Docker Runc容器生命周期

容器的生命周期涉及到內部的程序實現和面向用戶的命令行界面，runc內部容器狀態轉換操作、runc命令的參數定義的操作、docker client定義的容器操作是不同的，比如對于docker client的create來說，

語義和runc就完全不同，這一篇文章分析runc的容器生命周期的抽象、內部實現以及狀態轉換圖。理解了runc的容器狀態轉換再對比理解docker client提供的容器操作命令的語義會更容易些。

容器生命周期相關接口

• 最基本的required的接口
  • Start: 初始化容器環境并啟動一個init進程，或者加入已有容器的namespace并啟動一個setns進程；執行postStart hook; 阻塞在init管道的寫端，用戶發信號替換執行真正的命令
  • Exec: 讀init管道，通知init進程或者setns進程繼續往下執行
  • Run: Start + Exec的組合
  • Signal: 向容器內init進程發信號
  • Destroy: 殺掉cgroups中的進程，刪除cgroups對應的path，運行postStop的hook
  • 其他
    • Set: 更新容器的配置信息，比如修改cgroups resize等
    • Config: 獲取容器的配置信息
    • State: 獲取容器的狀態信息
    • Status: 獲取容器的當前運行狀態: created、running、pausing、paused、stopped
    • Processes: 返回容器內所有進程的列表
    • Stats: 容器內的cgroups統計信息
  • 對于linux容器定義并實現了特有的功能接口
    • Pause: free容器中的所有進程
    • Resume: thaw容器內的所有進程
    • Checkpoint: criu checkpoint
    • Restore: criu restore

接口在內部的實現

• 對于Start/Run/Exec的接口是作為不同os環境下的標準接口對開發者暴露，接口在內部的實現有很多重復的部分可以統一，因此內部的接口實際上更簡潔，這里以linux容器為例說明
  • 對于Start/Run/Exec在內部實現實際上只用到下面兩個函數，通過傳入flag(容器是否處于stopped狀態)區分是創建容器的init進程還是創建進程的init進程
    • start: 創建init進程，如果status == stopped，則創建并執行newInitProcess，否則創建并執行newSetnsProcess，等待用戶發送執行信號(等在管道寫端上)，用用戶的命令替換掉
    • exec: 讀管道，發送執行信號
  • Start直接使用start
  • Run實際先使用start(doInit = true)，然后exec
  • Exec實際先使用start(doInit = false), 然后exec

對用戶暴露的命令行參數與容器接口的對應關系，以linux容器為例

• 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命令行的動作序列對容器狀態機的影響

• 對于一個容器的生命周期來說，穩定狀態有4個: stopped、created、running、paused
• 注意下面狀態轉換圖中的動作是runc命令行參數動作，不是容器的接口動作，這里沒考慮checkpoint相關的restore狀態

   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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