宋宝华- Linux namespace - Docker 背后的故事

名称空间是在OS之上实现容器与主机隔离，以及容器之间互相隔离的Linux内核核心技术。根据《Docker 最初的2小时(Docker从入门到入门)》一文，名称空间本质上就是在不同的工作组里面封官许愿，让大家在各自的部门里面都是manager，而且彼此不冲突。本文接下来从细节做一些讨论。

由于本文敲的命令既有可能位于主机，又有可能位于新的名称空间（模拟容器），为了避免搞乱你的脑子，下面主机命令一概采用本颜色，而模拟容器类的命令一概采用本颜色。色盲读者，敬请谅解。

名称空间是什么？

名称空间（Namespace），它表示着一个标识符（identifier）的可见范围。一个标识符可在多个名称空间中定义，它在不同命名空间中的含义是互不相干的。这样，在一个新的名称空间中可定义任何标识符，它们不会与任何已有的标识符发生冲突，只要已有的定义都处于其他命名空间中。再次回忆一下这个封官许愿图，大家都是官：

名称空间是C++、Java里面常见的概念。比如下面最简单的程序，在2个独立的名称空间里面各自的函数都是叫func()，func就是一个标识符（identifier），可以并存于多个名称空间。

#include <iostream>
using namespace std;

// 第一个命名空间
namespace first_space{
   void func(){
      cout << "Inside first_space" << endl;
   }
}
// 第二个命名空间
namespace second_space{
   void func(){
      cout << "Inside second_space" << endl;
   }
}
int main ()
{
 
   // 调用第一个命名空间中的函数
   first_space::func();
   
   // 调用第二个命名空间中的函数
   second_space::func(); 

   return 0;
}

Docker要营造OS级别的虚拟化，需要实现一点，让每个容器都感觉自己拥有整个的独立OS，但是实际上，在Docker下，多个容器实际上是运行于相同的OS内核上面：

所以，内核需要提供某种意义上的抽象，让各个容器感觉自己拥有独立的OS，让它们自己运行的时候觉得不是在一个整体的OS里面运行，而是各个容器感觉自己独有一个OS，这个OS最好和底层实际的主机资源隔离，才能实现容器运行的平台无关性。这个抽象可以从这几个角度展开：

进程的ID（PID）

现在每个容器内部的进程应该拥有独立的PID，不能在同一个OS的一个大池子里面（尽管实际上是，但是在容器内部要意识不到）。典型的，在Linux里面，init进程的PID是1，容器化后，应该每个容器都有一个1以及由1衍生的子进程和子进程的子进程（子子孙孙无穷匮）。但是这个容器内部的1进程，在容器内部它是1，但是最终它肯定是属于底下那个同一个OS大池子里面的某一个PID。

类似你在上海呼叫电话号码88888888，和在武汉呼叫电话号码88888888，在各自的城市都觉得是88888888，但是在全国（底下唯一的kernel）范围内则分别是021-88888888和027-88888888。

这种映射关系类似于：

进程间通信（IPC）

与PID类似，在容器内部的进程间通信应该被从全局的Linux的进程间通信隔离开来。在没有名称空间的情况下，Linux System V IPC都会有各自的ID。譬如：

$ ipcs
------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      
0x00000000 524288     baohua     600        524288     2          dest         
0x00000000 327681     baohua     600        1048576    2          dest         
0x00000000 425986     baohua     600        524288     2          dest         
…         
------ Semaphore Arrays --------
key        semid      owner      perms      nsems     
0x002fa327 0          root       666        2         
------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages

但是在各个容器内部，ID与ID之间应该互相隔离。容器内部应该看不到主机的IPC，而一个容器也看不到另外一个容器的IPC。譬如在这台主机上跑Ubuntu 14.04的bash，目前还没有发现IPC：

baohua@baohua-VirtualBox:~$ docker run -it --rm ubuntu:14.04 bash
root@0c7951083f70:/# ipcs
------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      
------ Semaphore Arrays --------
key        semid      owner      perms      nsems     
------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages    

主机名称(UTS)

要让容器各自感觉独立，那么从底层的主机名独立也是很重要的。比如，我的主机名现在可以通过hostname命令获取：

baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/linux$ hostname
baohua-VirtualBox

而运行的Docker内部的主机名则可以用docker run的-h参数指定，现在我们指定为“container”：

baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/linux$ docker run -h container -it --rm ubuntu:14.04 bash
root@container:/# hostname
container

这样容器内部的进程，就不觉得自己在“baohua-VirtualBox”这个机器上面跑。

如果我们docker run中不指定hostname，会有一个随机分配的数值做hostname:

baohua@baohua-VirtualBox:~$ docker run -it --rm ubuntu:14.04 bash
root@0c7951083f70:/# hostname
0c7951083f70

用户(User )

比如我用我的电脑，我是用baohua这个用户名。但是在Docker的容器里面，为了体现虚拟化的概念，容器肯定要和实际的主机分离，这个时候，容器里面应该有自己的用户名。

baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/linux$ docker run -h container -it --rm ubuntu:14.04 bash
root@container:/#

登陆到容器后，我们得到的用户名是root。

看到这个root，我们会疑惑？它是否会拥有类似主机的root权限，比如甚至都可以跑到sysfs里面卸掉一个CPU？这个显然是不可能的：

root@container:/sys/devices/system/cpu/cpu1# sh -c 'echo 0 > online'
sh: 1: cannot create online: Read-only file system

因为在容器里面，sysfs都是只读的。实际上，我们并不太希望容器里面控制真实的主机。这个root权限发挥的作用，更多的是在容器内部，它针对虚拟化后的资源，拥有的root权限，比如可以在容器内部执行mount。

下面我们验证容器内部的root权限的作用：容器启动后，我们在根目录下创建文件1，并且在其中写入hello，之后在容器内创建用户名baohua，以baohua这个用户，再在1里面写入hello就不会有权限：

$ docker run -h container -it --rm ubuntu:14.04 bash
root@container:/# touch 1
root@container:/# echo hello > 1
root@container:/# useradd baohua
root@container:/# su baohua
baohua@container:/$ echo hello > 1
bash: 1: Permission denied

挂载（mount）

既然我们强调容器与主机的剥离，我们显然不应该把主机的文件系统暴露给容器内部。众所周知，Linux应用的运行不能没有根文件系统以及proc，sys，dev等特殊的文件系统。所以容器内部也不能不拥有自己的这些文件。但是另外一方面，容器内部看到的东西和主机看到的应该不一样，否则主机就直接暴露给了容器，不能体现虚拟化概念。
Linux的mount名称空间可以实现不同mount 命名空间的进程看到的文件系统层次不一样。也就是说，不同的容器，以及容器与主机之间，可以出现不同目录结构；当然也可以出现相同的目录结构，但是他们在磁盘的位置可以不一样。

另外一个方面，mount()和umount()系统调用的影响不再是全局的而只影响其调用进程指向的名称空间。所以容器A里面mount了xxx到目录yyy，容器B也看不见，当然主机的yyy 目录也不会指向xxx。

网络（network）

网络名称空间可以被认为是隔离的拥有单独网络协议资源（网卡、路由转发表、iptables）的环境，比如在容器里面可以看到独立的虚拟网卡。以网络端口为例，一个容器里面占据掉的某端口，在另外一个容器里面可以占据同样的端口，因为理念上，它们拥有的网卡、IP都是可以不同的。

当然新的网络名称空间内，也是需要网卡的，我们一般可以增加一对虚拟网卡veth peer。veth （虚拟以太网）设备是成对的，把veth中的一个放入名称空间A，另外一个放入名称空间B，则这2个名称空间就可以通过这对veth来通信。当然，这对veth中的一个也可以位于主机。veth的工作原理是：发给veth一端的包可以被另外一个一端收到，这点有些类似具备双向功能的pipe（但是实际pipe是单向的）。

Linux如何支持名称空间

地球人都知道，Linux创建一个新的进程可以用fork()、vfork()和clone()，而它们在Linux内核的最底层都九九归一到do_fork()这个函数。

其中clone()是最特殊的，因为它可以带上一系列的flags从而实现子进程资源的不同编排。比如pthread_create()创建线程的时候，底层就是调用clone()并通过一系列CLONE flags来表明子进程要继续父进程资源，从而以这种轻量级进程的方式来实现所谓线程的。

clone(child_stack=0xb6cf1424, flags=CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND|CLONE_THREAD|CLONE_SYSVSEM|CLONE_SETTLS|CLONE_PARENT_SETTID|CLONE_CHILD_CLEARTID, …)

为了支持名称空间，Linux内核增加了几个CLONE_NEW开头的flag，它们是CLONE_NEWNS(针对mount)、CLONE_NEWUTS（针对主机名）、CLONE_NEWIPC、CLONE_NEWPID、CLONE_NEWNET、CLONE_NEWUSER，当我们执行clone()时候，每多带上一个flag，就表明相应的名称空间会多创建一份，体现“NEW”这个单词的含义。
下面我们在一个简单的C程序中逐步增加各种名称空间的支持，这个C程序中，我们用clone()创建一个子进程，并在子进程中调用exec()执行bash shell。在透过clone()创建子进程时，我们通过不同的clone FLAGS来使得子进程拥有独特名称空间。

第一步，无新名称空间

我们编写一个最简单的程序，通过clone()创建一个子进程，子进程再通过exec()函数族执行bash shell（目的是为了方便在子进程中，运行Linux的命令）

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>

#define STACK_SIZE (1024 * 1024)

#define errExit(msg)    do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); \
                        } while (0)

static char child_stack[STACK_SIZE];

int child_main(void *arg)
{
	printf("child\n");
	execlp("/bin/bash","bash",NULL,NULL);
	return 1;
}

int main()
{
    pid_t child_pid;
	child_pid = clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD,NULL);

	if (child_pid == -1)
        	errExit("clone");


	wait(NULL);

	return 0;
}

我们编译运行它，在子进程的bash shell里面查看自身PID，结果是18374，看起来很正常：

$ gcc main.c 
baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$ ./a.out 
child
baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$ echo $$
18374

此时，clone()的时候一个CLONE_NEWxxx都未带，所以父子进程共享一样的名称空间。

第二步，添加PID名称空间：

只改一行代码：

@@ -23,7 +23,7 @@ int child_main(void *arg)
 int main()
 {
        pid_t child_pid;
-       child_pid = clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD,NULL);
+       child_pid = clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD | CLONE_NEWPID,NULL);
 
        if (child_pid == -1)
                errExit("clone");

编译后运行：

$ sudo setcap all+eip ./a.out
[sudo] password for baohua:
baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$./a.out
child
baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$echo $$
1

前面一步setcap的目的是为了给程序执行CLONE_NEWPID的能力。后面echo $$显示的结果是1，子进程的bash shell是新的PID名称空间的init进程。但是在主机环节中，bash的PID是多少呢？运行命令ps --ppid：

$ ps --ppid `pidof a.out`
  PIDTTY          TIME CMD
19094 pts/8    00:00:00 bash

如果这个时候，我们在主机环境进入/proc/19094/ns，会发现其中的pid与主机的其他进程的ns内容不一样。

第三步，mount名称空间：

我们现在增加CLONE_NEWNS,然后mount proc等。修改2行代码：

@@ -16,6 +16,7 @@ static char child_stack[STACK_SIZE];
 int child_main(void *arg)
 {
        printf("child\n");
+       system("mount -t proc proc /proc");
        execlp("/bin/bash","bash",NULL,NULL);
        return 1;
 }
@@ -23,7 +24,7 @@ int child_main(void *arg)
 int main()
 {
        pid_t child_pid;
-       child_pid = clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD | CLONE_NEWPID,NULL);
+       child_pid = clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD | CLONE_NEWPID | CLONE_NEWNS,NULL);
 
        if (child_pid == -1)
                errExit("clone");

运行之，进入bash子进程看proc目录，发现只有1和20两个进程

相反的，主机下的/proc却含有大量的进程：

/proc中内容的不一样，自然会导致在主机和新名称空间内部敲ps、top这种命令看到的结果不一样，因为此类命令就是通过读/proc中的数据来实现的。

下面我们在主机的家目录（/home/baohua）创建~/test-dir，在里面创建文件1，内容写为hello。并挂载/home/baohua/test-dir到新名称空间的/mnt目录。

$ mkdir ~/test-dir
$ touch ~/test-dir/1
$ echo hello > ~/test-file

只需要在child_main()函数里面增加一行代码：

mount("/home/baohua/test-dir","/mnt", "none", MS_BIND, NULL);

执行结果如下，我们现在发现在新的进程的名称空间内/mnt目录下面有文件1，而且内容是hello。

sudo ./a.out 
child
root@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace# cd /mnt/
root@baohua-VirtualBox:/mnt# ls
1
root@baohua-VirtualBox:/mnt# cat 1
hello

而此时转过头来看主机的/mnt的内容完全不同（还是老样子，并没有因为新的名称空间内部有重新mount /mnt而发生变化）：

baohua@baohua-VirtualBox:/$ cd /mnt/
baohua@baohua-VirtualBox:/mnt$ ls
hgfs

第四步：网络名称空间

现在在前面程序中clone()的flags增加CLONE_NEWNET，修改1行代码：

@@ -27,7 +26,8 @@ int child_main(void *arg)
 int main()
 {
       pid_t child_pid;
-      child_pid = clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD |CLONE_NEWPID | CLONE_NEWNS,NULL);
+      child_pid = clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD |CLONE_NEWPID |
+               CLONE_NEWNS |CLONE_NEWNET,NULL);

在新的进程的名称空间内，运行ifconfig和ip link list，可以说网络环境是十分的单纯：

root@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace#ifconfig
root@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace#ip link list
1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdiscnoop state DOWN mode DEFAULT group default
   link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
而主机里面由于存在真实网卡等，内容十分丰富：

baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$ifconfig
docker0  Link encap:Ethernet  HWaddr00:00:00:00:00:00 
         inet addr:172.17.42.1 Bcast:0.0.0.0  Mask:255.255.0.0
         …
eth0     Link encap:Ethernet  HWaddr00:0c:29:ef:11:2f 
         inet addr:192.168.47.128 Bcast:192.168.47.255 Mask:255.255.255.0
         inet6 addr: fe80::20c:29ff:feef:112f/64 Scope:Link
         …
lo       Link encap:Local Loopback 
         inet addr:127.0.0.1 Mask:255.0.0.0
         inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
         …
baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$ip link list
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default
   link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
   link/ether 00:0c:29:ef:11:2f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: docker0:<NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state DOWNmode DEFAULT group default
   link/ether 00:00:00:00:00:00 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

在新的名称空间中，只有一个loopback设备，这个时候还ping不通127.0.0.1因为它还没有up：

root@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace#ping 127.0.0.1
connect: Network is unreachable

把它up一下再ping：

root@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace#ip link set dev lo up
root@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace#ping 127.0.0.1
PING 127.0.0.1 (127.0.0.1) 56(84) bytes ofdata.
64 bytes from 127.0.0.1: icmp_seq=1 ttl=64time=0.035 ms
64 bytes from 127.0.0.1: icmp_seq=2 ttl=64time=0.022 ms
^C
--- 127.0.0.1 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0%packet loss, time 999ms
rtt min/avg/max/mdev =0.022/0.028/0.035/0.008 ms

但是，我们在新的名称空间的loopback设备，和主机里面的loopback其实不是一个loopback。

下面查看a.out子进程bash在主机中的PID是21405（接下来添加虚拟网卡的时候需要这个数值）：

$ ps --ppid `pidof a.out`
  PIDTTY      STAT   TIME COMMAND
19093 pts/8    S     0:00 ./a.out
21405 pts/8    S+    0:00 bash

添加一对虚拟网卡，让新的名称空间可以和主机互联。在主机中敲入如下命令：

$ sudo ip link add name veth0 type vethpeer name veth1 netns 21405

上述命令设置了连接的一对虚拟网络设备，它是这么工作的：发送给veth0的数据包将会被veth1收到，发送给veth1数据包将会被veth0收到。

我们进入新的名称空间的bash，敲如下命令，发现新的名称空间里面真的多出来veth1虚拟网卡！

root@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace#ip link list

1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdiscnoop state DOWN mode DEFAULT group default

   link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

2: veth1: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noopstate DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

link/ether 3e:7a:86:a3:8b:9d brdff:ff:ff:ff:ff:ff

而主机上面则涌现出了新的veth0网卡：

$ ip link list

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default

   link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

2: eth0:<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP modeDEFAULT group default qlen 1000

   link/ether 00:0c:29:ef:11:2f brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

3: docker0:<NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc noqueue state DOWNmode DEFAULT group default

   link/ether 00:00:00:00:00:00 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

24: veth0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noopstate DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000

    link/etherb2:80:d7:36:b5:84 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

在新名称空间内执行如下命令：

root@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace#ifconfig veth1 10.1.1.1/24 up

主机上执行如下命令：

$ sudo ifconfig veth0 10.1.1.2/24 up

而后我们会发现在新名称空间可以ping通10.1.1.2，而主机可以ping通10.1.1.1，这样就实现了双向通信。

第五步：UTS名称空间

下面我们继续安置CLONE_NEWUTS 标记，来实现主机名的分裂。修改2行代码

@@ -19,6 +19,7 @@ int child_main(void *arg)
       printf("child\n");
       system("mount -t proc none /proc");
       mount("/home/baohua/test-dir", "/mnt","none", MS_BIND, NULL);
+      sethostname("container",10);
       execlp("/bin/bash","bash",NULL,NULL);
       return 1;
 }
@@ -27,7 +28,7 @@ int main()
 {
       pid_t child_pid;
       child_pid = clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD |CLONE_NEWPID |
-               CLONE_NEWNS |CLONE_NEWNET,NULL);
+               CLONE_NEWNS | CLONE_NEWNET |CLONE_NEWUTS, NULL);
 
       if (child_pid == -1)
                errExit("clone");

编译运行后，在bash中敲hostname命令，获取主机名，发现变为了“container”。

baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$sudo ./a.out

[sudo] password forbaohua:

child

root@container:~/develop/training/namespace#hostname

container

第六步：USER名称空间

先看如下最简单的程序，只在clone()时候使用CLONE_NEWUSER：

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
 
#define STACK_SIZE (1024 * 1024)
 
#define errExit(msg)    do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); \
                        } while (0)
 
static char child_stack[STACK_SIZE];
 
static int child_main(void *arg)
{
       printf("child\n");
       execlp("/bin/bash","bash",NULL,NULL);
       return1;
}
 
int main()
{
       pid_tchild_pid;
 
       child_pid= clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD | CLONE_NEWUSER, NULL);
       if(child_pid == -1)
              errExit("clone");
 
       wait(NULL);
 
       return0;
}

它的运行结果如下，看起来在子进程里面（新的名称空间里面），我们得到的用户是nobody：

baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$gcc user.c

baohua@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$./a.out

child

nobody@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$

在子进程对应的shell里面，敲id命令，看一下自身的ID，发现都是65534：

nobody@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$id

uid=65534(nobody)gid=65534(nogroup) groups=65534(nogroup)

clone()用了CLONE_NEWUSER的参数后，子进程运行于新的USER名称空间，内部看到的UID和GID已经与外部不同了，在默认情况下以ID 65534运行。

其实我们可以把主机的ID，与新USER名称空间的ID进行一个映射，比如我们启动子进程的时候，实际上是以baohua这个用户启动的，则说明bash子进程，在主机对应的用户是baohua。但是，在新的名称空间内部，它究竟映射到哪个用户呢？这个我们可以通过修改进程的/proc/pid/uid_map和/proc/pid/gid_map这2个文件来进行ID的内外映射。

主机里面baohua的ID是1000：

$ id baohua

uid=1000(baohua)gid=1000(baohua)groups=1000(baohua),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),108(lpadmin),124(sambashare),131(docker)

我们现在把uid 1000对应的baohua映射到新名称空间内部的root用户（uid为0），在主机中运行如下命令：

$ ps --ppid `pidofa.out`

  PID TTY          TIME CMD

27321 pts/6    00:00:00 bash

我们手动进行映射：

$ sudo sh -c 'echo 01000 1 > /proc/27321/uid_map'

$ sudo sh -c 'echo 01000 1 > /proc/27321/gid_map'

之后在子进程再次敲id命令，发现重大不同。

nobody@baohua-VirtualBox:~/develop/training/namespace$id

uid=0(root)gid=0(root) groups=0(root),65534(nogroup)

发现自身的uid、gid变为了0。接下来，只用su -就可以让shell显示root@。

下面我们用程序实现这个过程：

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/mount.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
 
#define STACK_SIZE (1024 * 1024)
 
#define errExit(msg)    do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); \
                        } while (0)
 
static char child_stack[STACK_SIZE];
 
static void set_map(char* file, intinside_id, int outside_id)
{
       FILE*mapfd = fopen(file, "w");
       if(NULL == mapfd) {
              perror("openfile error");
              return;
       }
       fprintf(mapfd,"%d %d %d", inside_id, outside_id, 1);
       fclose(mapfd);
}
 
static void set_uid_map(pid_t pid, int inside_id,int outside_id)
{
       charfile[256];
       sprintf(file,"/proc/%d/uid_map", pid);
       set_map(file,inside_id, outside_id);
}
 
static void set_gid_map(pid_t pid, intinside_id, int outside_id)
{
       charfile[256];
       sprintf(file,"/proc/%d/gid_map", pid);
       set_map(file,inside_id, outside_id);
}
 
static int child_main(void *arg)
{
       sleep(1);//wait for 1 second to make certain uid_map and gid_map is written
       printf("child\n");
       system("mount-t proc none /proc");
       mount("/home/baohua/test-dir","/mnt", "none", MS_BIND, NULL);
       sethostname("container",10);
       execlp("/bin/bash","bash",NULL,NULL);
       return1;
}
 
int main()
{
       pid_tchild_pid;
 
       child_pid= clone(child_main,child_stack+STACK_SIZE,SIGCHLD | CLONE_NEWPID |
                     CLONE_NEWNS| CLONE_NEWNET | CLONE_NEWUTS | CLONE_NEWUSER, NULL);
       if(child_pid == -1)
              errExit("clone");
 
       set_uid_map(child_pid,0, getuid());
       set_gid_map(child_pid,0, getgid());
 
       wait(NULL);
 
       return0;
}

上述代码中，父进程会通过set_uid_map()和set_gid_map()这2个函数，进行新名称空间内部的用户0与主机的用户1000的映射。由于子进程执行bash之前延迟了1秒，所以我们在子进程进入shell的时候，它已经直接是root用户了：

$ ./a.out

child

root@container:~/develop/training/namespace#

那么，它针对主机资源的实际权限是不是root呢，实验一下它是否可以访问/dev/sda1：

root@container:~/develop/training/namespace#cat /dev/sda1

cat: /dev/sda1:Permission denied

下面我们在bash里面启动一些stress进程：

root@container:~/develop/training/namespace#stress --cpu 8 --io 4 --vm 2 --vm-bytes 128M --timeout 100000s&

[1] 46

直接在新名称空间内看ps：

但是我们在主机里面看ps呢？

我们则发现，所有的stress进程在主机里面都是对应用户baohua的，而在新的名称空间里面则是root。

所以这个关系类似：