详解Linux中的命名空间 (linux命令的含义)

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背景

从Linux 2.6.版的内核开始，Linux 就支持6种不同类型的命名空间。它们的出现，使用户创建的进程能够与系统分离得更加彻底，从而不需要使用更多的底层虚拟化技术。

下面我们介绍一下进程命名空间和网络命名空间。进程命名空间

本文用 C 语言介绍上述概念，因为演示进程命名空间的时候需要用到 C 语言。下面的测试过程在 Debian 6 和 Debian 7 上执行。首先，在栈内分配一页内存空间，并将指针指向内存页的末尾。这里我们使用 alloca() 函数来分配内存，不要用 malloc() 函数，它会把内存分配在堆上。

复制代码代码如下: void *mem = alloca(sysconf(_SC_PAGESIZE)) + sysconf(_SC_PAGESIZE);

然后使用 clone() 函数创建子进程，传入我们的子栈空间地址 "mem"，并指定命名空间的标记。同时我们还指定“callee”作为子进程运行的函数。

复制代码代码如下:mypid = clone(callee, mem, SIGCHLD | CLONE_NEWIPC | CLONE_NEWPID | CLONE_NEWNS | CLONE_FILES, NULL);

clone 之后我们要在父进程中等待子进程先退出，否则的话，父进程会继续运行下去，并马上进程结束，留下子进程变成孤儿进程：

复制代码代码如下:while (waitpid(mypid, &r, 0) < 0 && errno == EINTR) { continue; }

最后当子进程退出后，我们会回到 shell 界面，并返回子进程的退出码。

复制代码代码如下:if (WIFEXITED(r)) { return WEXITSTATUS(r); } return EXIT_FAILURE;

上文介绍的 callee 函数功能如下：

复制代码代码如下:static int callee() { int ret; mount("proc", "/proc", "proc", 0, ""); setgid(u); setgroups(0, NULL); setuid(u); ret = execl("/bin/bash", "/bin/bash", NULL); return ret; }

程序挂载了 /proc 文件系统，设置用户 ID 和组 ID，值都为“u”，然后运行 /bin/bash 程序，LXC 是一个操作系统级的虚拟化工具，使用 cgroups 和命名空间来完成资源的分离。现在我们把所有代码放在一起，变量“u”的值设为，在 Debian 系统中，这是“nobody”和“nogroup”：

复制代码代码如下:#define _GNU_SOURCE #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/mount.h> #include <grp.h> #include <alloca.h> #include <errno.h> #include <sched.h> static int callee(); const int u = ; int main(int argc, char *argv[]) { int r; pid_t mypid; void *mem = alloca(sysconf(_SC_PAGESIZE)) + sysconf(_SC_PAGESIZE); mypid = clone(callee, mem, SIGCHLD | CLONE_NEWIPC | CLONE_NEWPID | CLONE_NEWNS | CLONE_FILES, NULL); while (waitpid(mypid, &r, 0) < 0 && errno == EINTR) { continue; } if (WIFEXITED(r)) { return WEXITSTATUS(r); } return EXIT_FAILURE; } static int callee() { int ret; mount("proc", "/proc", "proc", 0, ""); setgid(u); setgroups(0, NULL); setuid(u); ret = execl("/bin/bash", "/bin/bash", NULL); return ret; }

执行以下命令来运行上面的代码：

复制代码代码如下:root@w:~/pen/tmp# gcc -O -o ns.c -Wall -Werror -ansi -c ns.c root@w:~/pen/tmp# ./ns nobody@w:~/pen/tmp$ id uid=(nobody) gid=(nogroup) nobody@w:~/pen/tmp$ ps auxw USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND nobody 1 0.0 0.0 pts/1 S : 0: /bin/bash nobody 5 0.0 0.0 pts/1 R+ : 0: ps auxw nobody@w:~/pen/tmp$

注意上面的结果，UID 和 GID 被设置成 nobody 和 nogroup 了，特别是 ps 工具只输出两个进程，它们的 ID 分别是1和5（LCTT注：这就是上文介绍 CLONE_NEWPID 时提到的功能，在线程所在的命名空间内，进程 ID 可以为1，映射到命名空间外是另外一个 PID；而命名空间外的 ID 为1的进程一直是 init）。网络命名空间

接下来轮到使用 ip netns 来设置网络的命名空间。第一步先确定当前系统没有命名空间：

复制代码代码如下:root@w:~# ip netns list Object "netns" is unknown, try "ip help".

如果报了上述错误，你需要更新你的系统内核，以及 ip 工具程序。这里假设你的内核版高于2.6.，ip 工具版本也差不多，高于2.6.（LCTT注：ip 工具由 iproute 安装包提供，此安装包版本与内核版本相近）。更新好后，ip netns list 在没有命名空间存在的情况下不会输出任务信息。加个名为“ns1”的命名空间看看：

复制代码代码如下:root@w:~# ip netns add ns1 root@w:~# ip netns list ns1

列出网卡：

复制代码代码如下:root@w:~# ip link list 1: lo: mtu qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT link/loopback ::::: brd ::::: 2: eth0: mtu qdisc pfifo_fast state UNKNOWN mode DEFAULT qlen link/ether :0c::::9e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

创建新的虚拟网卡，并加到命名空间。虚拟网卡需要成对创建，互相关联——就像交叉电缆一样：

复制代码代码如下:root@w:~# ip link add veth0 type veth peer name veth1 root@w:~# ip link list 1: lo: mtu qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT link/loopback ::::: brd ::::: 2: eth0: mtu qdisc pfifo_fast state UNKNOWN mode DEFAULT qlen link/ether :0c::::9e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff 3: veth1: mtu qdisc noop state DOWN mode DEFAULT qlen link/ether d2:e9::::ab brd ff:ff:ff:ff:ff:ff 4: veth0: mtu qdisc noop state DOWN mode DEFAULT qlen link/ether f2:f7:5e:e2::ac brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

这个时候 ifconfig -a 命令也能显示新添加的 veth0 和 veth1 两块网卡。

很好，现在将这两份块网卡加到命名空间中去。注意一下，下面的 ip netns exec 命令用于将后面的命令在命名空间中执行（LCTT注：下面的结果显示了在 ns1 这个网络命名空间中，只存在 lo 和 veth1 两块网卡）：

复制代码代码如下: root@w:~# ip link set veth1 netns ns1 root@w:~# ip netns exec ns1 ip link list 1: lo: mtu qdisc noop state DOWN mode DEFAULT link/loopback ::::: brd ::::: 3: veth1: mtu qdisc noop state DOWN mode DEFAULT qlen link/ether d2:e9::::ab brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

这个时候 ifconfig -a 命令只能显示 veth0，不能显示 veth1，因为后者现在在 ns1 命名空间中。

如果想删除 veth0/veth1，可以执行下面的命令：

复制代码代码如下:ip netns exec ns1 ip link del veth1

我们可以为 veth0 分配 IP 地址：

复制代码代码如下: ifconfig veth0 ..5.5/

在命名空间内为 veth1 分配 IP 地址：

复制代码代码如下:ip netns exec ns1 ifconfig veth1 ..5./ up

在命名空间内外执行 ip addr list 命令：

复制代码代码如下:root@w:~# ip addr list 1: lo: mtu qdisc noqueue state UNKNOWN link/loopback ::::: brd ::::: inet .0.0.1/8 scope host lo inet6 ::1/ scope host valid_lft forever preferred_lft forever 2: eth0: mtu qdisc pfifo_fast state UNKNOWN qlen link/ether :0c::::9e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet ..3./ brd ..3. scope global eth0 inet6 fe::c:ff:fe:e/ scope link valid_lft forever preferred_lft forever 6: veth0: mtu qdisc pfifo_fast state UP qlen link/ether :b2:c7:bd:c9: brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet ..5.5/ brd ..5. scope global veth0 inet6 fe::b2:c7ff:febd:c/ scope link valid_lft forever preferred_lft forever root@w:~# ip netns exec ns1 ip addr list 1: lo: mtu qdisc noop state DOWN link/loopback ::::: brd ::::: 5: veth1: mtu qdisc pfifo_fast state UP qlen link/ether :bd:b6::a6:eb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet ..5./ brd ..5. scope global veth1 inet6 fe::bd:b6ff:fe:a6eb/ scope link valid_lft forever preferred_lft forever

在命名空间内外查看路由表：

复制代码代码如下:root@w:~# ip route list default via ..3.1 dev eth0 proto static ..3.0/ dev eth0 proto kernel scope link src ..3. ..5.0/ dev veth0 proto kernel scope link src ..5.5 root@w:~# ip netns exec ns1 ip route list ..5.0/ dev veth1 proto kernel scope link src ..5.

最后，将虚拟网卡连到物理网卡上，我们需要用到桥接。这里做的是将 veth0 桥接到 eth0，而 ns1 命名空间内则使用 DHCP 自动获取 IP 地址：

复制代码代码如下:root@w:~# brctl addbr br0 root@w:~# brctl addif br0 eth0 root@w:~# brctl addif br0 veth0 root@w:~# ifconfig eth0 0.0.0.0 root@w:~# ifconfig veth0 0.0.0.0 root@w:~# dhclient br0 root@w:~# ip addr list br0 7: br0: mtu qdisc noqueue state UP link/ether :0c::::9e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet ..3./ brd ..3. scope global br0 inet6 fe::c:ff:fe:e/ scope link valid_lft forever preferred_lft forever

为网桥 br0 分配的 IP 地址为..3./。接下来为命名空间分配地址：

复制代码代码如下:root@w:~# ip netns exec ns1 dhclient veth1 root@w:~# ip netns exec ns1 ip addr list 1: lo: mtu qdisc noop state DOWN link/loopback ::::: brd ::::: 5: veth1: mtu qdisc pfifo_fast state UP qlen link/ether :bd:b6::a6:eb brd ff:ff:ff:ff:ff:ff inet ..3./ brd ..3. scope global veth1 inet6 fe::bd:b6ff:fe:a6eb/ scope link valid_lft forever preferred_lft forever

现在， veth1 的 IP 被设置成 ..3./ 了。

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