Docker Runc容器生命周期详细介绍

Docker Runc容器生命周期

容器的生命周期涉及到内部的程序实现和面向用户的命令行界面，runc内部容器状态转换操作、runc命令的参数定义的操作、docker client定义的容器操作是不同的，比如对于docker client的create来说，

语义和runc就完全不同，这一篇文章分析runc的容器生命周期的抽象、内部实现以及状态转换图。理解了runc的容器状态转换再对比理解docker client提供的容器操作命令的语义会更容易些。

容器生命周期相关接口

• 最基本的required的接口
  
  • Start: 初始化容器环境并启动一个init进程，或者加入已有容器的namespace并启动一个setns进程；执行postStart hook; 阻塞在init管道的写端，用户发信号替换执行真正的命令
  • Exec: 读init管道，通知init进程或者setns进程继续往下执行
  • Run: Start + Exec的组合
  • Signal: 向容器内init进程发信号
  • Destroy: 杀掉cgroups中的进程，删除cgroups对应的path，运行postStop的hook
  • 其他
    
    • Set: 更新容器的配置信息，比如修改cgroups resize等
    • Config: 获取容器的配置信息
    • State: 获取容器的状态信息
    • Status: 获取容器的当前运行状态: created、running、pausing、paused、stopped
    • Processes: 返回容器内所有进程的列表
    • Stats: 容器内的cgroups统计信息
  • 对于linux容器定义并实现了特有的功能接口
    
    • Pause: free容器中的所有进程
    • Resume: thaw容器内的所有进程
    • Checkpoint: criu checkpoint
    • Restore: criu restore

接口在内部的实现

• 对于Start/Run/Exec的接口是作为不同os环境下的标准接口对开发者暴露，接口在内部的实现有很多重复的部分可以统一，因此内部的接口实际上更简洁，这里以linux容器为例说明
  
  • 对于Start/Run/Exec在内部实现实际上只用到下面两个函数，通过传入flag(容器是否处于stopped状态)区分是创建容器的init进程还是创建进程的init进程
    
    • start: 创建init进程，如果status == stopped，则创建并执行newInitProcess，否则创建并执行newSetnsProcess，等待用户发送执行信号(等在管道写端上)，用用户的命令替换掉
    • exec: 读管道，发送执行信号
  • Start直接使用start
  • Run实际先使用start(doInit = true)，然后exec
  • Exec实际先使用start(doInit = false), 然后exec

对用户暴露的命令行参数与容器接口的对应关系，以linux容器为例

• create -> Start(doInit = true)
• start -> Exec
• run -> Run(doInit = true)
• exec -> Run(doInit = false)
• kill -> Signal
• delete -> Signal and Destroy
• update -> Set
• state -> State
• events -> Stats
• ps -> Processes
• list
• linux specific
  
  • pause -> Pause
  • resume -> Resume
  • checkpoint -> Checkpoint
  • restore -> Restore

runc命令行的动作序列对容器状态机的影响

• 对于一个容器的生命周期来说，稳定状态有4个: stopped、created、running、paused
• 注意下面状态转换图中的动作是runc命令行参数动作，不是容器的接口动作，这里没考虑checkpoint相关的restore状态

   delete
   |------|  /-------------------------------------------------------------|
   |   | /                  |----- start ---|     |
   |   V /                   |        |     |
  |---------| ----------- create ----------> |---------|<---------/     |
  | stopped |                | created |------------|    |
  |---------| <-------- delete(with kill)--- |---------|      |    |
   ^  ^                      |       |    |
   |  |                      |       |   run
   |  |--------------- delete(-f with kill) ---| exec      |    |
 delete(-f with kill)               |  |       |    |
   |                      |  |       |    |
   |           resume        |  V       |    |
  |---------| -----------------------------> |----------|      |    |
  | paused |                | running |<----------|-------|
  |---------| <---------------------------- |----------|      |
    ^           pause       ^    |      |
    |                    |    |      |
    |                    |--exec--|      |
    |                               |
    |--------------------------- pause ---------------------------|

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