rootfs 与容器技术

回到我们在 Linux 的环境，运行我们的“容器”：

/root/test/container

我们是不是可以像虚拟机中的操作系统一样，在容器中“为非作歹”了呢?
那！当！然！不！行！啦！

1. 为什么需要 rootfs

先忽略 Cgroup 机制。在容器中探索时，不知大家是否发现，/bin，/etc，/var ... 等等目录下的内容，它们与宿主机的目录完全一致。你在这些目录里的更改一样会影响到宿主机。聪明的读者一定发现了，我们创建进程的时候不是指定开启 Mount Namespace 了吗，为什么不生效呢？

即使我们启用了 Mount Namespace，但它需要手动指定挂载时才能生效，我们在代码中指定容器进程中的 /tmp 目录使用空的内存盘挂载，所以我们在容器中访问到的 /tmp 目录是空的，与宿主机不一致的。

至于其他的目录，因为我们也没有指定挂载点变更，它们会直接使用宿主机的目录。但理想状态下，我们会希望，进入在一个新的容器后，它的所有文件都应该尽可能与宿主机隔离，我们才能放心使用它。

实现起来也不算复杂，我们知道 Linux 的目录结构都是从 / 开始的，如果我们制作一份 / 目录，然后在容器进程启动的时候将它切换挂载到容器的 /，就可以解决这个问题。而像这种完整包含根目录的拷贝，我们称呼它：rootfs。

2. 构建 rootfs

构建一个真正可用的 rootfs 的过程其实非常繁琐，我们不需要了解它的细节，我们仅仅需要使用它基本的功能理解 rootfs 即可。
这里我们使用的构建命令如下:

cd /root/test/
mkdir rootfs
# 为rootfs提供初始目录结构和核心依赖库
sudo rpm -ivh --nodeps --root /home/root/test/rootfs https://mirrors.aliyun.com/centos/8/BaseOS/x86_64/os/Packages/centos-release-8.1-1.1911.0.9.el8.x86_64.rpm
# 为rootfs安装vim 工具和gcc编译环境
sudo dnf --installroot=/root/test/rootfs install vim gcc --nogpgcheck

3. 使用 rootfs

在 Linux 环境的 /root/test/ 目录下，已经有一份打包好的 rootfs，我们直接使用它即可。

我们来探查一下它的目录结构：

tree -L 1

发现它与宿主机的/目录的结构一致, 因为它就是我们容器将要使用的/。

下面我们让我们的容器使用这个 rootfs，编写一个 helloworld 程序

Tip: 下面我们会使用到 chroot， chroot 是在 unix 系统的一个操作，针对正在运作的软件行程和它的子进程，改变它外显的根目录。一个运行在这个环境下，经由 chroot 设置根目录的程序，它不能够对这个指定根目录之外的文件进行访问动作，不能读取，也不能更改它的内容。Namespace Mount 事实上就是受到 chroot 的启发改进而来的。

cd /root/test/

## 运行容器环境
./container

## chroot切换到rootfs
chroot /root/rootfs /bin/bash

# 进入容器中的home目录，编写代码 helloworld.c并编译执行
cd /home
vim helloworld.c

#include <stdio.h>
int main()
{
   // printf() 中字符串需要引号
   printf("Hello, World!");
   return 0;
}

保存后编译运行

cc helloworld.c -o helloworld
./helloworld

我们将看到终端中显示：

hello, world!

这样我们获得了一个文件系统目录与宿主机隔离的环境，在这里，我们可以放心大胆地操作，不用担心影响到宿主机的环境。

至此，我们获取了一个可以使用 C 语言编译运行应用的容器。

4. 拓展思考

如果 多个项目同时使用这个容器，他们之间如何隔离文件系统呢？
直接拷贝或者重新构建多个 rootfs 似乎可行，但这浪费了空间

如果 容器使用过程中，不小心误删了某个 rootfs 中的关键文件，导致容器被损坏， 怎么办？
让 rootfs 的关键文件设定为只读的状态，似乎可以解决这个问题。

如果我们想与其他人分享我们的容器和容器内的应用，该怎么办呢？
平台相同的情况下，我们把 rootfs 和容器进程文件拷贝一份副本给他们就行了。传输方式？U 盘，网盘，通讯软件好像都可以。

如果…?

5. 小结

本节我们学习了容器场景下的 rootfs 需求的认知和构建使用。需要注意的是，rootfs只是一个操作系统所包含的文件、配置和目录，并不包括操作系统内核，因此在容器中运行的内核与宿主机一致，与内核相关的模块是无法隔离的。

结合前两节中 Namespace 和 CGroup 的内容，我们对容器技术的核心概念和原理应该具有了充分的理解。但技术在产品化的过程中，比如拓展思考的部分，仅仅脑补就会遇到无数的问题，我们自己的解决方案似乎问题也很大，所以闭门造车是不行的，容器技术的核心部分将讲到这里，下面的章节就让主角 Docker 正式登场。