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namespace及相关命令

1. namspace

1.1 namespace介绍

namespace 是 Linux 的一种用于实现进程隔离的机制，是 Linux 内核容器化技术（如 Docker 和 Kubernetes）的核心组件之一。它允许系统将资源划分为彼此隔离的单元，通过 namespace 可以让一些进程只看到与自己相关的一部分资源，而另外一些进程也只能看到与它们自己相关的资源，使得不同的进程组可以独立操作这些资源，而互不干扰。

namespace 是对全局系统资源的一种封装机制，处于不同 namespace 的进程拥有独立的全局系统资源，且改变一个 namespace 中的系统资源只会影响当前 namespace 里的进程，对其他 namespace 中的进程没有影响。

1.2 namespace属性

namespace 中有许多进程和系统相关的属性，Linux 也提供了一些 API 来操作操作 namespace：

属性	系统调用参数	被隔离的全局系统资源	引入内核版本
UTS	CLONE_NEWUTS	主机名和域名	2.6.19
IPC	CLONE_NEWIPC	信号量、消息队列和共享内存	2.6.19
PID	CLONE_NEWPID	进程编号	2.6.24
Network	CLONE_NEWNET	网络设备、网络栈、端口等	2.6.29
Mount	CLONE_NEWNS	文件系统挂载点	2.4.19
User	CLONE_NEWUSER	用户和用户组	3.8

UTS： 每个容器都能看到自己的 hostname ，拥有独立的主机名和域名。

IPC： 同一个 IPC 的 namespace 的进程之间可以互相通信，不同的 IPC namespace 之间不能通信。

PID： 每个 PID 的 namespace 中的进程可以有独立的 PID ，每个容器可以有 PID 为 1 的 root 进程。

Network： 每个容器有独立的网络设备、IP 地址、IP 路由表、/proc/net 目录、端口号。

mount： 每个容器可以看到不同的文件系统层次结构。

User： 每个容器可以有不同的 user 和 group id。

2. 常用命令

注意，namespace 的隔离能力不是由 docker 提供的，而是 Linux 操作系统内核提供的基本能力。

2.1 dd命令

Linux 的 dd 命令用于读取、转换并输出数据。 dd 命令可以从标准输入或文件中读取数据，根据指定的格式来转换数据，再输出到文件、设备或标准输出中。

dd [option]

选项：

选项	含义
if=filename	源文件的文件名，即输入的文件。（默认 stdin）
of=filename	目的文件的文件名，即输出的文件。（默认 stdout）
ibs=bytes	一次读取 $\text{bytes}$ 个字节，即指定一个块，大小为 $\text{bytes}$ 个字节。
obs=bytes	一次输出 $\text{bytes}$ 个字节，即指定一个块，大小为 $\text{bytes}$ 个字节。
bs=bytes	同时设置读入/输出的块大小为 $\text{bytes}$ 个字节。
cbs=bytes	一次转换 $\text{bytes}$ 个字节，即指定转换缓冲区大小。
skip=blocks	从输入文件开头跳过 $\text{blocks}$ 个块后再开始复制。
seek=blocks	从输出文件开头跳过 $\text{blocks}$ 个块后再开始复制。
count=blocks	仅拷贝 $\text{blocks}$ 个块，块大小等于 ibs 指定的字节数。
–help	显示帮助信息。
–version	显示版本信息。
conv=[关键字]	这个选项用于转换数据内容，详细看下表。

conv 关键字：

关键字	含义	关键字	含义
conversion	用指定的参数转换文件。	lcase	把大写字符转换为小写字符。
ascii	将 ebcdic 转换为 ascii。	ucase	把小写字符转换为大写字符。
ebcdic	将 ascii 转换为 ebcdic。	swap	交换输入的每对字节。
ibm	将 ascii 转换为 alternate ebcdic。	noerror	出错时不停止。
block	将输入的 `\n` 转换为固定长度的空格填充记录。	notrunc	不截断输出文件，即写入新信息不清空原内容（但新内容仍会从偏移量开始向后覆盖）。
unblock	将输入的固定长度记录转换为 `\n` 结尾的记录。	sync	将每个输入块填充到 ibs 个字节，不足的部分用空（NUL）字符填充。

block 和 unblock 用于控制文件每行的显示，只是方法不同。假如指定每行内容为 $80$ 字节（cbs=80）。block 表示每行内容被调整为 $80$ 字节宽，不足的部分用空格填充；unblock 表示删除 block 设置的空格，并在每 $80$ 字节长度的记录尾部添加换行符（\n），转换为普通文本。

使用：

创建一个镜像文件。

dd if=/dev/zero of=test.img bs=8k count=10240

/dev/zero 是一个特殊设备文件，提供源源不断的零值字节。

这段命令的意思是，拷贝无限制的 0 到 test.img 文件中，每个块大小 $8\,\rm KB$ ，共 $10240$ 个块，文件总大小为 $8\,\rm KB \times{1024}=80\,\rm MB$ 。

namespace1

2.2 mkfs命令

mkfs 用于在设备上创建 Linux 文件系统，即格式化。

mkfs [option] filesys [blocks]

选项：

选项	含义
-t fstype	指定要建立何种文件系统，如 ext3，ext4 。
filesys	指定要创建的文件系统对应的设备文件名。
blocks	指定文件系统的磁盘块数。
-V	详细显示模式。
fs-option	传递给具体的文件系统的参数。

使用：

将镜像文件 test.img 格式化为 ext4 文件系统。

mkfs -t ext4 ./test.img

namespace2

2.3 df命令

df 用于显示在 Linux 系统上的文件系统磁盘使用情况。

df [option] [file]

选项：

选项	含义
-a,-all	显示所有文件系统，包括 0 Blocks 的。
-h,–human-readable	使用人类可读的格式，即把单位都换算成 KB、MB 等。
-H,–si	与 -h 类似，但进制为 1000 而不是 1024。
-t,–type=TYPE	限制列出文件系统的 TYPE。
-T,–print-type	显示文件系统的形式。

2.4 mount命令

mount 用于加载文件系统到指定的加载点。挂载的实质就是为磁盘添加入口（挂载点）。Linux 系统下不同目录可以挂载不同分区和磁盘设备，它的目录和磁盘分区是分离的，可以自由组合，不同的目录数据可以跨越不同的磁盘分区或者不同的磁盘设备。

此命令也常用于挂载光盘（U 盘），使我们可以访问光盘中的数据。因为在 Linux 中，将光盘插入光驱后，系统不会自动挂载，必须使用 mount 命令手动完成挂载。

#常见用法
mount -l
mount [-o option] [device] dir

选项：

选项	含义
-l	显示已经加载的文件系统列表。
-t	加载文件系统类型，支持常见系统类型如 ext3、ext4、ios9660、tmpfs、xfs 等。大部分情况下不需要指定，mount 可以自己识别。
-o option	主要用于描述设备或档案的挂载方式，选项看下表。
device	要挂载（mount）的设备。
dir	挂载点的目录。

-o选项：

选项	含义
loop	用于把一个文件当成磁盘分区挂接上系统。
ro	采用只读方式挂接设备。
rw	采用读写方式挂接设备。

使用：

mount ./test.img ./mnt/testext4

如果挂载点不存在（即目录不存在）会报错：

2.5 unshare命令

unshare 主要用于使用与父进程不共享的 namespace 运行程序。

unshare [option] program [arguments]

选项：

选项	含义
-i,–ipc	不共享 IPC 空间。
-m,–mount	不共享 Mount 空间。
-n,–net	不共享 Net 空间。
-p,–pid	不共享 PID 空间。
-u,–uts	不共享 UTS 空间。
-U,–user	不共享用户。
-V,–version	查看版本。
–fork	执行 unshare 的进程 fork 一个新的子进程，在子进程里执行 unshare 传入的参数。
–mount-proc	执行子进程前，将 proc 优先挂载过去。

–mount-proc 的存在主要是因为，每一个进程里都有一个对应的 /proc/PID 目录，该目录包含大量的有关当前进程的信息。如果我们不使用这个选项，fork 一个 bash 进程到新的 namespace 里，就会将原先 bash 进程里所有的子进程信息都复制了过来，相当于新的 namespace 还是能看见全局的进程信息。通过这个选项，我们才能实现进程信息隔离。