深入解析Docker底层原理：从Namespace到联合文件系统
引言：容器技术的革命性突破
在云计算和DevOps蓬勃发展的时代背景下，Docker作为容器技术的代表，彻底改变了应用程序的构建、交付和运行方式。与传统虚拟机相比，Docker以其轻量级、快速启动和资源高效利用等特性，成为现代云原生架构的基石。本文将从内核级技术出发，深入剖析Docker的底层实现原理。
一、Docker核心技术解析
1.1 Linux Namespace：进程隔离的魔法
Namespace是Linux内核提供的环境隔离机制，Docker利用其实现6种关键隔离：
| Namespace类型 | 隔离内容 | 内核版本 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| PID | 进程ID | 2.6.24+ | 独立的进程树视图 |
| Mount | 文件系统挂载点 | 2.4.19+ | 私有文件系统空间 |
| UTS | 主机名和域名 | 2.6.19+ | 自定义容器主机名 |
| IPC | 进程间通信 | 2.6.19+ | 隔离共享内存等资源 |
| Network | 网络设备/协议栈 | 2.6.29+ | 独立网络接口和IP |
| User | 用户和用户组ID | 3.8+ | 用户权限隔离 |
实现原理示例：
# 创建新PID Namespace
unshare --pid --fork /bin/bash
1.2 Control Groups（cgroups）：资源管理的缰绳
cgroups通过层级化结构对系统资源进行精细化控制：
主要子系统包括：
- CPU：限制CPU使用率
- Memory：控制内存使用量
- I/O：限制块设备读写速率
- Devices：设备访问控制
- Freezer：暂停/恢复进程组
Docker资源限制示例：
docker run -it --cpu-quota=50000 --memory=1g nginx
1.3 Union File System：分层的艺术
联合文件系统（UnionFS）通过分层存储实现镜像的高效管理：
关键特性：
- Copy-on-Write（写时复制）
- 分层叠加（最多128层）
- 支持多种存储驱动：
- Overlay2（推荐）
- AUFS
- Btrfs
- ZFS