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Tiny CE

基于 Linux 的 Namespace 和 Cgroup 实现的一个简单的容器引擎.

安装

事先确认:

  1. 使用常见 Linux 发行版的较新版本, 或 Windows 10/11 WSL
  2. 已安装 Clang 5.0 及以上版本, 指南: https://rust-lang.github.io/rust-bindgen/requirements.html
  3. 已安装 Rust, 指南: https://www.rust-lang.org/tools/install
git clone https://github.com/FuuuOverclocking/tiny-ce.git
cd tiny-ce

已确认在以下环境中可用:

  • Windows 11 x64, WSL2, Ubuntu 20.04.1
  • rustc 1.60.0
  • cargo 1.60.0
  • gcc 9.4.0
  • clang 10.0.0-4ubuntu1
  • 测试镜像: DockerHub/centos, tag=centos7.9.2009

测试一下

测试报告：https://fuuuoverclocking.github.io/tiny-ce/report.html

我们在 test/centos/ 下提供了一个测试容器, 运行以下命令可测试.

⚠️ 需要 root 权限以运行, 将调用 sudo.

# 创建并启动一个容器 (若未满足测试条件, 将打印帮助)
cargo run cs

# 删除所有容器
cargo run d

❔ 发生了什么?

转到 src/main.rs: create_start(), delete_all() 查看测试过程.

Tiny CE 的目标

  • 实现进程, 用户, 文件系统, 网络等方面的隔离
  • 能够在 Ubuntu 系统上运行 CentOS 环境
  • 能够实现同一操作系统下两个容器之间的网络通信
  • 能够为容器分配定量的 CPU 和内存资源

Tiny CE 的规范

Tiny CE 的规范是 OCI 规范的一个较小的子集, 参见 docs/tiny-ce-spec.md.

OCI Runtime 标准翻译

翻译自: https://github.com/opencontainers/runtime-spec/commit/27924127bf391ea7691924c6dcb01f3369d69fe2

只翻译了感兴趣的部分, 好累..

参见 docs/oci-runtime-spec-1.1-alpha/index.md.

关于 create, start 的过程：

方法一：

借助 /bin/unshare 和 /bin/cgexec.

  • 容器引擎进程启动 cgexec
    • cgexec 启动 unshare
      • unshare 启动 config.process.args[0] 子进程.

方法二：

使用 C 接口的系统调用。

  1. 利用 youki/libcgroups 完成 cgroup 新建/删除 (实际上利用文件系统 mount 和读写)

  2. (不是 OCI 标准的内容) 利用 ip 命令在 /var/run/netns/ 下创建 net namespace

  3. 用 clone 系统调用, 创建子进程, 在创建时指定子进程的命名空间

  4. 子进程用 setns 系统调用进入 net 和 cgroup 命名空间, 以下都是子进程要干的活

  5. 挂载 rootfs:

    参考

    1. mount(NULL, "/", NULL, MS_REC | MS_PRIVATE, NULL)
    2. mount(new_root, new_root, NULL, MS_BIND, NULL)

  6. 用 mknod 系统调用, 在 rootfs 下创建 OCI 标准要求的 Linux 默认设备:

    vec![
    Device {
        path: String::from("/dev/null"),
        device_type: String::from("c"),
        major: 1,
        minor: 3,
        file_mode: Some(0o066),
        uid: Some(0),
        gid: Some(0),
    },
    Device {
        path: String::from("/dev/zero"),
        device_type: String::from("c"),
        major: 1,
        minor: 5,
        file_mode: Some(0o066),
        uid: Some(0),
        gid: Some(0),
    },
    Device {
        path: String::from("/dev/full"),
        device_type: String::from("c"),
        major: 1,
        minor: 7,
        file_mode: Some(0o066),
        uid: Some(0),
        gid: Some(0),
    },
    Device {
        path: String::from("/dev/random"),
        device_type: String::from("c"),
        major: 1,
        minor: 8,
        file_mode: Some(0o066),
        uid: Some(0),
        gid: Some(0),
    },
    Device {
        path: String::from("/dev/urandom"),
        device_type: String::from("c"),
        major: 1,
        minor: 9,
        file_mode: Some(0o066),
        uid: Some(0),
        gid: Some(0),
    },
    Device {
        path: String::from("/dev/tty"),
        device_type: String::from("c"),
        major: 5,
        minor: 0,
        file_mode: Some(0o066),
        uid: Some(0),
        gid: Some(0),
    },
    Device {
        path: String::from("/dev/ptmx"),
        device_type: String::from("c"),
        major: 5,
        minor: 2,
        file_mode: Some(0o066),
        uid: Some(0),
        gid: Some(0),
    },
]

  7. 根据 OCI 标准创建符号链接:

    /proc/self/fd   -> rootfs/dev/fd
/proc/self/fd/0 -> rootfs/dev/stdin
/proc/self/fd/1 -> rootfs/dev/stdout
/proc/self/fd/2 -> rootfs/dev/stderr

  8. cd rootfs

  9. pivot_root 系统调用

  10. unmount 旧根目录

  11. sethostname 系统调用

  12. 修改环境变量

  13. setuid, setgid 系统调用

  14. 进入 process.cwd, 执行 process.args

参考资料