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在当今日益增长的云计算和微服务架构的浪潮中，容器技术已成为推动现代软件开发、部署和运维的关键因素。作为Docker的底层组件和核心运行时之一，containerd 扮演着至关重要的角色。本文将深入探讨 containerd 的核心概念、工作原理以及其在容器技术生态中的重要性，同时阐明它与Docker的关系及其在现代云原生应用部署中的作用。

一、Containerd简介：容器技术的心脏

Containerd 是一个开源项目，专注于管理和运行容器的低级功能。它被设计为轻量且高效，为容器化应用程序提供了一个最小但强大的运行时环境。作为一个系统级守护进程，containerd 负责处理容器的生命周期任务，包括创建、启动、停止、迁移和删除等操作。

二、Containerd核心原理解析

容器管理：Containerd 使用容器镜像作为基础来创建容器实例，并管理它们的整个生命周期。通过提供RESTful API接口，它允许外部工具（如Docker、Kubernetes）进行交互和控制。

隔离与资源控制：Containerd 利用Linux内核特性，如cgroups和namespaces，实现容器的资源限制和隔离。这种隔离确保了容器之间互不影响，同时提供了安全的多租户环境。

网络和存储抽象：Containerd 支持容器网络接口（CNI）和容器存储接口（CSI），使得容器能够轻松地接入主机的网络和存储系统，同时保持高度的灵活性和可配置性。

编排与调度：虽然containerd本身不提供编排功能，但它可以与编排工具（如Kubernetes）无缝集成，成为云原生应用自动化管理和调度的基础设施层。

三、Containerd与Docker的关系

尽管containerd是Docker的一个组成部分，但两者有不同的职责范围。Docker提供了一个全面的容器平台，包括用于构建、发布和运行容器的高级工具链。相比之下，containerd专注于容器的运行和管理。随着Docker的发展，逐渐将更多的责任转移给了containerd，使其成为Docker引擎的核心组件。

四、Containerd在云原生应用部署中的作用

在现代云原生应用的部署中，containerd起着核心作用。它为基于微服务的架构提供了高效的容器运行时支持，并且由于其轻量级和高性能的特性，containerd成为了构建高可靠性、弹性伸缩的系统的理想选择。

五、Containerd的扩展性和插件机制

Containerd的设计允许通过插件来扩展其核心功能。例如，可以通过网络插件来支持不同的网络解决方案，或者通过存储插件来集成不同类型的存储系统。这种灵活的插件机制使得Containerd能够适应各种不同的环境和用例。

六、Containerd的安全特性

安全性是Containerd设计中的一个关键考虑因素。它实现了强隔离性，确保了容器不能访问宿主机上的敏感资源。此外，Containerd还支持SELinux、AppArmor等安全模块，为容器提供了额外的安全层。

七、Containerd的性能优化

Containerd致力于最小化运行时开销，提供快速的容器启动时间和低延迟的响应。它通过避免不必要的进程创建和资源分配来实现这一点。此外，Containerd还支持并行容器操作，进一步提高了大规模部署的效率。

八、Containerd的社区和生态系统

作为一个开源项目，Containerd拥有一个活跃的社区，不断贡献新的特性和改进。它与许多其他项目（如Fuchsia、Cloud Native Buildpacks）紧密合作，共同推动云原生生态系统的发展。

九、Containerd的未来展望

随着容器技术的不断成熟和云原生应用的普及，Containerd将继续扩展其在云原生未来的影响力。它可能会引入更多的创新特性，如服务网格集成、增强的自动化和机器学习驱动的优化等。

Containerd不仅在技术上支撑着像Docker这样的容器解决方案，而且还在云原生生态系统中发挥着关键作用。了解containerd的原理和工作机制对于任何希望在现代IT环境中取得成功的开发者、工程师和技术领导者来说都是至关重要的。随着容器技术的不断成熟，containerd无疑将继续扩展其在云原生未来的影响力。

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《containerd原理剖析与实战》

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内容简介

Kubernetes作为云原生领域容器编排的事实标准毋庸置疑，Kubernetes作为编排调度的指挥官，而真正的执行者实际上是容器运行时。在云原生生态中，容器运行时作为云原生技术栈的基石，是至关重要的一环。本书旨在帮助读者全面了解containerd的基本原理和概念。本书从云原生与容器运行时讲起，内容涵盖云原生和容器的发展史，容器技术的Linux原理，containerd的架构、原理、功能、部署、配置、插件扩展开发等，并详细介绍containerd生产实践中的配置以及落地实践，使读者对containerd的概念、原理、实践有比较清晰的了解。

本书适合作为云原生和容器技术的架构师、研发工程师和运维工程师的参考资料，也适合作为希望了解云计算和容器技术的爱好者的自学用书和参考手册。

作者简介

赵吉壮，硕士毕业于浙江大学控制科学与工程学院，字节跳动火山引擎云计算架构师，Kubernetes、Knative 等开源社区成员。具备多年云原生领域架构设计与研发经验，主导火山引擎边缘容器完成从0 到1的建设。专注于 kubernetes、Serverless、容器等技术的研究，译作有《Knative 最佳实践》和《Knative 快速入门与实践》等书籍。

张明月，新华三资深网络技术专家，多年企业网实践经验，对数据中心网络、园区网络、传统二三层交换机、数据传输设备，从管理面到协议控制面，都有着深刻的理解。

目录

第1章 云原生与容器运行时 1

1.1　云原生概述 1

1.1.1 云原生的定义 1

1.1.2 云原生应用的价值 3

1.1.3 云原生应用与传统应用对比 3

1.2 云原生技术栈与容器运行时 4

1.2.1 云原生技术栈 4

1.2.2 容器运行时 5

1.3 Docker与Kubernetes的发展史 7

1.3.1 Docker的发展历史及与容器世界的关联 7

1.3.2 Docker架构的发展 13

1.4 containerd概述 15

第2章 初识容器运行时 18

2.1 容器技术的发展史 19

2.2 容器Linux基础 25

2.2.1 容器是如何运行的 25

2.2.2 namespace 27

2.2.3 Cgroups 46

2.2.4 chroot和pivot_root 52

2.3 容器运行时概述 54

2.3.1 什么是容器运行时 54

2.3.2 OCI规范 55

2.3.3 低级容器运行时 70

2.3.4 高级容器运行时 71

第3章 使用containerd 73

3.1　containerd的安装与部署 74

3.1.1 containerd的安装 74

3.1.2 配置containerd.service 76

3.2　ctr的使用 78

3.2.1 ctr的安装 78

3.2.2 namespace 80

3.2.3 镜像操作 82

3.2.4 容器操作 85

3.3　nerdctl的使用 89

3.3.1 nerdctl的设计初衷 89

3.3.2 安装和部署nerdctl 90

3.3.3 nerdctl的命令行使用 92

3.3.4 运行容器 95

3.3.5 构建镜像 96

第4章 containerd与云原生生态 99

4.1　Kubernetes与CRI 99

4.1.1 Kubernetes概述 99

4.1.2 CRI与containerd在Kubernetes生态中的演进 101

4.1.3 CRI概述 104

4.1.4 几种CRI实现及其概述 110

4.2 containerd与CRI Plugin 115

4.2.1 containerd中的CRI Plugin 115

4.2.2 CRI Plugin中的重要配置 117

4.2.3 CRI Plugin中的配置项全解 130

4.3 crictl的使用 138

4.3.1 crictl概述 138

4.3.2 crictl的安装和配置 139

4.3.3 crictl使用说明 142

第5章 containerd与容器网络 153

5.1 容器网络接口 153

5.1.1 CNI概述 153

5.1.2 CNI配置文件的格式 155

5.1.3 容器运行时对CNI插件的调用 157

5.1.4 CNI插件的执行流程 160

5.1.5 CNI插件的委托调用 166

5.1.6 CNI插件接口的输出格式 167

5.1.7 手动配置容器网络 169

5.2 CNI插件介绍 181

5.2.1 main类插件 182

5.2.2 ipam类插件 197

5.2.3 meta类插件 203

5.3 containerd中CNI的使用 209

5.3.1 containerd中CNI的安装与部署 209

5.3.2 nerdctl使用CNI 210

5.3.3 CRI使用CNI 214

5.3.4 ctr使用CNI 215

第6章 containerd与容器存储 216

6.1　containerd中的数据存储 216

6.1.1 理解容器镜像 216

6.1.2 containerd中的存储目录 219

6.1.3 containerd中的镜像存储 222

6.1.4 containerd中的content 223

6.1.5 containerd中的snapshot 230

6.2 containerd镜像存储插件

snapshotter 234

6.2.1 Docker中的镜像存储管理

graphdriver 235

6.2.2 graphdriver与snapshotter 237

6.2.3 snapshotter概述 238

6.2.4 containerd中如何使用snapshotter 243

6.3 containerd支持的snapshotter 246

6.3.1 native snapshotter 246

6.3.2 overlayfs snapshotter 250

6.3.3 devmapper snapshotter 258

第7章 containerd核心组件解析 272

7.1　containerd架构总览 272

7.2 containerd API和Core 274

7.2.1 GRPC API 275

7.2.2 Services 289

7.2.3 Metadata 290

7.3 containerd Backend 293

7.3.1 containerd中的proxy plugins 294

7.3.2 containerd中的Runtime和shim 297

7.3.3 containerd shim规范 300

7.3.4 shim工作流程解析 306

7.4 containerd与NRI 309

7.4.1 NRI概述 310

7.4.2 NRI插件原理 311

7.4.3 containerd中启用NRI插件 319

7.4.4 containerd NRI插件示例 320

7.4.5 NRI插件的应用 322

第8章 containerd生产与实践 323

8.1 containerd监控实践 323

8.1.1 安装Prometheus 323

8.1.2　Prometheus上containerd的指标

采集配置 326

8.1.3 Grafana监控配置 330

8.1.4 配置containerd面板 330

8.2 基于containerd开发自己的

容器客户端 332

8.2.1 初始化Client 333

8.2.2 拉取镜像 334

8.2.3 创建OCI Spec 334



8.2.4 创建task 334

8.2.5 启动task 335

8.2.6 停止task 335

8.2.7 运行示例 336

8.3 开发自己的NRI插件 337

8.3.1 插件定义与接口实现 337

8.3.2 插件实例化与启动 339

8.3.3 插件的运行演示 339