站長資訊網(wǎng)本篇文章給大家?guī)砹岁P(guān)于linux命名空間的相關(guān)知識，命名空間提供了虛擬化的一種輕量級形式，使得我們可以從不同的方面來查看運(yùn)行系統(tǒng)的全局屬性，希望對大家有幫助。
一、基本概念
??命名空間（Linux namespace）是linux內(nèi)核針對實(shí)現(xiàn)容器虛擬化映入的一個特性。我們創(chuàng)建的每個容器都有自己的命名空間，運(yùn)行在其中的應(yīng)用都像是在獨(dú)立的操作系統(tǒng)中運(yùn)行一樣，命名空間保證了容器之間互不影響。
??Linux的命名空間機(jī)制提供了一種資源隔離的解決方案。PID,IPC,Network等系統(tǒng)資源不再是全局性的，而是屬于特定的Namespace。Namespace是對全局系統(tǒng)資源的一種封裝隔離，使得處于不同namespace的進(jìn)程擁有獨(dú)立的全局系統(tǒng)資源，改變一個namespace中的系統(tǒng)資源只會影響當(dāng)前namespace里的進(jìn)程，對其他namespace中的進(jìn)程沒有影響。
??傳統(tǒng)上，在Linux以及其他衍生的UNIX變體中，許多資源是全局管理的。例如，系統(tǒng)中的所有進(jìn)程按照慣例是通過PID標(biāo)識的，這意味著內(nèi)核必須管理一個全局的PID列表。而且，所有調(diào)用者通過uname系統(tǒng)調(diào)用返回的系統(tǒng)相關(guān)信息（包括系統(tǒng)名稱和有關(guān)內(nèi)核的一些信息）都是相同的。用戶ID的管理方式類似，即各個用戶是通過一個全局唯一的UID號標(biāo)識。
??全局ID使得內(nèi)核可以有選擇地允許或拒絕某些特權(quán)。雖然UID為0的root用戶基本上允許做任何事，但其他用戶ID則會受到限制。例如UID為n的用戶，不允許殺死屬于用戶m的進(jìn)程（ m≠ n）。但這不能防止用戶看到彼此，即用戶n可以看到另一個用戶m也在計(jì)算機(jī)上活動。只要用戶只能操縱他們自己的進(jìn)程，這就沒什么問題，因?yàn)闆]有理由不允許用戶看到其他用戶的進(jìn)程。
??但有些情況下，這種效果可能是不想要的。如果提供Web主機(jī)的供應(yīng)商打算向用戶提供Linux計(jì)算機(jī)的全部訪問權(quán)限，包括root權(quán)限在內(nèi)。傳統(tǒng)上，這需要為每個用戶準(zhǔn)備一臺計(jì)算機(jī)，代價(jià)太高。使用KVM或VMWare提供的虛擬化環(huán)境是一種解決問題的方法，但資源分配做得不是非常好。計(jì)算機(jī)的各個用戶都需要一個獨(dú)立的內(nèi)核，以及一份完全安裝好的配套的用戶層應(yīng)用。
??命名空間提供了一種不同的解決方案，所需資源較少。在虛擬化的系統(tǒng)中，一臺物理計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行多個內(nèi)核，可能是并行的多個不同的操作系統(tǒng)。而命名空間則只使用一個內(nèi)核在一臺物理計(jì)算機(jī)上運(yùn)作，前述的所有全局資源都通過命名空間抽象起來。這使得可以將一組進(jìn)程放置到容器中，各個容器彼此隔離。隔離可以使容器的成員與其他容器毫無關(guān)系。但也可以通過允許容器進(jìn)行一定的共享，來降低容器之間的分隔。例如，容器可以設(shè)置為使用自身的PID集合，但仍然與其他容器共享部分文件系統(tǒng)。
二、實(shí)現(xiàn)
??命名空間的實(shí)現(xiàn)需要兩個部分：每個子系統(tǒng)的命名空間結(jié)構(gòu)，將此前所有的全局組件包裝到命名空間中；將給定進(jìn)程關(guān)聯(lián)到所屬各個命名空間的機(jī)制。
??子系統(tǒng)此前的全局屬性現(xiàn)在封裝到命名空間中，每個進(jìn)程關(guān)聯(lián)到一個選定的命名空間。每個可以感知命名空間的內(nèi)核子系統(tǒng)都必須提供一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將所有通過命名空間形式提供的對象集中起來。 struct nsproxy用于匯集指向特定于子系統(tǒng)的命名空間包裝器的指針。在文件nsproxy.h中有：
/* * A structure to contain pointers to all per-process * namespaces - fs (mount), uts, network, sysvipc, etc. * * The pid namespace is an exception -- it's accessed using * task_active_pid_ns. The pid namespace here is the * namespace that children will use. * * 'count' is the number of tasks holding a reference. * The count for each namespace, then, will be the number * of nsproxies pointing to it, not the number of tasks. * * The nsproxy is shared by tasks which share all namespaces. * As soon as a single namespace is cloned or unshared, the * nsproxy is copied. */struct nsproxy { atomic_t count; struct uts_namespace *uts_ns; struct ipc_namespace *ipc_ns; struct mnt_namespace *mnt_ns; struct pid_namespace *pid_ns_for_children; struct net *net_ns; struct time_namespace *time_ns; struct time_namespace *time_ns_for_children; struct cgroup_namespace *cgroup_ns;};
??當(dāng)前內(nèi)核的以下范圍可以感知到命名空間
??1、 UTS命名空間包含了運(yùn)行內(nèi)核的名稱、版本、底層體系結(jié)構(gòu)類型等信息。 UTS是UNIXTimesharing System的簡稱。
??2、保存在struct ipc_namespace中的所有與進(jìn)程間通信（ IPC）有關(guān)的信息。
??3、 已經(jīng)裝載的文件系統(tǒng)的視圖，在struct mnt_namespace中給出。
??4、 有關(guān)進(jìn)程ID的信息，由struct pid_namespace提供。
??5、 struct user_namespace保存的用于限制每個用戶資源使用的信息。
??6、struct net_ns包含所有網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的命名空間參數(shù)。
??當(dāng)我討論相應(yīng)的子系統(tǒng)時(shí)，會介紹各個命名空間容器的內(nèi)容。在由于在創(chuàng)建新進(jìn)程時(shí)可使用fork建立一個新的命名空間，因此必須提供控制該行為的適當(dāng)?shù)臉?biāo)志。每個命名空間都有一個對應(yīng)的標(biāo)志，在sched.h文件內(nèi)：
#define CLONE_NEWCGROUP 0x02000000 /* New cgroup namespace */ #define CLONE_NEWUTS 0x04000000 /* New utsname namespace */ #define CLONE_NEWIPC 0x08000000 /* New ipc namespace */ #define CLONE_NEWUSER 0x10000000 /* New user namespace */ #define CLONE_NEWPID 0x20000000 /* New pid namespace */ #define CLONE_NEWNET 0x40000000 /* New network namespace */
??不同類型的命名空間的作用：
??IPC：用于隔離進(jìn)程間通訊所需的資源（ System V IPC, POSIX message queues），PID命名空間和IPC命名空間可以組合起來用，同一個IPC名字空間內(nèi)的進(jìn)程可以彼此看見，允許進(jìn)行交互，不同空間進(jìn)程無法交互
??Network：Network Namespace為進(jìn)程提供了一個完全獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的視圖。包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口，IPv4和IPv6協(xié)議棧，IP路由表，防火墻規(guī)則，sockets等等。一個Network Namespace提供了一份獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，就跟一個獨(dú)立的系統(tǒng)一樣。
??Mount：每個進(jìn)程都存在于一個mount Namespace里面，??mount Namespace為進(jìn)程提供了一個文件層次視圖。如果不設(shè)定這個flag，子進(jìn)程和父進(jìn)程將共享一個mount Namespace，其后子進(jìn)程調(diào)用mount或umount將會影響到所有該Namespace內(nèi)的進(jìn)程。如果子進(jìn)程在一個獨(dú)立的mount Namespace里面，就可以調(diào)用mount或umount建立一份新的文件層次視圖。
??PID：：linux通過命名空間管理進(jìn)程號，同一個進(jìn)程，在不同的命名空間進(jìn)程號不同！進(jìn)程命名空間是一個父子結(jié)構(gòu)，子空間對于父空間可見。
??User：用于隔離用戶
??UTS：用于隔離主機(jī)名
??每個進(jìn)程都關(guān)聯(lián)到自身的命名空間視圖，在任務(wù)定義的結(jié)構(gòu)體task_struct中有如下定義：
struct task_struct {.../* 命名空間 */struct nsproxy *nsproxy;...}
??因?yàn)槭褂昧酥羔槪鄠€進(jìn)程可以共享一組子命名空間。這樣，修改給定的命名空間，對所有屬于該命名空間的進(jìn)程都是可見的。
??init_nsproxy定義了初始的全局命名空間，其中維護(hù)了指向各子系統(tǒng)初始的命名空間對象的指針。在kernel/nsproxy.c文件內(nèi)有
struct nsproxy init_nsproxy = { .count = ATOMIC_INIT(1), .uts_ns = &init_uts_ns,#if defined(CONFIG_POSIX_MQUEUE) || defined(CONFIG_SYSVIPC) .ipc_ns = &init_ipc_ns,#endif .mnt_ns = NULL, .pid_ns_for_children = &init_pid_ns,#ifdef CONFIG_NET .net_ns = &init_net,#endif#ifdef CONFIG_CGROUPS .cgroup_ns = &init_cgroup_ns,#endif#ifdef CONFIG_TIME_NS .time_ns = &init_time_ns, .time_ns_for_children = &init_time_ns,#endif};
三、UTS命名空間
??UTS命名空間幾乎不需要特別的處理，因?yàn)樗恍枰唵瘟浚瑳]有層次組織。所有相關(guān)信息都匯集到下列結(jié)構(gòu)的一個實(shí)例中。在utsname.h文件內(nèi)：
struct uts_namespace { struct new_utsname name; struct user_namespace *user_ns; struct ucounts *ucounts; struct ns_common ns;} __randomize_layout;
??uts_namespace所提供的屬性信息本身包含在struct new_utsname中：
struct oldold_utsname { char sysname[9]; char nodename[9]; char release[9]; char version[9]; char machine[9];};#define __NEW_UTS_LEN 64struct old_utsname { char sysname[65]; char nodename[65]; char release[65]; char version[65]; char machine[65];};struct new_utsname { char sysname[__NEW_UTS_LEN + 1]; char nodename[__NEW_UTS_LEN + 1]; char release[__NEW_UTS_LEN + 1]; char version[__NEW_UTS_LEN + 1]; char machine[__NEW_UTS_LEN + 1]; char domainname[__NEW_UTS_LEN + 1];}
??各個字符串分別存儲了系統(tǒng)的名稱（ Linux…）、內(nèi)核發(fā)布版本、機(jī)器名，等等。使用uname工具可以取得這些屬性的當(dāng)前值，也可以在/proc/sys/kernel/中看到
z@z-virtual-machine:~$ cat /proc/sys/kernel/ostype Linux z@z-virtual-machine:~$ cat /proc/sys/kernel/osrelease5.3.0-40-generic
??初始設(shè)置保存在init_uts_ns中，在init/version.c文件內(nèi)：
struct uts_namespace init_uts_ns = { .ns.count = REFCOUNT_INIT(2), .name = { .sysname = UTS_SYSNAME, .nodename = UTS_NODENAME, .release = UTS_RELEASE, .version = UTS_VERSION, .machine = UTS_MACHINE, .domainname = UTS_DOMAINNAME, }, .user_ns = &init_user_ns, .ns.inum = PROC_UTS_INIT_INO,#ifdef CONFIG_UTS_NS .ns.ops = &utsns_operations,#endif};
