Podman 深度探索：容器技術新選擇與實戰

– 14 分鐘閱讀

在容器化浪潮席捲全球的今日，Docker 長期以來一直是開發者們的首選。然而，隨著技術的演進，Podman 作為一個無守護行程的容器引擎，憑藉其安全性、相容性和易用性等優勢，逐漸嶄露頭角。本文將深入剖析 Podman 的架構和核心元件，並透過實戰演練，帶領讀者掌握 Podman 的精髓，探索容器技術的更多可能性。從底層機制到常用指令，再到與 Kubernetes 的整合，本文將提供全方位的 Podman 使用，協助開發者更好地理解和應用容器技術。同時，本文也將探討容器技術的演進歷程、安全考量以及與虛擬機器的比較，幫助讀者在技術選型時做出更明智的決策。

身為玄貓（BlackCat），我將根據這份檔案，以台灣頂尖技術專家的視角，為大家帶來一篇關於 Podman 的技術文章。

容器化技術的演進：為何 Podman 成為 DevOps 的新選擇

容器技術並非橫空出世，而是經歷了漫長的演進。從早期的 chroot 環境，到後來的 LXC，再到 Docker 的爆紅，容器技術不斷發展，以滿足日益複雜的應用需求。然而，隨著容器技術的普及，安全性、管理性等問題也逐漸浮出水面。這也正是 Podman 誕生的背景：在安全性與易用性之間找到平衡。

從 Docker 到 Podman：容器技術的挑戰與演進

Docker 的出現，的確極大地簡化了容器的使用方式，讓開發者可以更輕鬆地封裝、分發應用。但 Docker 守護行程（daemon）的設計，也帶來了一些安全上的隱憂。此外，Docker 在企業環境中的授權模式，也讓許多公司望而卻步。

Podman 的出現，正是為了應對這些挑戰。它採用了無守護行程（daemonless）的架構，直接透過使用者許可權來管理容器，避免了 Docker 的單點風險。同時，Podman 完全開源，沒有授權費用，更適合企業採用。

Podman 的核心優勢：安全性、相容性與易用性

Podman 的設計目標，是在不犧牲易用性的前提下，提升容器的安全性。它具備以下幾個核心優勢：

  • 無守護行程架構： 避免了 Docker 的單點故障風險，提升了安全性。
  • Rootless 模式： 允許使用者在沒有 root 許可權的情況下執行容器，降低了安全風險。
  • Docker 相容性： 可以直接使用 Docker 的映象和 Dockerfile，降低了遷移成本。
  • Kubernetes 相容性： 可以生成 Kubernetes 的 YAML 檔案，方便佈署到 Kubernetes 叢集。

Podman 的架構與核心元件：深入解析容器管理的底層機制

要理解 Podman 的優勢，必須先了解它的架構。Podman 並非一個單一的工具，而是一個由多個元件組成的工具鏈。這些元件各司其職，共同實作了容器的建立、執行與管理。

Crun、Buildah 與 Skopeo：Podman 生態系統的關鍵拼圖

Podman 的核心元件包括：

  • Crun： 一個快速、輕量級的容器執行時，負責實際執行容器。
  • Buildah： 一個用於建立容器映象的工具，可以像 Dockerfile 一樣使用，也可以透過程式碼來定義映象。
  • Skopeo： 一個用於在不同的容器倉函式庫之間複製映象的工具，支援 Docker Registry、OCI Registry 等多種格式。

這些元件可以獨立使用，也可以與 Podman 協同工作，共同構建完整的容器管理解決方案。

Conmon：監控容器的守護者

Conmon 是 Podman 中一個重要的輔助元件，負責監控容器的執行狀態。它會追蹤容器的行程，並在容器當機時自動重啟。Conmon 的設計，使得 Podman 能夠更好地管理容器的生命週期。

網路工具：開發容器間的橋樑

容器網路是容器技術中一個重要的組成部分。Podman 支援多種網路模式，包括 bridge、host、none 等。透過這些網路模式，容器可以與宿主機、其他容器，甚至外部網路進行通訊。

Podman 常用指令詳解：從建立到佈署，掌握容器管理的精髓

Podman 提供了豐富的指令，可以滿足各種容器管理需求。以下是一些常用的指令：

  • podman run：執行一個新的容器。
  • podman ps：檢視正在執行的容器。
  • podman images：檢視本地的映象。
  • podman build：使用 Dockerfile 建立映象。
  • podman push：將映象推播到容器倉函式庫。
  • podman pull：從容器倉函式庫提取映象。
  • podman stop：停止一個正在執行的容器。
  • podman rm：刪除一個容器。

實戰演練：使用 Podman 建立並執行一個 Nginx 容器

以下是一個使用 Podman 建立並執行一個 Nginx 容器的範例：

# 提取 Nginx 映象
podman pull nginx
# 執行 Nginx 容器，將宿主機的 80 連線埠對映到容器的 80 連線埠
podman run -d -p 80:80 nginx
# 檢視正在執行的容器
podman ps

內容解密

  1. podman pull nginx: 這個指令會從 Docker Hub 上提取官方的 Nginx 映象。
  2. podman run -d -p 80:80 nginx: 這個指令會執行一個新的 Nginx 容器。
    • -d 引數表示在後台執行容器。
    • -p 80:80 引數表示將宿主機的 80 連線埠對映到容器的 80 連線埠。
  3. podman ps: 這個指令會列出所有正在執行的容器，你可以看到剛剛執行的 Nginx 容器。

使用 Buildah 建立自定義映象：開發個人化的容器環境

除了使用現成的映象，我們還可以使用 Buildah 建立自定義的映象。以下是一個使用 Buildah 建立一個包含特定軟體的映象的範例：

# 建立一個新的工作容器
buildah from ubuntu:latest
# 在容器中安裝所需的軟體
buildah run -- apt-get update
buildah run -- apt-get install -y vim
# 提交容器，建立映象
buildah commit <container_id> my-custom-image
# 使用 Podman 執行新的映象
podman run my-custom-image

內容解密

  1. buildah from ubuntu:latest: 這個指令會建立一個根據 Ubuntu 最新映象的工作容器。
  2. buildah run -- apt-get update: 這個指令會在容器中執行 apt-get update，更新軟體列表。
  3. buildah run -- apt-get install -y vim: 這個指令會在容器中安裝 vim 編輯器。
  4. buildah commit <container_id> my-custom-image: 這個指令會提交容器的變更，建立一個名為 my-custom-image 的映象。
  5. podman run my-custom-image: 這個指令會使用 Podman 執行剛剛建立的映象。

容器技術：從理論到實戰，Podman 的應用與奧秘

身為一個在容器技術領域打滾多年的老手，玄貓（BlackCat）今天要帶大家探討容器技術，並聚焦在 Podman 這個強大的工具上。我們會從最基本的概念開始，一路到實際應用，讓大家對容器技術有更全面的瞭解。

容器是什麼碗糕？為啥玄貓覺得它很重要？

簡單來說，容器就像是一個輕量級的虛擬環境，它可以將應用程式及其所有依賴項封裝在一起，確保應用程式在任何地方都能以相同的方式執行。這解決了開發者常遇到的「在我電腦上可以跑啊！」的問題。

玄貓（BlackCat）還記得以前在佈署應用程式時，常常因為環境不一致而搞得焦頭爛額。有了容器，這些問題都迎刃而解。

資源控管：cgroups 的妙用

容器的資源隔離是透過 Linux 的 cgroups (control groups) 來實作的。Cgroups 可以限制容器使用的 CPU、記憶體、磁碟 I/O 等資源，確保容器不會佔用過多的系統資源，影響其他應用程式的執行。

隔離的行程：各玩各的，互不幹擾

容器利用名稱空間（namespaces）來隔離行程。每個容器都有自己獨立的行程空間，看不到其他容器的行程，就像是住在不同房間的室友，彼此互不幹擾。

掛載隔離：檔案系統的楚河漢界

容器的掛載點也是隔離的。每個容器都有自己獨立的檔案系統，看不到其他容器的檔案，這確保了容器的安全性，避免惡意程式透過容器入侵系統。

容器映像檔：標準化的佈署藍圖

容器映像檔（Container Images）是容器的核心。它是一個唯讀的範本，包含了應用程式及其所有依賴項。透過容器映像檔，我們可以快速地建立和佈署容器，確保應用程式在不同環境下的一致性。

安全考量：容器並非萬靈丹，玄貓提醒你注意這些

雖然容器提供了隔離性，但它並非絕對安全。如果容器內的應用程式存在漏洞，攻擊者仍然可以透過容器入侵系統。因此，我們需要採取額外的安全措施，例如：

  • 使用最新的容器映像檔： 定期更新容器映像檔，修補已知的安全漏洞。
  • 限制容器的許可權： 避免以 root 許可權執行容器，降低安全風險。
  • 使用容器安全掃描工具： 定期掃描容器映像檔，檢測潛在的安全漏洞。

容器引擎與執行時：Podman 的舞台

容器引擎（Container Engine）是管理和執行容器的工具。常見的容器引擎包括 Docker、Podman、CRI-O 等。容器執行時（Container Runtime）則是負責實際執行容器的底層元件，例如 runc、crun 等。

Podman 是一個 daemonless 的容器引擎，它不需要一個持續執行的 daemon 行程，這使得 Podman 更加安全和輕量級。

容器 vs. 虛擬機器：玄貓教你選對工具

容器和虛擬機器都是虛擬化技術，但它們的實作方式和應用場景有所不同。

  • 虛擬機器： 虛擬機器是一個完整的作業系統，它需要佔用大量的系統資源。虛擬機器適用於需要執行不同作業系統的場景，例如在 Windows 上執行 Linux。
  • 容器： 容器是一個輕量級的虛擬環境，它分享主機作業系統的核心。容器佔用的系統資源較少，啟動速度更快。容器適用於需要快速佈署和擴充套件應用程式的場景，例如微服務架構。

玄貓（BlackCat）建議，在選擇容器或虛擬機器時，需要根據實際需求進行評估。

容器的優勢：為何玄貓如此推崇？

容器技術帶來了許多優勢，包括：

  • 開放原始碼： 容器技術是根據開放原始碼的，這意味著我們可以自由地使用、修改和分享容器技術。
  • 可移植性： 容器可以在任何支援容器引擎的平台上執行，這使得應用程式的佈署更加靈活。
  • DevOps 助攻： 容器簡化了應用程式的構建、測試和佈署流程，加速了 DevOps 的實踐。
  • 雲端就緒： 容器是雲端運算的根本。許多雲端平台都提供了容器服務，方便我們在雲端佈署和管理應用程式。
  • 基礎設施最佳化： 容器可以提高基礎設施的利用率，降低營運成本。
  • 微服務架構： 容器是微服務架構的理想載體。透過容器，我們可以將應用程式拆分成多個獨立的微服務，提高應用程式的可擴充套件性和可維護性。

容器技術的歷史：玄貓帶你回顧

容器技術並非橫空出世，它經歷了一個漫長的發展過程。

  • Chroot 和 Unix v7： Chroot 是最早的行程隔離技術之一，它可以將行程的根目錄限制在一個特定的目錄下。
  • FreeBSD jails： FreeBSD jails 是一種更完善的容器技術，它可以隔離行程、網路和檔案系統。
  • Solaris Containers (Solaris Zones)： Solaris Containers 是一種企業級的容器技術，它提供了強大的資源管理和安全功能。
  • Linux Containers (LXC)： LXC 是 Linux 上最早的容器技術之一，它根據 cgroups 和名稱空間實作。
  • Docker： Docker 的出現極大地推動了容器技術的發展。Docker 簡化了容器的構建、佈署和管理流程，使得容器技術更加普及。
  • rkt： rkt 是 CoreOS 公司開發的容器引擎，它強調安全性和互操作性。
  • OCI 和 CRI-O： OCI (Open Container Initiative) 是一個開放的容器標準，它定義了容器映像檔和執行時的規範。CRI-O 是一個根據 OCI 標準的容器引擎。
  • Podman： Podman 是一個 daemonless 的容器引擎，它不需要一個持續執行的 daemon 行程，這使得 Podman 更加安全和輕量級。

今日容器的應用：玄貓帶你看趨勢

容器技術已經被廣泛應用於各個領域，包括：

  • 雲端運算： 容器是雲端運算的根本。許多雲端平台都提供了容器服務，方便我們在雲端佈署和管理應用程式。
  • 微服務架構： 容器是微服務架構的理想載體。透過容器，我們可以將應用程式拆分成多個獨立的微服務，提高應用程式的可擴充套件性和可維護性。
  • DevOps： 容器簡化了應用程式的構建、測試和佈署流程，加速了 DevOps 的實踐。
  • 持續整合/持續交付 (CI/CD)： 容器可以與 CI/CD 工具整合，實作自動化的應用程式佈署。
  • 大資料： 容器可以用於佈署和管理大資料應用程式，例如 Hadoop 和 Spark。
  • 人工智慧： 容器可以用於佈署和管理人工智慧應用程式，例如 TensorFlow 和 PyTorch。

玄貓觀點：容器技術的未來

玄貓（BlackCat）認為，容器技術的未來充滿了希望。隨著雲端運算和微服務架構的普及，容器技術將會扮演越來越重要的角色。我們可以期待容器技術在安全性、可擴充套件性和易用性方面取得更大的進展。

總而言之，容器技術是一項強大而靈活的技術，它可以幫助我們更好地構建、佈署和管理應用程式。希望這篇文章能夠幫助大家更深入地瞭解容器技術，並在實際工作中加以應用。

目錄導讀：玄貓帶你玩轉容器技術與 DevOps

容器管理與整合：安全至上的考量

本章節將探討如何安全地管理和整合容器，內容涵蓋故障排除、監控、安全性強化以及網路組態等方面。

容器故障排除與監控：玄貓的實戰經驗分享

技術要求

  • 熟悉 Linux 基礎操作
  • 瞭解容器的基本概念

容器執行時的疑難排解

在容器的使用過程中，難免會遇到各種問題。玄貓將分享一些常見的故障排除技巧，助你快速定位並解決問題。

  • 儲存卷宗的許可權問題： 當容器無法存取儲存卷宗時，通常是許可權設定不正確所導致。請檢查卷宗的擁有者和群組是否與容器的使用者一致。
  • Rootless 容器的 Ping 指令問題： 在 Rootless 容器中，由於網路名稱空間的限制，Ping 指令可能無法正常運作。玄貓將介紹如何解決此問題。

容器健康檢查：確保服務穩定執行

監控容器的健康狀況至關重要。玄貓將示範如何使用健康檢查機制，定期檢測容器的執行狀態，並在出現異常時自動重啟容器。

容器建置問題排查

  • Dockerfile 建置錯誤： Dockerfile 中的語法錯誤或指令問題可能導致建置失敗。玄貓將分享如何分析建置日誌，找出錯誤原因。
  • Buildah 原生指令建置錯誤： 使用 Buildah 原生指令建置容器時，可能會遇到依賴套件缺失或環境設定問題。玄貓將提供解決方案。

進階疑難排解技巧：使用 nsenter

當容器內部出現問題時，可以使用 nsenter 指令進入容器的名稱空間，進行更深入的排查。

  • 使用 nsenter 排查資料函式庫客戶端問題： 玄貓將示範如何使用 nsenter 指令進入容器，檢查資料函式庫連線是否正常。

總結

本文玄貓分享了容器故障排除與監控的實用技巧，幫助大家確保容器的穩定執行。

延伸閱讀

  • Docker 官方檔案
  • Podman 官方檔案

容器安全：玄貓的安全防護

技術要求

  • 熟悉 Linux 許可權管理
  • 瞭解 SELinux 的基本概念

Rootless 容器：降低風險

以非 Root 使用者身份執行容器，可以有效降低容器逃逸的風險。玄貓將介紹如何使用 Podman 執行 Rootless 容器。

  • Podman 的瑞士刀：subuid 和 subgid： subuid 和 subgid 是 Podman 用於實作 Rootless 容器的關鍵工具。玄貓將深入解析它們的工作原理。
  • 避免使用 UID 0 執行容器： 永遠不要使用 UID 0（Root 使用者）執行容器。這會帶來極高的安全風險。

容器映像簽署：確保映像來源可靠

對容器映像進行簽署，可以驗證映像的來源是否可信，防止惡意映像的入侵。

  • 使用 GPG 和 Podman 簽署映像： 玄貓將示範如何使用 GPG 金鑰簽署容器映像，並組態 Podman 驗證簽名。
  • 使用 Skopeo 管理簽名： Skopeo 是一個強大的工具，可用於管理容器映像的簽名。

Linux 核心能力：精細許可權控制

Linux 核心能力允許對容器的許可權進行更精細的控制，降低安全風險。

  • 容器中的能力： 玄貓將介紹如何在容器中自定義核心能力，限制容器的行為。

SELinux 與容器：強制存取控制

SELinux 是一個強制存取控制系統，可以進一步強化容器的安全性。

  • Udica 簡介： Udica 是一個用於生成 SELinux 策略的工具，可以簡化 SELinux 的組態。

總結

本文玄貓探討了容器安全的各個方面，幫助大家構建更安全的容器環境。

延伸閱讀

  • SELinux 官方檔案
  • Udica 官方檔案

容器網路：玄貓帶你開發高效網路

技術要求

  • 熟悉 Linux 網路組態
  • 瞭解 CNI 的基本概念

容器網路與 Podman 設定

Podman 支援多種容器網路解決方案，包括 CNI 和 Netavark。玄貓將介紹如何組態 Podman 的網路。

  • CNI 組態快速入門： 玄貓將示範如何快速組態 CNI 網路。
  • Podman CNI 詳解： 深入瞭解 Podman CNI 的工作原理。
  • Netavark 組態快速入門： 玄貓將示範如何快速組態 Netavark 網路。
  • Podman Netavark 詳解： 深入瞭解 Podman Netavark 的工作原理。

使用 Podman 管理網路

Podman 提供了豐富的指令，用於管理容器網路。

  • 連線多個容器： 玄貓將示範如何將兩個或多個容器連線到同一個網路。
  • 容器 DNS 解析： 瞭解容器如何解析 DNS 名稱。
  • 在 Pod 中執行容器： Pod 是一組分享網路和儲存的容器。玄貓將介紹如何在 Pod 中執行容器。
  • 將容器暴露給外部網路： 玄貓將介紹如何將容器的服務暴露給外部網路。
  • 連線主機網路： 將容器連線到主機網路。
  • 主機防火牆組態： 組態主機防火牆，允許外部網路存取容器的服務。
  • Rootless 容器網路行為： 瞭解 Rootless 容器的網路行為。

總結

本文玄貓詳細介紹了容器網路的組態和管理，幫助大家開發高效的容器網路。

延伸閱讀

  • CNI 官方檔案
  • Netavark 官方檔案

Docker 遷移技巧：玄貓的無痛轉移方案

技術要求

  • 熟悉 Docker 的基本操作
  • 瞭解 Podman 的基本概念

遷移現有映像和指令別名

Podman 提供了與 Docker 相容的指令別名，可以簡化遷移過程。

  • Podman 指令和 Docker 指令的比較： 瞭解 Podman 指令和 Docker 指令的差異。
  • Podman 和 Docker 的行為差異： 瞭解 Podman 和 Docker 的行為差異。
  • Podman 中缺失的指令： 瞭解 Podman 中缺失的指令。
  • Docker 中缺失的指令： 瞭解 Docker 中缺失的指令。

使用 Docker Compose 與 Podman

Docker Compose 是一個用於定義和執行多容器應用程式的工具。Podman 支援 Docker Compose。

  • Docker Compose 快速入門： 玄貓將示範如何快速使用 Docker Compose。
  • 組態 Podman 與 docker-compose 互動： 組態 Podman 與 docker-compose 互動。
  • 使用 Podman 和 docker-compose 執行 Compose 工作負載： 使用 Podman 和 docker-compose 執行 Compose 工作負載。
  • 使用 podman-compose： podman-compose 是一個用於使用 Podman 執行 Docker Compose 檔案的工具。

總結

本文玄貓分享了 Docker 遷移到 Podman 的技巧，幫助大家無痛轉移。

延伸閱讀

  • Docker Compose 官方檔案
  • podman-compose 官方檔案

與 systemd 和 Kubernetes 互動：玄貓的整合方案

技術要求

  • 熟悉 systemd 的基本操作
  • 瞭解 Kubernetes 的基本概念

設定主機作業系統的先決條件

在開始之前，需要設定主機作業系統的先決條件。

建立 systemd 單位檔案

可以使用 systemd 單位檔案管理容器。

  • 管理根據容器的 systemd 服務： 玄貓將示範如何使用 systemd 管理容器。

產生 Kubernetes YAML 資源

Podman 可以產生 Kubernetes YAML 資源。

  • 從執行中的容器產生基本的 Pod 資源： 玄貓將示範如何從執行中的容器產生基本的 Pod 資源。
  • 從執行中的容器產生 Pod 和服務： 玄貓將示範如何從執行中的容器產生 Pod 和服務。
  • 在單個 Pod 中產生複合應用程式： 玄貓將示範如何在單個 Pod 中產生複合應用程式。
  • 使用多個 Pod 產生複合應用程式： 玄貓將示範如何使用多個 Pod 產生複合應用程式。

在 Podman 中執行 Kubernetes 資源檔案

可以在 Podman 中執行 Kubernetes 資源檔案。

在 Kubernetes 中測試結果

  • 設定 minikube： 玄貓將示範如何設定 minikube。
  • 啟動 minikube： 啟動 minikube。
  • 在 Kubernetes 中執行產生的資源檔案： 在 Kubernetes 中執行產生的資源檔案。

總結

本文玄貓介紹瞭如何與 systemd 和 Kubernetes 互動，幫助大家將容器整合到現有的系統中。

玄貓

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。