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云原生技术与应用-Containerd容器技术详解

news 2025/7/15 7:11:30

一.Containerd概述

1.什么是containerd

2.Containerd的起源与背景

二.Containerd架构

1.Containerd架构概述

2.核心组件解析

三.安装配置Containerd

1.安装Containerd

2.配置Containerd

四.Containerd基本操作

1.镜像类操作

2.容器类操作

3.任务类操作

4.其他操作

一.Containerd概述

1.什么是Containerd

Containerd 是一个开源的容器运行时（container runtime），主要用于管理容器的生命周期，包括容器的创建、启动、停止、删除等核心操作。它最初是 Docker 引擎的一部分，2017 年被分离出来并捐赠给 Cloud Native Computing Foundation（CNCF），成为独立的开源项目，目前已成为云原生生态中容器运行时的重要标准之一。

2.Containerd的起源与背景

Containerd 的起源可以追溯到 Docker 项目。Docker 最初作为一个开源项目推出，旨在简化应用程序的打包、分发和部署过程。Docker 引入了容器的概念，将应用程序和其依赖项打包到一个容器中，使得应用在不同环境中可以一致地运行。

随着 Docker 的发展，其架构逐渐变得复杂，包含了许多功能，如镜像构建、服务编排等。为了更好地组织和管理这些功能，Docker 团队决定将 Docker 引擎拆分成多个组件，其中一个关键的组件就是 Containerd。

Docker 架构拆分：Docker 从单一的大型引擎拆分为一系列小型、可复用的组件。这种拆分的目标是提高可维护性、模块化和可扩展性。

Containerd 作为核心运行时：在 Docker 架构拆分后，containerd 被定位为 Docker 的核心容器运行时。它负责管理容器的生命周期、镜像操作和基本运行时功能。

贡献给 CNCF（云原生基金会）：为了推动 Containerd 的发展，Docker 团队将 containerd 的代码捐赠给了 Cloud Native Computing Foundation（CNCF），使其成为 CNCF 的孵化项目。

容器生态系统的标准化：Containerd 的设计遵循 Open Container Initiative（开放容器倡议 OCI）规范，这是一个关注容器运行时和镜像格式标准化的开放标准组织。这意味着 containerd 可以与符合 OCI 规范的其他容器工具和运行时进行互操作。

独立的容器运行时：containerd 不仅仅局限于 Docker，它可以作为独立的容器运行时，与多个容器编排系统和工具集成，从而为用户提供更多选择。

总体而言，containerd 的起源是为了简化容器运行时的管理，并为容器生态系统提供一个开放、标准化的基础。其发展不仅服务于 Docker 生态系统，还为整个容器领域提供了一个通用的、可扩展的容器运行时。

二.Containerd架构

1.Containerd架构概述

Containerd 的架构是 modularity（模块化）和可扩展性的体现，它被设计为一个轻量级、高度可定制的容器运行时。

2.核心组件解析

┌───────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        用户工具层                          │
│  (Docker CLI, Kubernetes CRI, 其他自定义客户端)           │
└───────────────────────────────────┬───────────────────────┘│ gRPC API
┌───────────────────────────────────▼───────────────────────┐
│                        containerd 守护进程                  │
│  ┌───────────────────┐  ┌─────────────────┐  ┌───────────┐  │
│  │    任务管理器      │  │    内容存储      │  │  快照服务  │  │
│  └───────────────────┘  └─────────────────┘  └───────────┘  │
└───────────────────────────┬─────────────────────────────────┘│ 插件接口
┌───────────────────────────▼─────────────────────────────────┐
│                          插件层                              │
│  ┌────────────┐  ┌───────────┐  ┌───────────┐  ┌──────────┐  │
│  │  CRI 插件   │  │  镜像插件  │  │  存储插件  │  │  事件插件 │  │
│  └────────────┘  └───────────┘  └───────────┘  └──────────┘  │
│                                                               │
│  ┌────────────┐  ┌───────────┐  ┌───────────┐                 │
│  │  日志插件   │  │  网络插件  │  │  运行时插件 │                 │
│  └────────────┘  └───────────┘  └───────────┘                 │
└───────────────────────────┬─────────────────────────────────┘│ 底层接口
┌───────────────────────────▼─────────────────────────────────┐
│                          运行时层                            │
│  ┌────────────┐  ┌───────────────────────┐  ┌──────────────┐  │
│  │   runc     │  │  其他 OCI 运行时 (gVisor, kata) │  │  系统调用 │  │
│  └────────────┘  └───────────────────────┘  └──────────────┘  │
└───────────────────────────┬─────────────────────────────────┘│ Linux 内核
┌───────────────────────────▼─────────────────────────────────┐
│                        操作系统层                            │
│      (namespaces, cgroups, seccomp, 内核功能)                │
└───────────────────────────────────────────────────────────┘

客户端与 API
- 通过 gRPC 接口提供服务，支持多种客户端工具（如 Docker CLI、Kubernetes CRI 客户端）。
- 提供容器、镜像、内容存储等核心资源的管理接口。
镜像管理
- 支持从容器 registry 拉取镜像，遵循 OCI 镜像规范。
- 实现镜像内容的存储与校验（Content Addressable Storage）。
容器生命周期管理
- 负责容器的创建、启动、停止、删除等操作。
- 通过 shim 进程隔离容器与主守护进程，确保稳定性。
存储与快照
- 提供分层存储机制，支持联合挂载（Union Mount）。
- 通过快照服务实现容器文件系统的快速创建与隔离。
网络与日志
- 通过 CNI（容器网络接口）插件实现网络配置。
- 支持多种日志驱动，收集容器运行日志。
安全机制
- 集成 seccomp、AppArmor 等安全模块，增强容器隔离。
- 支持多种运行时（如 runc、gVisor、Kata Containers），满足不同安全需求。

4. 与其他组件的关系

与 Kubernetes 的集成：通过 CRI 插件对接，成为 K8s 默认的容器运行时之一。
与 Docker 的关系：Docker 自 1.11 版本起采用 containerd 作为底层运行时，实现架构解耦。
与 OCI 标准的结合：基于 runc 实现 OCI 运行时规范，确保容器可移植性。

三.安装配置Containerd

1.安装containerd

2.配置Containerd

（1）生成配置文件

sudo tee /etc/containerd/config.toml:

tee 命令通常用来读取标准输入，并将其内容写入文件和输出到终端。

/etc/containerd/config.toml 是 containerd 的配置文件路径，这里指定了配置文件的具体位置。

使用 containerd config default 命令获取 containerd 的默认配置信息；
通过管道 | 将这些配置信息传递给 tee 命令；
使用 sudo tee /etc/containerd/config.toml 以管理员权限创建或覆盖 /etc/containerd/config.toml 文件，并将之前获取的配置信息写入其中。

（2）修改配置文件

vim /etc/containerd/config.toml
sandbox_image = "registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.9"

SystemdCgroup = true

config_path = "/etc/containerd/certs.d"