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软件平台：Ubuntu 14.04
容器有效地将由单个操作系统管理的资源划分到孤立的组中。以更好的在孤立的组之间有冲突的资源使用需求。与其它的虚拟化比較。这样既不须要指令级模拟，也不须要即时编译。容器能够在寒心CPU本地运行指令。而不须要不论什么专门的解释机制。此外半虚拟化和系统调用替换的复杂性。
LXC的实现是基于内核中的namespace和cgroup实现的。
namespace：
和C++中的namespace概念类似。在Linux操作系统中，系统资源如：进程、用户账户、文件系统、网络都是属于某个namespace。每个namespace下的资源对于其它的namespace资源是透明的。不可见的。由于在操作系统层上就会出现同样的pid的进程，多个同样uid的不同账号。
内核中的实现：
namespace是针对每个进程而言的。所以在task_struct结构的定义中有一个指向nsproxy的指针
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struct nsproxy *nsproxy;
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该结构体的定义例如以下：
02 |
* A structure to contain pointers to all per-process
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03 |
* namespaces - fs (mount), uts, network, sysvipc, etc.
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05 |
* The pid namespace is an exception -- it's accessed using
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06 |
* task_active_pid_ns. The pid namespace here is the
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07 |
* namespace that children will use.
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09 |
* 'count' is the number of tasks holding a reference.
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10 |
* The count for each namespace, then, will be the number
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* of nsproxies pointing to it, not the number of tasks.
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13 |
* The nsproxy is shared by tasks which share all namespaces.
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14 |
* As soon as a single namespace is cloned or unshared, the
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struct uts_namespace *uts_ns;
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20 |
struct ipc_namespace *ipc_ns;
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21 |
struct mnt_namespace *mnt_ns;
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struct pid_namespace *pid_ns_for_children;
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当中第一个属性count表示的是该命名空间被进程引用的次数。后面的几个各自是不同类型的命名空间。以pid_namespace为例。
其结构例如以下所看到的：
01 |
struct pid_namespace {
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02 |
struct kref kref;//引用计数
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03 |
struct pidmap pidmap[PIDMAP_ENTRIES];//用于标记空暇的id号
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05 |
int last_pid;//上一次分配的id号
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06 |
unsigned int nr_hashed;
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07 |
struct task_struct *child_reaper;//相当于全局的init进程，用于对僵尸进程进行回收
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08 |
struct kmem_cache *pid_cachep;
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09 |
unsigned int level;//namespace的层级
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10 |
struct pid_namespace *parent;//上一级namespace指针
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struct vfsmount *proc_mnt;
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13 |
struct dentry *proc_self;
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#ifdef CONFIG_BSD_PROCESS_ACCT |
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struct bsd_acct_struct *bacct;
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struct user_namespace *user_ns;
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19 |
struct work_struct proc_work;
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22 |
int reboot; /* group exit code if this pidns was rebooted */
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unsigned int proc_inum;
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内核中的pid结构表示：
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unsigned int level;//pid相应的级数
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5 |
/* lists of tasks that use this pid */
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struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX];//一个pid可能相应多个task_struct
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8 |
struct upid numbers[1];//该结构是namespace中的详细的pid，从1到level各级别的namesapce，这里相当于一个指针，仅仅只是不须要再分配空间
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上面的结构体就是内核中进程的标示符。能够用于标识内核中的tasks、process groups和sessions。这个结构体和详细的task通过hash来关联，通过详细的task相应的pid的值能够获得绑定的pid结构体。
属于详细的namespace的pid结构upid：
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/* Try to keep pid_chain in the same cacheline as nr for find_vpid */
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4 |
struct pid_namespace *ns;
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5 |
struct hlist_node pid_chain;
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该结构体是用来获得结构体pid的详细的id。它仅仅对特定的namespace可见。会通过函数find_pid_ns(int nr,pid_namespace *ns)函数来获得详细的PID结构。
总体结构例如以下图：
Cgroup：
Cgroup是control groups的缩写，是Linux内核提供的一种能够限制、记录、隔离进程组所使用的物理资源（CPU。内存。IO等等）的机制。Cgroup也是LXC位实现虚拟化所使用的资源管理的手段。能够说没有Cgroup就没有LXC，也就没有Docker。
Cgroup提供的功能：
- 限制进程组能够使用的资源数量。一单进程组使用的内存达到限额就会引发异常
- 控制进程组的优先级。能够使用cpu子系统为某个进程组分配特定的cpu share
- 记录进程组使用资源的数量
- 进程组隔离。eg.使用ns子系统能够使不同的进程组使用不同的namespace，已达到
- 进程组控制
Cgroup子系统：
- blkio：设定输入输出限制
- cpu：使用调度程序对CPU的Cgroup任务訪问
- cpuacct：自己主动生成Cgroup任务所使用的CPU报告
- cpuset：为Cgroup中的任务分配独立的CPU（多核系统中）和内存节点
- devices：同意或拒绝Cgroup中的任务訪问设备
- freezer：挂起或回复Cgroup中的任务
- memory：Cgroup中任务使用内存的限制
- net_cls：同意Linux流量控制程序识别从cgroup中生成的数据包
- ns：命名空间子系统
Cgroup中的概念：
Cgroup使用控制CPU：
在Ubuntu中，cgroup默认挂载位置/sys/fs/cgroup目录。
ls查看一下：
1 |
yan@yan-Z400:/sys/fs/cgroup$ ls |
2 |
blkio cpu cpuset freezer memory systemd |
3 |
cgmanager cpuacct devices hugetlb perf_event |
能够看到cgroup的不同子系统目录。
在CPU目录中新建一个geekcome目录。默认ubuntu已经将子系统所有挂载了：
进入cpu目录新建一个geekcome目录，然后查看：
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yan@yan-Z400:/sys/fs/cgroup/cpu$ ls
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2 |
cgroup.clone_children cgroup.sane_behavior cpu.shares lxc tasks |
3 |
cgroup.event_control cpu.cfs_period_us cpu.stat notify_on_release |
4 |
cgroup.procs cpu.cfs_quota_us geekcome release_agent |
新建目录后在目录里会自己主动生成相应的文件：
02 |
├── cgroup.clone_children |
03 |
├── cgroup.event_control |
以下就跑一个死循环程序，导致CPU使用率到达100%。
1 |
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND |
2 |
5046 yan 20 0 25928 4848 2324 R 100.0 0.1 0:22.47 python |
如今运行例如以下的命令：
1 |
echo "50000" >/sys/fs/cgroup/cpu/geekcome/cpu.cfs_quota_us |
2 |
echo "5046" >/sys/fs/group/cpu/geekcome/tasks |
再top查看一下：
1 |
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND |
2 |
5046 yan 20 0 25928 4844 2324 R 49.8 0.1 0:49.27 python |
进程5046的cpu使用率从100%减少到50%。
在Cgroup里。能够使用cpu.cfs_period_us和cpu.cfs.quota_ua来限制在单位时间里能够使用的cpu时间。这里cfs的含义是Completely Fair Scheduler（全然公平调度器）。cpu.cfs_period_us是时间周期，默认是100000（百毫秒）。cpu.cfs_quota_us是在这期间能够使用的cpu时间，默认-1（无限制）。
在上面的实例中，通过改动cpu.cfs_period_us文件，将百毫秒改动为一半，成功将CPU使用率减少到50%。
cfs.quota_us文件主要对于多核的机器。当有n个核心时，一个控制组的进程最多能用到n倍的cpu时间。
Cgroup除了资源控制功能外，还有资源统计功能。云计算的按需计费能够通过它来实现。这里仅仅实例CPU的控制，其它的子系统控制请自行实验。
LXC使用：
创建一个容器：
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lxc-create -n name [-f config_file] [-t template] |
2 |
sudo lxc-create -n ubuntu01 -t ubuntu |
-n就是虚拟机的名字，-t是创建的模板。保存路径在/usr/lib/lxc/templates。模板就是一个脚本文件，运行一系列安装命令和配置（穿件容器的挂载文件系统，配置网络，安装必要软件，创建用户并设置password等）。
显示已经创建的容器：
启动一个容器：
1 |
lxc-start -n name [-f config_file] [-s KEY=VAL] [command] |
启动一个容器，能够指定要运行的命令，假设没有指定。lxc-start会默认运行/sbin/init命令。启动这个容器。
关闭一个容器：
高速启动一个任务，任务运行完成后删除容器：
1 |
lxc-execute -n name [-f config_file] [-s KEY=VAL ] [--] command |
它会依照配置文件运行lxc-create创建容器。假设没有指定的配置文件，则选择默认。
该命令一般用于高速使用容器环境运行摸个任务。任务运行完成后删除掉容器。
(完)
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