在Docker容器中实现安全与隔离

随着容器技术的发展，它的安全、隔离和资源控制的功能也在不断进步。本文中，我们将回顾Docker容器如何仅仅使用linux的原始功能来实现安全与隔离，比如namespaces, cgroups, capabilities等。

虚拟化和隔离

操作系统级的虚拟化、容器、空间以及“chroot with steroids”，其实都定义了同一个概念：用户空间隔离。类似Docker的产品都使用了操作系统级的虚拟化，通过用户空间隔离可以提供额外的安全性。

0.9版本起，Docker包含了libcontainer库作为它直接虚拟化的方法，这个功能由Linux内核提供。 此外，它还通过 LXC[1],systemd-nspawn[2],和libvert[3]使用了抽象虚拟接口。 这些虚拟化库全部利用了Linux的原始容器（参见上图）

• namespaces
• cgroups
• capabilities等等。

Docker在一个包装中联合了以上功能，并称之为容器格式。

libcontainer

默认的容器格式被称为libcontainer。

Docker也支持使用LXC的传统Linux容器。在将来，Docker可能会支持其他的容器格式，比如结合BSD jails或者Solaris Zones。

执行驱动程序是一种特殊容器格式的实现，用来运行docker容器。在最新的版本中，libcontainer有以下特性：

是运行docker容器的默认执行驱动程序。

和LXC同时装载。

使用没有任何其他依赖关系的Go语言设计的库，来直接访问内核容器的API。

目前的Docker涵盖的功能有：命名空间使用，cgroups管理，capabilities权限集，进程运行的环境变量配置以及网络接口防火墙设置——所有功能是固定可预测的，不依赖LXC或者其它任何用户区软件包。

只需提供一个根文件系统，和libcontainer对容器的操作配置，它会帮你完成剩下的事情。

支持新建容器或者添加到现有的容器。

事实上，对libcontainer最迫切的需求是稳定，开发团队也将其设为了默认。

在Docker 0.9中，LXC现在可以选择关闭。

注意：LXC在将来会继续被支持。

如果想要重新使用LXC驱动，只需输入指令docker -d –e lxc,然后重启Docker。

用户命名空间

Docker不是虚拟化，相反的，它是一个支持命名空间抽象的内核，提供了独立工作空间(或容器)。当你运行一个容器的时候，Docker为容器新建了一系列的namespace。

一些Docker使用的linux命名空间：

pid namespace

用作区分进程（PID: Process ID）。

容器中运行的进程就如同在普通的Linux系统运行一样，尽管它们和其他进程共享一个底层内核。

net namespace

用作管理网络接口。

DNAT允许你单独配置主机中每个用户的的网络，并且有一个方便的接口传输它们之间的数据。

当然，你也可以通过使用网桥用物理接口替换它。

ipc namespace

用作管理对IPC (IPC: InterProcess Communication)资源的访问。

mnt namespace

用作管理mount-points (MNT: Mount)。

uts namespace

用作区分内核和版本标识符(UTS: Unix Timesharing System)。

Linux上的Docker使用了被称为cgroups的技术。因为每个虚拟机都是一个进程，所有普通Linux的资源管理应用可以被应用到虚拟机。此外，资源分配和调度只有一个等级，因为一个容器化的Linux系统只有一个内核并且这个内核对容器完全可见。

总之，cgroups可以让Docker：

实现组进程并且管理它们的资源总消耗。

分享可用的硬件资源到容器。

限制容器的内存和CPU使用。

可以通过更改相应的cgroup来调整容器的大小。

通过检查Linux中的/sys/fs/cgroup对照组来获取容器中的资源使用信息。

提供了一种可靠的结束容器内所有进程的方法。

Capabilities

Linux使用的是“POSIX capabilities”。这些权限是所有强大的root权限分割而成的一系列权限。在Linux manpages上可以找到所有可用权限的清单。Docker丢弃了除了所需权限外的所有权限，使用了白名单而不是黑名单。

一般服务器（裸机或者虚拟机）需要以root权限运行一系列进程。包括：

• SSH
• cron
• syslogd
• 硬件管理工具 (比如负载模块)
• 网络配置工具 (比如处理DHCP, WPA, or V**s)等。

每个容器都是不同的，因为几乎所有这些任务都由围绕容器的基础设施进行处理。默认的，Docker启用一个严格限制权限的容器。大多数案例中，容器不需要真正的root权限。举个例子，进程（比如说网络服务）只需要绑定一个小于1024的端口而不需要root权限：他们可以被授予CAPNETBIND_SERVICE来代替。因此，容器可以被降权运行：意味着容器中的root权限比真正的root权限拥有更少的特权。 Capabilities只是现代Linux内核提供的众多安全功能中的一个。为了加固一个Docker主机，你可以使用现有知名的系统：

• TOMOYO
• AppArmor
• SELinux
• GRSEC, etc.

如果你的发行版本附带了Docker容器的安全模块，你现在就可以使用它们。比如，装载了AppArmor模板的Docker和Red Hat自带SELinux策略的Docker。