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一文看懂docker两大核心内核技术--namespaces+cgroup

nanshan 2024-10-30 02:54 10 浏览 0 评论

概述

docker本质就是宿主机的一个进程，docker是通过namespace实现资源隔离，通过cgroup实现资源限制，通过写时复制技术（copy-on-write）实现了高效的文件操作（类似虚拟机的磁盘比如分配500g并不是实际占用物理磁盘500g）

1、namespaces 名称空间

很多编程语言都包含了命名空间的概念，我们可以认为命名空间是一种封装，封装本身实际上实现了代码的隔离，

在操作系统中命名空间命名空间提供的是系统资源的隔离，其中系统资源包括了：进程、网络、文件系统......

实际上linux系统实现命名空间主要目的之一就是为了实现轻量级虚拟化服务，也就是我们说的容器，在同一个命名空间下的进程可以感知彼此的变化，而对其他命名空间的进程一无所知，这样就可以让容器中的进程产生一个错觉，仿佛他自己置身于一个独立的系统环境当中，以此达到独立和隔离的目的。

这些隔离是怎么管理起来的呢？这里就需要用到Control groups控制组。

2、control Group 控制组

一种linux内核提供的一种可以限制、记录、隔离进程组所使用的理资源的机制。为容器而生，没有cgroups就没有今天的容器技术。

2.1、cgroup的特点是：

cgroup的api以一个伪文件系统的实现方式，用户的程序可以通过文件系统实现cgroup的组件管理。

cgroup的组件管理操作单元可以细粒度到线程级别，另外用户可以创建和销毁cgroup，从而实现资源载分配和再利用

所有资源管理的功能都以子系统的方式实现，接口统一子任务创建之初与其父任务处于同一个cgroup的控制组

2.2、cgroups子系统

  1. cpu 子系统，主要限制进程的 cpu 使用率。
  2. cpuacct 子系统，可以统计 cgroups 中的进程的 cpu 使用报告。
  3. cpuset 子系统，可以为 cgroups 中的进程分配单独的 cpu 节点或者内存节点。
  4. memory 子系统，可以限制进程的 memory 使用量。
  5. blkio 子系统，可以限制进程的块设备 io。
  6. devices 子系统，可以控制进程能够访问某些设备。
  7. net_cls 子系统，可以标记 cgroups 中进程的网络数据包，然后可以使用 tc 模块（traffic control）对数据包进行控制。
  8. net_prio — 这个子系统用来设计网络流量的优先级
  9. freezer 子系统，可以挂起或者恢复 cgroups 中的进程。
  10. ns 子系统，可以使不同 cgroups 下面的进程使用不同的 namespace
  11. hugetlb — 这个子系统主要针对于HugeTLB系统进行限制，这是一个大页文件系统。

2.3、四大功能：

  • 资源限制：可以对任务使用的资源总额进行限制
  • 优先级分配：通过分配的cpu时间片数量以及磁盘IO带宽大小，实际上相当于控制了任务运行优先级
  • 资源统计：可以统计系统的资源使用量，如cpu时长，内存用量等
  • 任务控制：cgroup可以对任务执行挂起、恢复等操作

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