Runf 容器執行與混合無伺服器架構

libcontainer 提供了底層容器操作的功能，runf 工具則簡化了使用 libcontainer 的過程。透過設定環境變數、準備行程和執行容器內命令，我們可以利用 runf 執行容器化應用。為了在 Docker 網路環境中使用 runf，我們需要建立一個包含 runf 和根檔案系統的 wrapper-runf 容器，並將其連線到目標網路。LinuxKit 則提供了一種建立不可變基礎設施的方法，透過組合容器來構建作業系統。

使用 runf 執行容器

在前面的章節中，我們已經瞭解瞭如何使用 libcontainer 來建立容器。現在，我們將透過實作一個名為 runf 的簡單工具來示範如何使用 libcontainer。

準備環境變數

首先，我們需要準備環境變數。環境變數是一個字串陣列，每個元素都是鍵值對，用於設定行程的環境。我們使用 libcontainer.Process 來準備行程，並將輸入、輸出和錯誤重定向到預設的標準輸入、輸出和錯誤。

environmentVars := []string{
    "PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin",
    "HOSTNAME=" + containerId,
    "TERM=xterm",
}

process := &libcontainer.Process{
    Args:   os.Args[1:],
    Env:    environmentVars,
    User:   "root",
    Cwd:    "/",
    Stdin:  os.Stdin,
    Stdout: os.Stdout,
    Stderr: os.Stderr,
}

err = container.Run(process)
if err != nil {
    container.Destroy()
    logrus.Fatal(err)
    return
}

_, err = process.Wait()
if err != nil {
    logrus.Fatal(err)
}

defer container.Destroy()

內容解密：

這段程式碼首先建立了一個包含必要環境變數的字串陣列 environmentVars，例如 PATH、HOSTNAME 和 TERM。然後，它建立了一個 libcontainer.Process 物件 process，並設定其引數、環境變數、使用者、當前工作目錄以及輸入、輸出和錯誤流。接著，它執行容器內的 process，如果發生錯誤，則銷毀容器並記錄錯誤。最後，它等待 process 完成，並在完成後銷毀容器。

編譯 runf

接下來，我們需要編譯 runf。二進位制檔案的編譯需要 libcontainer 和其他幾個套件。我們可以使用 go get 命令來取得所需的套件，然後使用 go build 命令來編譯 runf。

$ go get golang.org/x/sys/unix
$ go get github.com/Sirupsen/logrus
$ go get github.com/docker/docker/pkg/namesgenerator
$ go get github.com/opencontainers/runc/libcontainer
$ go build runf.go

內容解密：

這一系列命令首先下載了編譯 runf 所需的依賴套件，包括 golang.org/x/sys/unix、github.com/Sirupsen/logrus、github.com/docker/docker/pkg/namesgenerator 和 github.com/opencontainers/runc/libcontainer。然後，它使用 go build 命令編譯 runf.go 檔案，生成可執行的二進位制檔案 runf。

準備根檔案系統

為了準備根檔案系統，我們使用 undocker.py 指令碼和 docker save 命令。首先，從 https://github.com/larsks/undocker 下載 undocker.py 指令碼。然後，使用以下命令從 busybox 映像檔建立根檔案系統到 rootfs 目錄：

$ docker save busybox | ./undocker.py --output rootfs -W -i busybox

內容解密：

這條命令首先使用 docker save 命令將 busybox 映像檔儲存為 tar 檔案，然後透過管道傳遞給 undocker.py 指令碼。undocker.py 將 tar 檔案解壓縮到指定的輸出目錄 rootfs 中，建立一個可用於容器的根檔案系統。

測試 runf

現在，我們可以測試 runf。首先，直接執行 runf 並傳入 ls 命令作為引數：

$ ./runf ls
bin dev etc home proc root sys tmp usr var

內容解密：

這條命令執行 runf，並在容器內執行 ls 命令，列出容器根目錄下的檔案和目錄。

在 Docker 網路中使用 runf

接下來，我們將嘗試一個更複雜的場景：在 Docker 網路中使用 runf。首先，我們準備一個名為 wrapper-runf 的容器，它將包含 runf 和一個預先組態的根檔案系統。

建立 wrapper-runf 映像檔

首先，建立一個 Dockerfile，用於建立 wrapper-runf 映像檔：

FROM ubuntu:latest
RUN apt-get update && apt-get install -y curl
WORKDIR /root
COPY ./runf /usr/bin/runf
COPY rootfs /root/rootfs
COPY resolv.conf /root/rootfs/etc/resolv.conf

然後，使用以下命令建立映像檔：

$ docker build -t wrapper-runf .

內容解密：

這條命令根據 Dockerfile 建立了一個名為 wrapper-runf 的 Docker 映像檔。Dockerfile 中的指令包括從 ubuntu:latest 映像檔建立基礎映像檔，安裝 curl，設定工作目錄，將 runf、rootfs 和 resolv.conf 複製到映像檔中。

在 Docker 網路中使用 wrapper-runf 和 runf

接下來，建立一個 Docker 網路，將一個 nginx 容器連線到該網路，然後執行 wrapper-runf 容器，並在其中使用 runf 連線到 nginx：

$ docker network create -d overlay --attachable test_net
$ docker run -d \
    --network=test_net \
    --network-alias=nginx \
    nginx

$ docker run --rm -it \
    --network=test_net \
    --privileged \
    -v /sys/fs/cgroup:/sys/fs/cgroup \
    wrapper-runf /bin/bash

/ # runf wget http://nginx

內容解密：

這一系列命令首先建立了一個名為 test_net 的 Docker 網路。然後，它在該網路上啟動了一個 nginx 容器，並為其設定了網路別名。接著，它啟動了一個 wrapper-runf 容器，將其連線到 test_net 網路，並掛載了必要的 cgroup 檔案系統。在 wrapper-runf 容器內，它使用 runf 執行 wget 命令，下載 nginx 伺服器上的內容。

LinuxKit：不可變的基礎設施

LinuxKit 是用於建立不可變基礎設施的工具集。它允許將容器組合為可用的作業系統。以下是 LinuxKit YAML 檔案的範例，用於建立 Docker 的不可變 OS：

kernel:
  image: linuxkit/kernel:4.14.23
  cmdline: "console=tty0 console=ttyS0 console=ttyAMA0 console=ttysclp0"

init:
  - linuxkit/init:b212cfeb4bb6330e0a7547d8010fe2e8489b677a
  - linuxkit/runc:7c39a68490a12cde830e1922f171c451fb08e731
  - linuxkit/containerd:37e397ebfc6bd5d8e18695b121166ffd0cbfd9f0
  - linuxkit/ca-certificates:v0.2

onboot:
  - name: sysctl
    image: linuxkit/sysctl:v0.2
  - name: sysfs
    image: linuxkit/sysfs:v0.2
  - name: format
    image: linuxkit/format:v0.2
  - name: mount
    image: linuxkit/mount:v0.2
    command: ["/usr/bin/mountie", "/var/lib/docker"]

services:
  - name: getty
    image: linuxkit/getty:v0.2
    env:
      - INSECURE=true
  - name: rngd
    image: linuxkit/rngd:v0.2
  - name: dhcpcd
    image: linuxkit/dhcpcd:v0.2
  - name: ntpd
    image: linuxkit/openntpd:v0.2
  - name: docker
    image: docker:17.09.0-ce-dind

圖表翻譯：

此圖表呈現了 LinuxKit 建立的不可變 OS 的架構。首先，kernel 部分指定了使用的 Linux 核心版本和啟動引數。init 部分包含了初始化程式和必要的系統工具，如 runc 和 containerd。onboot 部分定義了在啟動時執行的服務，包括掛載必要檔案系統的 mount 服務。services 部分列出了系統服務，如 getty、rngd、dhcpcd、ntpd 和 docker，這些服務在系統啟動後持續執行，為系統提供基本功能。

程式碼與技術細節探討

在實作 runf 的過程中，我們深入瞭解了 libcontainer 的使用方法，包括如何設定環境變數、準備行程以及執行容器內的命令。此外，我們還學習瞭如何使用 undocker.py 和 docker save 命令準備根檔案系統。

在 Docker 網路中使用 runf 的實驗展示瞭如何將容器技術與網路功能結合起來，為複雜的應用場景提供支援。

LinuxKit 的介紹則為我們開啟了一扇通往不可變基礎設施的大門，讓我們能夠以更安全、更可控的方式佈署和管理基礎設施。

1. 增強 runf 功能：進一步開發 runf，使其支援更多功能，如網路組態、資源限制等。
2. 整合 LinuxKit：研究如何將 LinuxKit 與現有的 FaaS 平台整合，建立不可變的基礎設施，以提高安全性和可擴充套件性。
3. 最佳化效能：對 runf 和相關技術進行效能最佳化，提高函式執行的效率和回應速度。

透過這些努力，我們可以進一步推動 FaaS 平台的發展，為使用者提供更高效、更安全的服務。

混合無伺服器架構與宣告式容器技術的未來發展

在當今的雲端運算環境中，無伺服器（Serverless）架構和容器技術正逐漸成為主流的佈署模式。本篇文章將探討混合無伺服器架構的概念，以及宣告式容器技術。

混合無伺服器架構

混合無伺服器架構是一種結合了私有雲和公有雲資源的佈署模型。這種架構允許企業在內部佈署關鍵功能和儲存敏感資料，同時利用公有雲的可擴充套件性來處理高負載請求。

混合無伺服器架構的優勢

1. 靈活性：企業可以在內部佈署關鍵應用，同時利用公有雲進行擴充套件。
2. 成本效益：按需付費的模式使得企業只需為實際使用的資源付費。
3. 安全性：敏感資料可以儲存在內部受控環境中。

實作混合無伺服器架構

要實作混合無伺服器架構，需要考慮以下幾個關鍵因素：

1. 容器化技術：使用Docker等容器技術來封裝應用程式，確保在不同環境中的一致性。
2. 無伺服器平台：選擇支援混合雲佈署的無伺服器平台，如AWS Lambda、Azure Functions等。
3. 資料存取：確保公有雲上的函式執行器能夠安全地存取內部資料。

# docker-compose.yml 示例
version: '3'
services:
  func-executor:
    image: my-func-executor
    environment:
      - DATA_STORE_URL=internal-data-store
    deploy:
      mode: global
      placement:
        constraints: [node.role == worker]

混合無伺服器架構示意圖

@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam defaultTextAlignment center
skinparam rectangleBackgroundColor #F5F5F5
skinparam rectangleBorderColor #333333
skinparam arrowColor #333333

title 混合無伺服器架構示意圖

rectangle "請求" as node1
rectangle "擴充套件" as node2
rectangle "存取" as node3
rectangle "資料" as node4

node1 --> node2
node2 --> node3
node3 --> node4

@enduml

圖表翻譯： 此圖示展示了混合無伺服器架構的工作流程。請求首先被內部佈署的函式執行器處理，當負載增加時，執行器會擴充套件到公有雲。同時，公有雲上的執行器需要存取內部資料儲存中的資料。

宣告式容器技術

宣告式容器是一種新的容器定義方式，它將應用程式與特定的執行環境組態分離。這種方法使得容器更加便攜和可重用。

傳統Dockerfile vs 宣告式容器

傳統的Dockerfile包含了具體的執行環境組態，如下所示：

FROM openjdk:8
COPY app.jar /app/app.jar
CMD ["/opt/jdk/bin/java", "-Xmx2G", "-jar", "/app/app.jar"]

而宣告式容器則移除這些硬編碼的組態：

FROM scratch
COPY app.jar /app/app.jar
CMD ["java", "-jar", "/app/app.jar"]

宣告式容器的優勢

1. 可移植性：應用程式不再與特定的Java版本或記憶體限制繫結。
2. 靈活性：執行環境可以根據實際需求動態調整。

實作宣告式容器

要實作宣告式容器，需要引入一個新的實體，稱為應用程式組態管理器（Application Profile Manager）。這個管理器負責在容器建立時動態設定執行環境引數。

// 示例程式碼：動態設定Java記憶體限制
public class AppProfileManager {
    public static void main(String[] args) {
        // 取得容器記憶體限制
        long memoryLimit = getMemoryLimit();
        // 設定Java記憶體引數
        String[] javaCmd = {"java", "-Xmx" + memoryLimit + "G", "-jar", "/app/app.jar"};
        // 執行Java應用
        ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder(javaCmd);
        pb.start();
    }
    
    private static long getMemoryLimit() {
        // 從容器環境中取得記憶體限制
        // ...
    }
}

#### 內容解密：

1. AppProfileManager類別負責管理應用程式的執行組態。
2. getMemoryLimit()方法用於從容器環境中取得設定的記憶體限制。
3. 根據取得的記憶體限制，動態設定Java應用的記憶體引數。
4. 使用ProcessBuilder執行設定好的Java命令。

應用程式組態管理器示意圖

@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam defaultTextAlignment center
skinparam rectangleBackgroundColor #F5F5F5
skinparam rectangleBorderColor #333333
skinparam arrowColor #333333

title 應用程式組態管理器示意圖

rectangle "建立容器" as node1
rectangle "取得組態" as node2
rectangle "設定引數" as node3
rectangle "執行" as node4

node1 --> node2
node2 --> node3
node3 --> node4

@enduml

圖表翻譯： 此圖示展示了應用程式組態管理器如何在容器建立過程中動態設定執行引數。容器引擎建立容器時，組態管理器會取得容器組態並據此設定Java應用的啟動命令，最終執行Java應用。

1. 更智慧的資源管理：未來的無伺服器平台可能會整合更先進的資源管理演算法，實作自動化的資源排程和最佳化。
2. 增強的安全特性：隨著宣告式容器的發展，我們可以期待看到更多與之配套的安全特性，如自動化的安全組態和合規性檢查。
3. 跨雲平台的互操作性：未來的無伺服器架構可能會更加註重跨不同雲平台的互操作性，使得應用程式能夠在不同的雲環境中無縫遷移和執行。

透過不斷探索和創新，這些新興技術將為企業帶來更多的選擇和可能性，推動雲端運算領域的持續進步。