# 从零开始写 Docker(八)---实现 Mydocker Run -D 支持后台运行容器 ![mydocker-run-d.png](https://img.lixueduan.com/docker/mydocker/cover/mydocker-run-d.png) 本文为从零开始写 Docker 系列第八篇，实现类似 docker run -d 的功能，使得容器能够后台运行。 --- > 完整代码见：[https://github.com/lixd/mydocker](https://github.com/lixd/mydocker) > 欢迎 Star 推荐阅读以下文章对 docker 基本实现有一个大致认识： * **核心原理**：[深入理解 Docker 核心原理：Namespace、Cgroups 和 Rootfs](https://www.lixueduan.com/posts/docker/03-container-core/) * **基于 namespace 的视图隔离**：[探索 Linux Namespace：Docker 隔离的神奇背后](https://www.lixueduan.com/posts/docker/05-namespace/) * **基于 cgroups 的资源限制** * [初探 Linux Cgroups：资源控制的奇妙世界](https://www.lixueduan.com/posts/docker/06-cgroups-1/) * [深入剖析 Linux Cgroups 子系统：资源精细管理](https://www.lixueduan.com/posts/docker/07-cgroups-2/) * [Docker 与 Linux Cgroups：资源隔离的魔法之旅](https://www.lixueduan.com/posts/docker/08-cgroups-3/) * **基于 overlayfs 的文件系统**：[Docker 魔法解密：探索 UnionFS 与 OverlayFS](https://www.lixueduan.com/posts/docker/09-ufs-overlayfs/) * **基于 veth pair、bridge、iptables 等等技术的 Docker 网络**：[揭秘 Docker 网络：手动实现 Docker 桥接网络](https://www.lixueduan.com/posts/docker/10-bridge-network/) --- 开发环境如下： ```bash root@mydocker:~# lsb_release -a No LSB modules are available. Distributor ID: Ubuntu Description: Ubuntu 20.04.2 LTS Release: 20.04 Codename: focal root@mydocker:~# uname -r 5.4.0-74-generic ``` --- > 注意：需要使用 root 用户 ## 1. 概述 经过前面的 7 篇文章，我们已经基本实现了一个简单的 docker 了。 不过与 Docker 创建的容器相比，我们还缺少以下功能 * 1）指定后台运行容器，也就是 detach 功能 * 2）通过 docker ps 查看目前处于运行中的容器 * 3）通过docker logs 查看容器的输出 * 4）通过 docker exec 进入到一个已经创建好了的容器中 后续几篇文章主要就是一一实现这些功能，本文首先实现 `mydocker run -d` 让容器后台运行。 ## 2. 原理分析 在 Docker 早期版本，所有的容器 init 进程都是从 docker daemon 这个进程 fork 出来的，这也就会导致一个众所周知的问题，如果 docker daemon 挂掉，那么所有的容器都会宕掉，这给升级 docker daemon 带来很大的风险。 子进程的结束和父进程的运行是一个异步的过程，即父进程永远不知道子进程到底什么时候结束。如果创建子进程的父进程退出，那么这个子进程就成了没人管的孩子，俗称孤儿进程。为了避免孤儿进程退出时无法释放所占用的资源而僵死，进程号为 1 的 init 进程就会接受这些孤儿进程。 即：Docker 早期架构中，docker daemon挂掉后，所有容器作为子进程都会被 init 进程托管，实际上还是可以运行的，但是 docker daemon 挂了会导致他维护的一些资源也没了，所以容器实际上是不能正常运行的。 为了解决该问题后来，Docker 使用了 containerd， 负责管理容器的生命周期，包括创建、运行、停止等。同时 containerd 为每个进程都启动了一个 init 进程(图中的 `containerd-shim`)，`containerd-shim` 进程负责接收来自 `containerd` 的命令，启动容器中的进程，并监控它们的生命周期。 便可以实现即使 daemon 挂掉，容器依然健在的功能了，其结构如下图所示。 ![docker-engine-arch.png](https://img.lixueduan.com/docker/mydocker/docker-engine-arch.png) 为了简单起见，我们就按照 Docker 早期架构实现吧。在我们的实现中： * 当前运行命令的 mydocker 是主进程 * 容器是被当前 mydocker 进程 fork 出来的子进程。 > 这样看来，mydocker 可以看做是图中的 containerd，mydocker 中具体实现 Namespace 隔离，cgroups 资源限制的部分代码则可以看做是 runC或者 libcontainer。 具体实现就是，fork 出子进程后，mydocker 进程直接退出掉。而当 mydocker 进程退出后，容器进程就会被 init 进程接管，这时容器进程还是运行着的。 > 也算是实现了一个简易版本的后台运行。 ## 3. 实现 首先，需要在 main-command.go 里面添加 -d flag，表示这个容器启动的时候后台在运行： ```go var runCommand = cli.Command{ Name: "run", Usage: `Create a container with namespace and cgroups limit mydocker run -it [command]`, Flags: []cli.Flag{ cli.BoolFlag{ Name: "it", // 简单起见，这里把 -i 和 -t 参数合并成一个 Usage: "enable tty", }, cli.BoolFlag{ Name: "d", Usage: "detach container", }, // 省略其他代码 }, /* 这里是run命令执行的真正函数。 1.判断参数是否包含command 2.获取用户指定的command 3.调用Run function去准备启动容器: */ Action: func(context *cli.Context) error { if len(context.Args()) < 1 { return fmt.Errorf("missing container command") } var cmdArray []string for _, arg := range context.Args() { cmdArray = append(cmdArray, arg) } // tty和detach只能同时生效一个 tty := context.Bool("it") detach := context.Bool("d") if tty && detach { return fmt.Errorf("it and d paramter can not both provided") } resConf := &subsystems.ResourceConfig{ MemoryLimit: context.String("mem"), CpuSet: context.String("cpuset"), CpuCfsQuota: context.Int("cpu"), } volume := context.String("v") Run(tty, cmdArray, resConf, volume) return nil }, } ``` 然后调整 Run 方法,只有指定 tty 的时候才执行 parent.Wait。 parent.Wait() 主要是用于父进程等待子进程结束，这在交互式创建容器的步骤里面是没问题的，但是指定了 `-d`要后台运行就不能再去等待，创建容器之后，父进程直接退出即可。 ```go func Run(tty bool, comArray []string, res *subsystems.ResourceConfig, volume string) { parent, writePipe := container.NewParentProcess(tty, volume) if parent == nil { log.Errorf("New parent process error") return } if err := parent.Start(); err != nil { log.Errorf("Run parent.Start err:%v", err) return } // 创建cgroup manager, 并通过调用set和apply设置资源限制并使限制在容器上生效 cgroupManager := cgroups.NewCgroupManager("mydocker-cgroup") defer cgroupManager.Destroy() _ = cgroupManager.Set(res) _ = cgroupManager.Apply(parent.Process.Pid, res) // 在子进程创建后才能通过pipe来发送参数 sendInitCommand(comArray, writePipe) if tty { // 如果是tty，那么父进程等待，就是前台运行，否则就是跳过，实现后台运行 _ = parent.Wait() container.DeleteWorkSpace("/root/", volume) } } ``` ## 4. 测试 运行一个 top 命令： ```shell root@mydocker:~/feat-run-d/mydocker# go build . root@mydocker:~/feat-run-d/mydocker# ./mydocker run -d top {"level":"info","msg":"createTty false","time":"2024-01-24T16:58:16+08:00"} {"level":"info","msg":"resConf:\u0026{ 0 }","time":"2024-01-24T16:58:16+08:00"} {"level":"info","msg":"busybox:/root/busybox busybox.tar:/root/busybox.tar","time":"2024-01-24T16:58:16+08:00"} {"level":"info","msg":"mount overlayfs: [/usr/bin/mount -t overlay overlay -o lowerdir=/root/busybox,upperdir=/root/upper,workdir=/root/work /root/merged]","time":"2024-01-24T16:58:16+08:00"} {"level":"info","msg":"command all is top","time":"2024-01-24T16:58:16+08:00"} ``` 可以看到，mydocker 命令直接退出了。 使用 top 作为容器内前台进程。然后在宿主机上执行 ps -ef 看一下 建的容器进程是否存在： ```shell root@mydocker:~/feat-run-d/mydocker# ps -ef|grep -e PPID -e top UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD root 166637 1 0 16:5 pts/8 00:00:00 top ``` 可以看到，top 命令的进程正在运行着，它的父进程是 1。 这说因为`mydocker 主进程`退出了，但是 fork 出来的`容器子进程`依然存在，由于父进程消失，它就被 PID为 1 的 init 进程给托管了，由此就实现了 mydocker run -d 命令，即容器的后台运行。 ## 4. 总结 本篇实现的 mydocker run -d 比较简单，就是启动完子进程（容器）后，直接退出父进程，让 init 进程去接管子进程。 不过现在比较大的问题是，虽然容器在后台运行了，但是已经找不到了，因此下一篇需要实现 `mydocker ps` 命令来查看运行中的容器。 --- > 完整代码见：[https://github.com/lixd/mydocker](https://github.com/lixd/mydocker) > 欢迎 Star 相关代码见 `feat-run-d` 分支,测试脚本如下： > 需要提前在 /root 目录准备好 busybox.tar 文件，具体见第四篇第二节。 ```bash # 克隆代码 git clone -b feat-run-d https://github.com/lixd/mydocker.git cd mydocker # 拉取依赖并编译 go mod tidy go build . # 测试 ./mydocker run top -d ``` --- > 作者: [意琦行](https://github.com/lixd) > URL: https://www.lixueduan.com/posts/docker/mydocker/08-mydocker-run-d/