程，并且新建一个 PID Namespace：
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$ sudo unshare --pid --fork --mount-proc /bin/bash
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[root@centos7 centos]#
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执行完上述命令后，我们在主机上创建了一个新的 PID Namespace，并且当前命令行窗口加入了新创建的 PID Namespace。在当前的命令行窗口使用 ps aux 命令查看一下进程信息：
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[root@centos7 centos]# ps aux
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USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
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root 1 0.0 0.0 115544 2004 pts/0 S 10:57 0:00 bash
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root 10 0.0 0.0 155444 1764 pts/0 R+ 10:59 0:00 ps aux
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通过上述命令输出结果可以看到当前 Namespace 下 bash 为 1 号进程，而且我们也看不到主机上的其他进程信息。
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（3）UTS Namespace
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UTS Namespace 主要是用来隔离主机名的，它允许每个 UTS Namespace 拥有一个独立的主机名。例如我们的主机名称为 docker，使用 UTS Namespace 可以实现在容器内的主机名称为 lagoudocker 或者其他任意自定义主机名。
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同样我们通过一个实例来验证下 UTS Namespace 的作用，首先我们使用 unshare 命令来创建一个 UTS Namespace：
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$ sudo unshare --uts --fork /bin/bash
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[root@centos7 centos]#
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创建好 UTS Namespace 后，当前命令行窗口已经处于一个独立的 UTS Namespace 中，下面我们使用 hostname 命令（hostname 可以用来查看主机名称）设置一下主机名：
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root@centos7 centos]# hostname -b lagoudocker
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然后再查看一下主机名：
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[root@centos7 centos]# hostname
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lagoudocker
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通过上面命令的输出，我们可以看到当前UTS Namespace 内的主机名已经被修改为 lagoudocker。然后我们新打开一个命令行窗口，使用相同的命令查看一下主机的 hostname：
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[centos@centos7 ~]$ hostname
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centos7
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可以看到主机的名称仍然为 centos7，并没有被修改。由此，可以验证 UTS Namespace 可以用来隔离主机名。
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（4）IPC Namespace
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IPC Namespace 主要是用来隔离进程间通信的。例如 PID Namespace 和 IPC Namespace 一起使用可以实现同一 IPC Namespace 内的进程彼此可以通信，不同 IPC Namespace 的进程却不能通信。
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同样我们通过一个实例来验证下IPC Namespace的作用，首先我们使用 unshare 命令来创建一个 IPC Namespace：
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$ sudo unshare --ipc --fork /bin/bash
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[root@centos7 centos]#
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下面我们需要借助两个命令来实现对 IPC Namespace 的验证。
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ipcs -q 命令：用来查看系统间通信队列列表。
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ipcmk -Q 命令：用来创建系统间通信队列。
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我们首先使用 ipcs -q 命令查看一下当前 IPC Namespace 下的系统通信队列列表：
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[centos@centos7 ~]$ ipcs -q
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------ Message Queues --------
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key msqid owner perms used-bytes messages
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由上可以看到当前无任何系统通信队列，然后我们使用 ipcmk -Q 命令创建一个系统通信队列：
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[root@centos7 centos]# ipcmk -Q
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Message queue id: 0
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再次使用 ipcs -q 命令查看当前 IPC Namespace 下的系统通信队列列表：
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[root@centos7 centos]# ipcs -q
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------ Message Queues --------
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key msqid owner perms used-bytes messages
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0x73682a32 0 root 644 0 0
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可以看到我们已经成功创建了一个系统通信队列。然后我们新打开一个命令行窗口，使用ipcs -q 命令查看一下主机的系统通信队列：
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[centos@centos7 ~]$ ipcs -q
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------ Message Queues --------
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key msqid owner perms used-bytes messages
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通过上面的实验，可以发现，在单独的 IPC Namespace 内创建的系统通信队列在主机上无法看到。即 IPC Namespace 实现了系统通信队列的隔离。
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（5）User Namespace
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User Namespace 主要是用来隔离用户和用户组的。一个比较典型的应用场景就是在主机上以非 root 用户运行的进程可以在一个单独的 User Namespace 中映射成 root 用户。使用 User Namespace 可以实现进程在容器内拥有 root 权限，而在主机上却只是普通用户。
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User Namesapce 的创建是可以不使用 root 权限的。下面我们以普通用户的身份创建一个 User Namespace，命令如下：
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[centos@centos7 ~]$ unshare --user -r /bin/bash
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[root@centos7 ~]#
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CentOS7 默认允许创建的 User Namespace 为 0，如果执行上述命令失败（ unshare 命令返回的错误为 unshare: unshare failed: Invalid argument ），需要使用以下命令修改系统允许创建的 User Namespace 数量，命令为：echo 65535 > /proc/sys/user/max_user_namespaces，然后再次尝试创建 User Namespace。
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然后执行 id 命令查看一下当前的用户信息：
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[root@centos7 ~]# id
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uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root),65534(nfsnobody) context=unconfined_u:unconfined_r:unconfined_t:s0-s0:c0.c1023
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通过上面的输出可以看到我们在新的 User Namespace 内已经是 root 用户了。下面我们使用只有主机 root 用户才可以执行的 reboot 命令来验证一下，在当前命令行窗口执行 reboot 命令：
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[root@centos7 ~]# reboot
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Failed to open /dev/initctl: Permission denied
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Failed to talk to init daemon.
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可以看到，我们在新创建的 User Namespace 内虽然是 root 用户，但是并没有权限执行 reboot 命令。这说明在隔离的 User Namespace 中，并不能获取到主机的 root 权限，也就是说 User Namespace 实现了用户和用户组的隔离。
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（6）Net Namespace
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Net Namespace 是用来隔离网络设备、IP 地址和端口等信息的。Net Namespace 可以让每个进程拥有自己独立的 IP 地址，端口和网卡信息。例如主机 IP 地址为 172.16.4.1 ，容器内可以设置独立的 IP 地址为 192.168.1.1。
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同样用实例验证，我们首先使用 ip a 命令查看一下主机上的网络信息：
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$ ip a
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1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
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link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
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inet 127.0.0.1/8 scope host lo
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valid_lft forever preferred_lft forever
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inet6 ::1/128 scope host
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valid_lft forever preferred_lft forever
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2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
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link/ether 02:11:b0:14:01:0c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
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inet 172.20.1.11/24 brd 172.20.1.255 scope global dynamic eth0
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valid_lft 86063337sec preferred_lft 86063337sec
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inet6 fe80::11:b0ff:fe14:10c/64 scope link
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valid_lft forever preferred_lft forever
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3: docker0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state DOWN group default
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link/ether 02:42:82:8d:a0:df brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
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inet 172.17.0.1/16 scope global docker0
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valid_lft forever preferred_lft forever
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inet6 fe80::42:82ff:fe8d:a0df/64 scope link
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valid_lft forever preferred_lft forever
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然后我们使用以下命令创建一个 Net Namespace：
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$ sudo unshare --net --fork /bin/bash
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[root@centos7 centos]#
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同样的我们使用 ip a 命令查看一下网络信息：
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[root@centos7 centos]# ip a
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1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
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link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
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可以看到，宿主机上有 lo、eth0、docker0 等网络设备，而我们新建的 Net Namespace 内则与主机上的网络设备不同。
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为什么 Docker 需要 Namespace？
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Linux 内核从 2002 年 2.4.19 版本开始加入了 Mount Namespace，而直到内核 3.8 版本加入了 User Namespace 才为容器提供了足够的支持功能。
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当 Docker 新建一个容器时， 它会创建这六种 Namespace，然后将容器中的进程加入这些 Namespace 之中，使得 Docker 容器中的进程只能看到当前 Namespace 中的系统资源。
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正是由于 Docker 使用了 Linux 的这些 Namespace 技术，才实现了 Docker 容器的隔离，可以说没有 Namespace，就没有 Docker 容器。
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小结
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到此，相信你已经了解了什么是 Namespace。Namespace 是 Linux 内核的一个特性，该特性可以实现在同一主机系统中对进程 ID、主机名、用户 ID、文件名、网络和进程间通信等资源的隔离。Docker 正是结合了这六种 Namespace 的功能，才诞生了 Docker 容器。
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最后，试想下，当我们使用 docker run –net=host 命令启动容器时，容器是否和主机共享同一个 Net Namespace？思考后，可以把你的想法写在留言区。
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