docker namespaces - charlieroro

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https://docs.docker.com/engine/security/userns-remap/#prerequisites

注:以下验证环境为centos7.5 docker 18.09.0

User namespaces

使用user namespaces可以防止容器权限过大造成的风险，user namespaces主要涉及用户和组。在unix系统中，用户和组可以决定文件的访问权限以及进程的拥有者(用于访问消息队列，全局变量以及锁等)。docker的user namespaces映射主要涉及2个文件：/etc/subgid和/etc/subuid。创建一个user namespace可以使用unshare或fork，当未指定CLONE_NEWUSER时会创建一个与父user namespace相同的namespace；使用setns可以加入一个namespace，但需要有CAP_SYS_ADMIN的capabilities。

决定一个进程在一个user namespace中是否拥有某个capabilities的规则如下

user namespace中的进程可以通过执行set_user_id(SUID)程序或设置了capabilities的文件来获得capabilities，也可以通过setns加入namespace来获得capabilities；
如果一个进程在一个user namespace中拥有某个capabilities，那么它在该user namespace的所有子namespace下都有该capabilities；
当创建一个user namespace时，内核会记录创建该namespace的进程对应的effective user id；如果父user namespace中的某个进程的effective user id与创建user namespace的进程一致，则程序拥有新创建的user namespace的所有capabilities。
user namespace里面的进程只能操作属于该user namespace的资源，但也有一些功能与namespace type无关(即全局资源)，只有root user namespace可以设置，如修改系统时间，载入模块，创建设备等

CAP_SYS_TIME CAP_SYS_MODULE CAP_MKNOD

/proc/[pid]/setgroups文件用于限制使用setgroups函数设置group的权限，默认是“allow”，此值只能被设置一次，后续设置将会返回错误。子user namespace会继承父user namespace的设置。/proc/[pid]/setgroups文件的设置主要是为了解决可能的权限问题，如具有"rwx---rwx"权限的进程可以通过调用setgroups来获得group权限，会有权限泄露的风险。/proc/[pid]/setgroups文件的引入也是伴随user namespace的出现而出现的，因为user namespace使得unprivileged进程也有能力设置group权限。
首先创建一个名为dockertest的用户和组

groupadd -g 5000 dockertest
useradd -u 5000 -g dockertest dockertest

查看该用户组的信息

# id dockertest
uid=5000(dockertest) gid=5000(dockertest) groups=5000(dockertest)

修改/etc/subgid和/etc/subuid中的内容，由于user和group的名字定义一致，故这两个文件中的内容相同，如下，表示将host上名为dockertest的user和group映射到容器中，uid和gid的映射范围为[231072, (231072+65536)]，其中231072对应容器里面的UID或GID 0。映射后的user和group继承了名为dockertest的user和group的权限。

dockertest:231072:65536

在/etc/docker/daemon.json中修改dockerd的启动参数，内容如下，将user映射到dockertest(默认是root)

userns-remap

dockertest

使用systemctl命令重新启动dockerd，查看docker info，发现新的docker根路径变为了/var/lib/docker/231072.231072，新目录名称为user namespaces的uid.gid。由于docker根目录发生了变化，此时使用docker images会发现原来的容器镜像都看不到了

# docker info|grep Root
Docker Root Dir: /var/lib/docker/231072.231072

并启动一个容器

docker run -itd --rm --name=centos centos:latest /bin/sh

查看该sh对应在host上的进程，可以看到其用户为231072，即在/etc/subuid中设置的值

[root@localhost 9783]# ps -ef|grep sh
...
231072     5392   5375  0 Dec06 pts/0    00:00:00 /bin/sh
在容器里面创建一个名为test的用户，并在新创建的用户下执行如下命令，可以看到test的uid为1000，按照上面的映射原理，其对应host的uid为231072+1000=232072
[test@0f3005ba4d63 etc]$ id 
uid=1000(test) gid=1000(test) groups=1000(test)
[test@0f3005ba4d63 etc]$ ping 127.0.0.01
　　在host上查看ping的进程，可以看到其uid为232072，跟预期一致。
# ps -ef|grep ping232072    10466   9809  0 02:44 pts/1    00:00:00 ping 127.0.0.1
在/proc/10466(对应容器中的ping进程)下面查看uid_map和gid_map文件，可以看到该进程的user namespaces的映射关系：base+docker_offset
[root@localhost 10466]# cat uid_map 
         0     231072      65536
[root@localhost 10466]# cat gid_map 
         0     231072      65536
在一个user namespace中执行一个Set-user-ID 或set-group-ID程序时，如果文件的uid或gid映射到了该user namespace，则程序的effective user id会变为映射过来的值，否则文件的SUID或SGID会被忽略。
在root namespace上创建一个可执行程序，用来获取当前进程的uid和capabilities（test1的源码代码参见linux和docker的capabilities介绍），修改其用户和组为映射到容器中的值(231072+1000)
# ./test1 
real_user_id=0, effictive_user_id=1000, saved_user_id=1000
Cap data ES=0x0, PS=0xa80425fb, IS=0xa80425fb
在root user namespace中修改test1文件的用户和组为200:200，再在容器中以root权限运行，可以看出SUID的标志位被忽略了，但该标志位仍在。
# ./test1
real_user_id=0, effictive_user_id=0, saved_user_id=0
Cap data ES=0xa80425fb, PS=0xa80425fb, IS=0xa80425fb
# ls -al
-rwsrwxrwx. 1 65534 65534 8632 Dec 20 14:55 test1
当新创建一个user namespace时，进程的uid_map和gid_map是空的，这两个文件只能设置一次，多次设置会返回错误。因此root user namespace下的进程的这两个文件都不能设置，因为它们已经被设置过一次。
# cat /proc/1/uid_map
  0          0 4294967295
下面演示设置uid_map和gid_map，首先使用root账户创建一个user namespace，查看其bash进程pid和uid，可以看到uid都是65535
# unshare -fUu /bin/bash
# echo $$
9988

# id
uid=65534(nfsnobody) gid=65534(nfsnobody) groups=65534(nfsnobody) context=unconfined_u:unconfined_r:unconfined_t:s0-s0:c0.c1023
　　在root user namespace下修改9988进程的uid_map
# echo "0 0 10000" > uid_map
在新的user namespace查看新的id，其uid已经变为0，修改gid的方式也一样。需要特别注意的是设置到uid_map(gid_map)中的第二个参数必须是一个存在的user id，且必须是创建该user namespace的用户的id(此处均为0)，否则即使设置成功了也不会生效。比如使用root user namespace下有一个newusr的用户，id为3000，使用echo "0 3000 10000" > uid_map并不会使得新user namespace中的uid变为0。参见Defining user and group ID mappings: writing to uid_map and gid_map
# id
uid=0(root) gid=65534(nfsnobody) groups=65534(nfsnobody) context=unconfined_u:unconfined_r:unconfined_t:s0-s0:c0.c1023
The writing process must have the same effective user ID as the process that created the user namespace.
使用docker的user namespaces功能之后有如下3个限制(参见User namespace known limitations)
无法与host共享PID或net(使用--pid=host或--network=host)
与user映射不兼容的外部设备将无法使用(如host上的volume的user和容器映射的user不一致，此时需要修改volume的user才能被容器使用)
docker run的时候没有指定--userns=host，但使用了--privileged
PID namespaces
    Docker PID namespaces：
PID namespaces使得每个 PID namespace 中的进程可以有其独立的 PID； 每个容器可以有其 PID 为 1 的root 进程；因为 namespace 中的进程 ID 和 host 无关，也使得容器可以在不同的 host 之间迁移。这也使得容器中的每个进程有一对映射的PID：容器中的 PID 和 host 上的 PID。
在容器中启动一个名为testcontainer.sh的shell脚本
#!/bin/sh
while true
    dosleep 5
在容器中查看对应的进程如下，对应进程号为26
sh-4.2# ps -ef
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root          1      0  0 01:19 pts/0    00:00:00 /bin/sh
root          6      0  0 01:23 pts/1    00:00:00 /bin/sh
root         26      6  0 01:31 pts/1    00:00:00 /bin/sh ./testcontainer.sh
root         84      0  0 01:36 pts/2    00:00:00 /bin/sh

在host上查看该容器中对应的进程，其在host上的进程号为101442
[root@localhost ns]# ps -ef|grep testcontainer
root      13748  83414  0 10:38 pts/7    00:00:00 grep --color=auto testcontainer
root     101442  79761  0 09:31 ?        00:00:00 /bin/sh ./testcontainer.sh
查看/proc/101442/ns下面的namespace，为4026532575
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 09:35 ipc -> ipc:[4026532574]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 09:35 mnt -> mnt:[4026532572]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 09:35 net -> net:[4026532577]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 09:35 pid -> pid:[4026532575]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 09:35 user -> user:[4026531837]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 09:35 uts -> uts:[4026532573]
按照上述方式查看host上pid为1的根进程的pid namespace，为4026531836，可以看到testcontainer.sh运行在一个独立的ipc下面。pid namespace 通过将 host 上 PID 映射为容器内的PID，使得容器内的进程看起来有个独立的 PID 空间，也可以在容器里面使用ps命令查看(该命令依赖于/proc虚拟文件的挂载)。注：可以看到容器中的user namespace和host是一致的，因为其没有执行userns-remap操作。
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 10:42 ipc -> ipc:[4026531839]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 10:42 mnt -> mnt:[4026531840]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 10:42 net -> net:[4026531956]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 10:42 pid -> pid:[4026531836]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 10:42 user -> user:[4026531837]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec  5 10:42 uts -> uts:[4026531838]

自定义pid namespaces

首先使用unshare创建一个pid namespace，其中--mount-proc用于挂载/proc虚拟文件，这样使用ps才能看到其namespace内部的进程信息。也可以单独使用mount -t proc proc /proc来挂载/proc。unshare默认执行/bin/sh创建一个shell交互界面

unshare --fork --pid --mount-proc

这样就启动了一个独立的pid namespace

sh-4.2# ping 127.0.0.1

查看相应的进程(已过滤无关内容)，可以看到ping进程是unshare的子进程，当unshare退出之后，namespace也会随之被销毁

[root@localhost home]# ps -ef|grep ping
root      37067  35718  0 16:01 pts/1    00:00:00 ping 127.0.0.1
[root@localhost home]# ps -ef|grep 35718
root      35718  35717  0 15:05 pts/1    00:00:00 /bin/sh
root      37067  35718  0 16:01 pts/1    00:00:00 ping 127.0.0.1
[root@localhost home]# ps -ef|grep 35717
root      35717  35547  0 15:05 pts/1    00:00:00 unshare -pf --mount-proc /bin/sh
root      35718  35717  0 15:05 pts/1    00:00:00 /bin/sh

对比unshare和ping进程对应的ns，可以发现仅有pid的namespace不一样

# ll （查看ping进行对应的ns）
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:21 ipc -> ipc:[4026531839]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:21 mnt -> mnt:[4026532669]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:21 net -> net:[4026531956]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:21 pid -> pid:[4026531836]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:21 user -> user:[4026531837]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:21 uts -> uts:[4026531838]
# ll ../../37067/ns/   （查看unshare进程对应的ns）
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:22 ipc -> ipc:[4026531839]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:22 mnt -> mnt:[4026532669]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:22 net -> net:[4026531956]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:22 pid -> pid:[4026532670]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:22 user -> user:[4026531837]
lrwxrwxrwx. 1 root root 0 Dec 10 16:22 uts -> uts:[4026531838]

除了使用unshare打开的shell交互界面进入ns，也可以使用nsenter进入ping进程的pid namespace查看相应的进程，不过此时需要mount /proc目录，否则使用ps看到的是host的信息

# nsenter --pid=pid
# mount -t proc proc /proc
# ps -ef
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root          1      0  0 16:37 pts/1    00:00:00 /bin/sh
root          3      1  0 16:37 pts/1    00:00:00 ping 127.0.0.1
root         39      0  0 16:40 pts/2    00:00:00 -bash
root         78     39  0 16:40 pts/2    00:00:00 ps -ef

Mount namespaces

docker mount namespaces( 后续会增加一个讲解docker 存储的篇章 )

自定义mount namespaces

当一个进程调用clone或unshare创建一个mount namespace时，子mount namespace的mount point list会拷贝父namespace下的mount point list，可以查看/proc/$pid/mountinfo文件，可以看到子namespace和父namespace中的内容是一样的，但后续各自namespace对mount的操作将互不影响(取决于shared subtrees特性)

为了解决在多个mount namespace的场景下，对同一个mount point在不同mount namespace中的维护(mount umount)问题，Linux 2.6.15版本中推出了Share Subtrees特性，Share Subtrees有4种propagation类型：

MS_SHARED：mount和unmount事件会在同一个peer group中所有成员的mount point之间传播。即对peer group中的一个成员的mount point操作会影响到其他成员中对应的mount point。mount point有2种方式可以加入同一个peer group：第一种是使用clone或unshare方式创建一个新的mount namespace，这样多个mount namespace下的peer group信息是一样的；另一种是使用bind mount方式，但源mount point必须是同一个peer group的成员

MS_PRIVATE：该类型不会加入peer group，mount和unmount事件也不会传播

MS_SLAVE：该类型的mount point会接收来自master shared peer group的事件，但不会传播事件到master peer group，即mount和unmount事件的传播是单向的，从master到slave。但一个mount point可以同时是一个peer group的MS_SLAVE，同时又是另外一个peer group的MS_SHARED。docker的cgroup namespaces就是使用了MS_SLAVE的propagation

MS_UNBINDABLE：类似MS_PRIVATE，此外，还禁止bind mount。

测试MS_SHARED和MS_PRIVATE。创建4个虚拟磁盘，格式化为ext2；创建3个文件夹，mntS用于测试MS_SHARED,mntP用于测试MS_PRIVATE，mntS-B用于测试bind mount下的shared peer group

[root@host /]# dd if=/dev/zero of=./vdisk1 bs=1M count=10
[root@host /]# dd if=/dev/zero of=./vdisk2 bs=1M count=10
[root@host /]# dd if=/dev/zero of=./vdisk3 bs=1M count=10
[root@host /]# dd if=/dev/zero of=./vdisk4 bs=1M count=10
[root@host /]# mkfs vdisk1 
[root@host /]# mkfs vdisk2
[root@host /]# mkfs vdisk3
[root@host /]# mkfs vdisk4
[root@host /]# mkdir mntS
[root@host /]# mkdir mntP
[root@host /]# mkdir /mntS-B

将vdisk1 mount到/mntS，vdisk2 mount到/mntP，/mntS-B bind mount到/mntS

[root@host /]# mount --make-shared vdisk1 /mntS
[root@host /]# mount --make-private vdisk2 /mntP
[root@host ~]# mount --bind /mntS /mntS-B/

在当前mount namespace下面查看mount结果，可以看到/mntS和/mntS-B的类型为shared，peer group ID为162；而mntP没有任何类型标识，即为private。mountinfo文件中第一列为mount point ID，第二列为父mount point ID,可以看到它们的父mount point ID都是40

[root@host /]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
181 40 7:0 / /mntS rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
275 40 7:1 / /mntP rw,relatime - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel
283 40 7:0 / /mntS-B rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel

查看40对应的信息，可以看到其mount point为系统根目录"/"，根目录对应的类型为shared，peer group ID为1。默认情况下子mount point会继承父mount point的propagation类型，所以上述mount --make-shared vdisk1 /mntS也可以写为mount vdisk1 /mntS

[root@host /]# cat /proc/self/mountinfo | awk '$1 == 40' | sed 's/ - .*//'
40 0 253:0 / / rw,relatime shared:1

创建一个mount namespace，并将其hostname改为container。unshare默认会将新创建的mount namespace的propagation类型转变为private，使用--propagation unchanged可以让其继承父mount namespace的propagation类型

[root@host /]# unshare -fmu --propagation unchanged
[root@host /]# hostname container
[root@host /]# exec bash
[root@container /]#

查看新创建的namespace中的/mntS和/mntP的信息，可以看大盘/mntS和/mntS-B的shared peer group ID为162，与host上/mntS的ID一致，可以看到两个/mntS为同一个peer group；而/mntP均为private类型

[root@container ~]#  cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
500 463 7:0 / /mntS rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
501 463 7:1 / /mntP rw,relatime - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel
502 463 7:0 / /mntS-B rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel

在container mount namespace中的/mntS和/mntP下创建子目录，并将vdisk3和vdisk4 mount到这两个目录

[root@container /]# mkdir -p /mntS/mntS-sub
[root@container /]# mkdir -p /mntP/mntP-sub
[root@container /]# mount vdisk3 /mntS/mntS-sub/
[root@container /]# mount vdisk4 /mntP/mntP-sub/

在container下查看moutinfo，可以发现/mntS和/mntP的子目录下的mout point继承了父mount point的propagation类型

[root@container /]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
500 463 7:0 / /mntS rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
501 463 7:1 / /mntP rw,relatime - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel
502 463 7:0 / /mntS-B rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
503 500 7:2 / /mntS/mntS-sub rw,relatime shared:254 - ext2 /dev/loop2 rw,seclabel
506 502 7:2 / /mntS-B/mntS-sub rw,relatime shared:254 - ext2 /dev/loop2 rw,seclabel
523 501 7:3 / /mntP/mntP-sub rw,relatime - ext2 /dev/loop3 rw,seclabel

在host上查看mountinfo，发现其与container中不同在于没有mntP-sub目录的信息，这也表面了private类型下的mount umount事件不会传递，而shared则会在同peer group内传递这些事件

[root@host ~]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
181 40 7:0 / /mntS rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
275 40 7:1 / /mntP rw,relatime - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel
283 40 7:0 / /mntS-B rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
508 181 7:2 / /mntS/mntS-sub rw,relatime shared:254 - ext2 /dev/loop2 rw,seclabel
505 283 7:2 / /mntS-B/mntS-sub rw,relatime shared:254 - ext2 /dev/loop2 rw,seclabel

测试MS_SLAVE。清除上述环境，首先创建2个shared类型的mount point

[root@host /]# mkdir mntS1
[root@host /]# mkdir mntS2
[root@host /]# mount --make-shared vdisk1 /mntS1/
[root@host /]# mount --make-shared vdisk2 /mntS2/

查看host上mntS*目录的mountinfo，可以看到其类型为shared，分属于2个不同的peer group

[root@host /]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
181 40 7:0 / /mntS1 rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
276 40 7:1 / /mntS2 rw,relatime shared:170 - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel

创建一个新的mount namespace，集成其父mount namespace的propagation属性

[root@host /]# unshare -fum --propagation unchanged
[root@host /]# hostname container
[root@host /]# exec bash

当然，其与host上的mount point属于同一个peer group

[root@container /]# mount --make-slave /mntS2
[root@container /]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
491 286 7:0 / /mntS1 rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
492 286 7:1 / /mntS2 rw,relatime shared:170 - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel

将container的mntS2的propagation类型转变为slave，查看mountinfo信息，可以看到/mntS2变为slave，其master为ID为170的peer group，就是host上的/mntS2

[root@container /]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
491 286 7:0 / /mntS1 rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
492 286 7:1 / /mntS2 rw,relatime master:170 - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel

在/mntS1和/mntS2下创建新的mount point，可以看到在/mntS1下的mount point类型为shared，而在/mntS2下面的mount point类型为private

[root@container /]# mkdir -p /mntS1/mntS1-sub
[root@container /]# mkdir -p /mntS2/mntS2-sub
[root@container /]# mount vdisk3 /mntS1/mntS1-sub/
[root@container /]# mount vdisk4 /mntS2/mntS2-sub/
[root@container /]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
491 286 7:0 / /mntS1 rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
492 286 7:1 / /mntS2 rw,relatime master:170 - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel
493 491 7:2 / /mntS1/mntS1-sub rw,relatime shared:246 - ext2 /dev/loop2 rw,seclabel
503 492 7:3 / /mntS2/mntS2-sub rw,relatime - ext2 /dev/loop3 rw,seclabel

查看host的mountinfo，可以看到/mntS1新建的子目录，而无法看到slave类型的/mntS2新建的子目录。即slave的mount umount事件是无法传递到master的

[root@host mntS2]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
181 40 7:0 / /mntS1 rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
276 40 7:1 / /mntS2 rw,relatime shared:170 - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel
495 181 7:2 / /mntS1/mntS1-sub rw,relatime shared:246 - ext2 /dev/loop2 rw,seclabel

在host的/mnt2目录下创建一个新的mount point，可以看到/mntS2/mntS2-sub2创建成功，并创建一个新的子peer group

[root@host /]# mkdir -p /mntS2/mntS2-sub2
[root@host /]# mount vdisk5 /mntS2/mntS2-sub2/
[root@host /]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
181 40 7:0 / /mntS1 rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
276 40 7:1 / /mntS2 rw,relatime shared:170 - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel
495 181 7:2 / /mntS1/mntS1-sub rw,relatime shared:246 - ext2 /dev/loop2 rw,seclabel
504 276 7:4 / /mntS2/mntS2-sub2 rw,relatime shared:256 - ext2 /dev/loop4 rw,seclabel

在container中查看moutinfo，可以看到在host上新建的mount point，且为同一个peer group，ID为256。符合slave的定义，即slave的mount umount事件无法传递给master，但是反过来是可以的

[root@container /]# cat /proc/self/mountinfo |grep mnt
491 286 7:0 / /mntS1 rw,relatime shared:162 - ext2 /dev/loop0 rw,seclabel
492 286 7:1 / /mntS2 rw,relatime master:170 - ext2 /dev/loop1 rw,seclabel
493 491 7:2 / /mntS1/mntS1-sub rw,relatime shared:246 - ext2 /dev/loop2 rw,seclabel
503 492 7:3 / /mntS2/mntS2-sub rw,relatime - ext2 /dev/loop3 rw,seclabel
506 492 7:4 / /mntS2/mntS2-sub2 rw,relatime master:256 - ext2 /dev/loop4 rw,seclabel

propagation类型使用mount --make-*时的转换规则如下

             make-shared   make-slave      make-priv  make-unbind
shared        shared        slave/priv [1]  priv       unbind
slave         slave+shared  slave [2]       priv       unbind
slave+shared  slave+shared  slave           priv       unbind
private       shared        priv [2]        priv       unbind
unbindable    shared        unbind [2]      priv       unbind

使用mount --bind时的转换规则如下

                            source(A)
                    shared  private    slave         unbind
───────────────────────────────────────────────────────────────
dest(B)  shared    | shared  shared     slave+shared  invalid
        nonshared | shared  private    slave         invalid

使用mount move时的转换规则如下：

                            source(A)
                    shared  private    slave         unbind
──────────────────────────────────────────────────────────────────
dest(B)  shared    | shared  shared     slave+shared  invalid
        nonshared | shared  private    slave         unbindable

mount 命名空间通过隔离 /proc/[pid]/mounts, /proc/[pid]/mountinfo, 和/proc/[pid]/mountstats文件，使得通过mount命令仅能查看到容器的挂载信息

UTS namespaces

用于在独立的namespace下设置系统hostname和NIS domain name。使用方式比较简单，其中hostname的使用参见上述mount namespace，使用unshare创建uts namespace时指定选项-u即可

Network namespaces

用于创建一个独立的网络namespace，其中包括独立的网卡，ip，掩码，路由，iptables等，主要通过ip link，ip netns，ip addr，iptables，ip route，bridge等命令实现，可以参见 docker网络之bridge

由于网络命名空间的存在，容器中的网络信息和容器外面的网络信息并不相同，如使用ip，nstat，ss等命令查看网络信息时，实际读取的是/proc/net中的信息，从Linux 2.6.25开始，/proc/net会符号链接到/proc/self/net(如下图)。如果两个进程属于不同的命名空间，则它们的/proc/$pid/net的信息相同；如果两个进程属于相同的命名空间，则它们的/proc/$pid/net的信息相同。

容器的网络信息可以通过其对应的进程下面的/proc/$pid/net查看

除/proc/$pid/net目录外，网络命名空间还隔离了/sys/class/net，/proc/sys/net，socket等。

IPC namespaces

IPC用于进程间通信，常用到的方法有：信号量，共享内存，消息队列，系统文件和socket，前面四个主要用于本机上ipc通信，最后一个套接字可以支持不同主机间的ipc通信。IPC namespace用于隔离信号量，共享内存和消息队列（文件系统可以由mount namespace隔离，socket可以由network namespace隔离）

如下文件在不同IPC namespace中是不同的（其中消息队列有POSIX和system V两个标准）

*  POSIX消息队列接口 /proc/sys/fs/mqueue.
*  System V IPC /proc/sys/kernel, namely: msgmax,msgmnb, msgmni, sem, shmall, shmmax, shmmni, and shm_rmid_forced.
*  System V IPC /proc/sysvipc.

使用ipcs -l可知当前系统使用的消息队列是system V的

[root@host kernel]# ipcs -l
------ Messages Limits --------
max queues system wide = 468
max size of message (bytes) = 8192
default max size of queue (bytes) = 16384
------ Shared Memory Limits --------
max number of segments = 4096
max seg size (kbytes) = 18014398509465599
max total shared memory (kbytes) = 18014398442373116
min seg size (bytes) = 1
------ Semaphore Limits --------
max number of arrays = 128
max semaphores per array = 250
max semaphores system wide = 32000
max ops per semop call = 32
semaphore max value = 32767

[root@host kernel]# cat /proc/sys/kernel/msg* 16384

在host上新创建一个消息队列和共享内存，查看结果如下（已删除不相关信息）

[root@host ~]# ipcmk -Q
Message queue id: 32768
[root@host ~]# ipcmk -M 50
Shared memory id: 1540114
[root@host ~]# ipcs
------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages
0xc8232df1 32768      root       644        0            0
------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status0xc932e3e5 1540114    root       644        50         0
------ Semaphore Arrays --------
key        semid      owner      perms      nsems

新创建一个IPC namespace，查看ipc信息如下，可以发现在子IPC namespace下无法看到host的IPC信息。反过来在子IPC namespace下创建IPC，在host上也是看不到的

[root@host ~]# unshare -fui
[root@host ~]# hostname container
[root@host ~]# exec bash
[root@container ~]# ipcs
------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages
------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status
------ Semaphore Arrays --------
key        semid      owner      perms      nsems

IPC命名空间根据接口不同隔离了如下文件：

如果是POSIX，隔离/proc/sys/fs/mqueue

如果是System V IPC，隔离/proc/sysvipc；/proc/sys/kernel中的msgmax,msgmnb, msgmni, sem, shmall, shmmax, shmmni, 和shm_rmid_forced.

Cgroup namespaces：

docker在1.8版本之后将分配给容器的cgroup挂载到了容器中。下例使用--memory选项限制容器使用的内存大小为200M(container ID=962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e )

# docker run --rm --memory=200M -it busybox:latest /bin/sh

在容器里面查看cgroup的mount的信息如下，容器962f63bbfbde的cgroup挂载点在host的/sys/fs/cgroup下面，采用的挂载propagation类型为MS_SLAVE

 # cat /proc/self/mountinfo |grep cgroup
193 192 0:54 / /sys/fs/cgroup ro,nosuid,nodev,noexec,relatime - tmpfs tmpfs rw,seclabel,mode=755
194 193 0:25 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/systemd ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:9 - cgroup cgroup rw,seclabel,xattr,release_agent=/usr/lib/systemd/systemd-cgroups-agent,name=systemd
195 193 0:27 / /sys/fs/cgroup/rdma ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:10 - cgroup cgroup rw,seclabel,rdma
196 193 0:28 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/net_cls,net_prio ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:11 - cgroup cgroup rw,seclabel,net_cls,net_prio
197 193 0:29 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/perf_event ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:12 - cgroup cgroup rw,seclabel,perf_event
198 193 0:30 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/pids ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:13 - cgroup cgroup rw,seclabel,pids
199 193 0:31 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/hugetlb ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:14 - cgroup cgroup rw,seclabel,hugetlb
200 193 0:32 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/cpuset ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:15 - cgroup cgroup rw,seclabel,cpuset
201 193 0:33 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:16 - cgroup cgroup rw,seclabel,cpu,cpuacct
202 193 0:34 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/blkio ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:17 - cgroup cgroup rw,seclabel,blkio
203 193 0:35 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/devices ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:18 - cgroup cgroup rw,seclabel,devices
204 193 0:36 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/freezer ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:19 - cgroup cgroup rw,seclabel,freezer
205 193 0:37 /docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e /sys/fs/cgroup/memory ro,nosuid,nodev,noexec,relatime master:20 - cgroup cgroup rw,seclabel,memory

在host上查看cgroup的mount，与容器中一一对应，如容器中的memory 的master:20对应host上的memory shared:20

28 27 0:25 / /sys/fs/cgroup/systemd rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:9 - cgroup cgroup rw,seclabel,xattr,release_agent=/usr/lib/systemd/systemd-cgroups-agent,name=systemd
30 27 0:27 / /sys/fs/cgroup/rdma rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:10 - cgroup cgroup rw,seclabel,rdma
31 27 0:28 / /sys/fs/cgroup/net_cls,net_prio rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:11 - cgroup cgroup rw,seclabel,net_cls,net_prio
32 27 0:29 / /sys/fs/cgroup/perf_event rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:12 - cgroup cgroup rw,seclabel,perf_event
33 27 0:30 / /sys/fs/cgroup/pids rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:13 - cgroup cgroup rw,seclabel,pids
34 27 0:31 / /sys/fs/cgroup/hugetlb rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:14 - cgroup cgroup rw,seclabel,hugetlb
35 27 0:32 / /sys/fs/cgroup/cpuset rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:15 - cgroup cgroup rw,seclabel,cpuset
36 27 0:33 / /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:16 - cgroup cgroup rw,seclabel,cpu,cpuacct
37 27 0:34 / /sys/fs/cgroup/blkio rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:17 - cgroup cgroup rw,seclabel,blkio
38 27 0:35 / /sys/fs/cgroup/devices rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:18 - cgroup cgroup rw,seclabel,devices
39 27 0:36 / /sys/fs/cgroup/freezer rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:19 - cgroup cgroup rw,seclabel,freezer
40 27 0:37 / /sys/fs/cgroup/memory rw,nosuid,nodev,noexec,relatime shared:20 - cgroup cgroup rw,seclabel,memory

在host上查看memory限制如下，为200M

# pwd
/sys/fs/cgroup/memory/docker/962f63bbfbde77dff734d0c832b5538c5ac4df599825b78e22183cc75e87195e
# cat memory.limit_in_bytes 
209715200

在container上查看memory限制如下，也为200M

# pwd
/sys/fs/cgroup/memory
 # cat memory.limit_in_bytes 
209715200

由于容器的/proc /sys /dev路径没有做绝对的隔离，会产生一些使用上的问题，如应用程序读取/proc/meminfo时显示的是host的内存信息，而不是cgroup限制的容器的内存信息。参见Docker容器实现原理及容器隔离性踩坑介绍

容器所在的cgroup可以通过容器的进程查看/proc/$pid/cgroup，进而直到其对应的cgroup所在目录

TIPS：

在/proc/$pid/ns下有进程对应的namespace，可以使用nsenter命令查看，例如查看一个容器名为0f3005ba4d63(docker ps获得)中的进程对应的namespace，可以看到该进程对应的hostname与容器中的hostname是一致的（--preserve-credentials表示不修改namespace的gid和uid，参见nsenter）

# nsenter --uts=uts --preserve-credentials hostname 0f3005ba4d63

子pid namespace中的进程无法操作父pid namespace中的进程，但反过来是可以的。所有的线程必须在同一个namespace中

/proc/sys/user中定义了可创建的namespace的最大值

可以使用如下方式查看系统是否开启namespace功能

$ uname -a
Linux . 4.19.10-1.el7.elrepo.x86_64 #1 SMP Mon Dec 17 08:44:04 EST 2018 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
[nfsnobody@ charlie]$ cat /boot/config-4.19.10-1.el7.elrepo.x86_64|grep CONFIG_USER_NS
CONFIG_USER_NS=y

kubernetes的pod中的container共用同一个network namespace，它使用docker的--net=container:id方式来加入已有的network namespace，可以通过查看容器进程的network namespace id来查看其关系，如/proc/$pid/ns

https://success.docker.com/article/introduction-to-user-namespaces-in-docker-engine

https://docs.docker.com/engine/security/userns-remap/#disable-namespace-remapping-for-a-container

https://success.docker.com/article/user-namespace-runtime-error

http://man7.org/linux/man-pages/man7/namespaces.7.html

http://man7.org/linux/man-pages/man7/pid_namespaces.7.html

http://man7.org/linux/man-pages/man1/unshare.1.html

http://man7.org/linux/man-pages/man7/mount_namespaces.7.html

http://man7.org/linux/man-pages/man7/user_namespaces.7.html

http://www.10tiao.com/html/606/201810/2664605819/1.html

https://segmentfault.com/a/1190000006899213

https://segmentfault.com/a/1190000006912742

https://segmentfault.com/a/1190000006913195

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