Red Hat 的去 Docker 化容器实践
最近几年，开源项目 Docker (已更名为Moby) 在容器普及化方面建树颇多。然而，它的功能特性不断集中到一个单一、庞大的系统，该系统由具有 root 权限运行的守护进程 dockerd 管控，这引发了人们的焦虑。对这些焦虑的阐述，具有代表性的是 Red Hat 公司的容器团队负责人 Dan Walsh 在 KubeCon + CloudNativecon 会议中的演讲。Walsh 讲述了他的容器团队目前的工作方向，即使用一系列更小、可协同工作的组件替代 Docker。他的战斗口号是“拒绝臃肿的守护进程”，理由是与公认的 Unix 哲学相违背。
Docker 模块化实践
就像我们在早期文献中看到的那样，容器的基础操作不复杂：你首先拉取一个容器镜像，利用该镜像创建一个容器，最后启动这个容器。除此之外，你要懂得如何构建镜像并推送至镜像仓库。大多数人在上述这些步骤中使用 Docker，但其实 Docker 并不是唯一的选择，目前的可替换选择是 rkt。rkt 引发了一系列标准的创建，包括运行时标准 CRI，镜像标准 OCI 及网络标准 CNI 等。遵守这些标准的后端，如 CRI-O 和 Docker，可以与 Kubernetes 为代表的管理软件协同工作。
这些标准促使 Red Hat 公司开发了一系列实现了部分标准的“核心应用”供 Kubernetes 使用，例如 CRI-O 运行时。但 Kubernetes 提供的功能不足以满足 Red Hat 公司的 OpenShift 项目所需。开发者可能需要构建容器并推送至镜像仓库，实现这些操作需要额外的一整套方案。
事实上，目前市面上已有多种构建容器的工具。来自 Sysdig 公司的 Michael Ducy 在分会场中回顾了 Docker 本身之外的 8 种镜像构建工具，而这也很可能不是全部。Ducy 将理想的构建工具定义如下：可以用可重现的方式创建最小化镜像。最小化镜像并不包含操作系统，只包含应用本身及其依赖。Ducy 认为 Distroless, Smith 及 Source-to-Image 都是很好的工具，可用于构建最小化镜像。Ducy 将最小化镜像称为“微容器”。
可重现镜像 是指构建多次结果保持不变的镜像。为达到这个目标，Ducy 表示应该使用“宣告式”而不是“命令式”的方式。考虑到 Ducy 来自 Chef 配置管理工具领域，你应该能理解他的意思。Ducy 给出了符合标准的几个不错的实现，包括 Ansible 容器、 Habitat、 nixos-容器和 Simth 等，但你需要了解这些项目对应的编程语言。Ducy 额外指出 Habitat 构建的容器自带管理功能，如果你已经使用了 systemd、 Docker 或 Kubernetes 等外部管理工具，Habitat 的管理功能可能是冗余的。除此之外，我们还要提到从 Docker 和 Buildah 项目诞生的新项目 BuildKit， 它是 Red Hat 公司 Atomic 工程的一个组件。
使用 Buildah 构建容器
Buildah 名称显然来自于 Walsh 风趣的 波士顿口音； 该工具的品牌宣传中充满了波士顿风格，例如 logo 使用了波士顿梗犬（如图所示）。该项目的实现思路与 Ducy 不同：为了构建容器，与其被迫使用宣告式配置管理的方案，不如构建一些简单工具，结合你最喜欢的配置管理工具使用。这样你可以如愿的使用命令行，例如使用 cp 命令代替 Docker 的自定义指令 COPY 。除此之外，你可以使用如下工具为容器提供内容：1) 配置管理工具，例如Ansible 或 Puppet；2) 操作系统相关或编程语言相关的安装工具，例如 APT 和 pip； 3) 其它系统。下面展示了基于通用 shell 命令的容器构建场景，其中只需要使用 make 命令即可为容器安装可执行文件。
# 拉取基础镜像, 类似 Dockerfile 中的 FROM 命令
buildah from redhat
# 挂载基础镜像, 在其基础上工作
crt=$(buildah mount)
ap foo $crt
make install DESTDIR=$crt
# 下一步，生成快照
buildah commit
有趣的是，基于这个思路，你可以复用主机环境中的构建工具，无需在镜像中安装这些依赖，故可以构建非常微小的镜像。通常情况下，构建容器镜像时需要在容器中安装目标应用的构建依赖。例如，从源码构建需要容器中有编译器工具链，这是因为构建并不在主机环境进行。大量的容器也包含了 ps 和 bash 这样的 Unix 命令，对微容器而言其实是多余的。开发者经常忘记或无法从构建好的容器中移除一些依赖，增加了不必要的开销和攻击面。
Buildah 的模块化方案能够以非 root 方式进行部分构建；但mount 命令仍然需要 CAP_SYS_ADMIN，有一个 工单 试图解决该问题。但 Buildah 与 Docker 都有同样的限制，即无法在容器内构建容器。对于 Docker，你需要使用“特权”模式运行容器，一些特殊的环境很难满足这个条件，例如 GitLab 持续集成；即使满足该条件，配置也特别繁琐。
手动提交的步骤可以对创建容器快照的时间节点进行细粒度控制。Dockerfile 每一行都会创建一个新的快照；相比而言，Buildah 的提交检查点都是事先选择好的，这可以减少不必要的快照并节省磁盘空间。这也有利于隔离私钥或密码等敏感信息，避免其出现在公共镜像中。
Docker 构建的镜像是非标准的、仅供其自身使用；相比而言，Buildah 提供多种输出格式，其中包括符合 OCI 标准的镜像。为向后兼容，Buildah 提供了一个“使用 Dockerfile 构建”的命令，即 buildah bud， 它可以解析标准的 Dockerfile。Buildah 提供 enter 命令直接查看镜像内部信息，run 命令启动一个容器。实现这些功能仅使用了 runc 在内的标准工具，无需在后台运行一个“臃肿的守护进程”。
Ducy 对 Buildah 表示质疑，认为采用非宣告性不利于可重现性。如果允许使用 shell 命令，可能产生很多预想不到的情况；例如，一个 shell 脚本下载了任意的可执行程序，但后续无法追溯文件的来源。shell 命令的执行受环境变量影响，执行结果可能大相径庭。与基于 shell 的工具相比，Puppet 或 Chef 这样的配置管理系统在理论上更加可靠，因为它们的设计初衷就是收敛于最终配置；事实上，可以通过配置管理系统调用 shell 命令。但 Walsh 对此提出反驳，认为已有的配置管理工具可以在 Buildah 的基础上工作，用户可以选择是否使用配置管理；这样更加符合“机制与策略分离”的经典 Unix 哲学。
目前 Buildah 处于测试阶段，Red Hat 公司正努力将其集成到 OpenShift。我写这篇文章时已经测试过 Buildah，它缺少一些文档，但基本可以稳定运行。尽管在错误处理方面仍有待提高，但它确实是一款值得你关注的容器工具。
替换其它 Docker 命令行
Walsh 在其演讲中还简单介绍了 Red hat 公司 正在开发的另一个暂时叫做 libpod 的项目。项目名称来源于 Kubernetes 中的 “pod”， 在 Kubernetes 中 “pod” 用于分组主机内的容器，分享名字空间等。
Libpod 提供 kpod 命令，用于直接检查和操作容器存储。Walsh 分析了该命令发挥作用的场景，例如 dockerd 停止响应或 Kubernetes 集群崩溃。基本上，kpod 独立地再次实现了 docker 命令行工具。kpod ps 返回运行中的容器列表，kpod images 返回镜像列表。事实上，命令转换速查手册 中给出了每一条 Docker 命令对应的 kpod 命令。
这种模块化实现的一个好处是，当你使用 kpod run 运行容器时，容器直接作为当前 shell 而不是 dockerd 的子进程启动。理论上，可以直接使用 systemd 启动容器，这样可以消除 dockerd 引入的冗余。这让由套接字激活的容器成为可能，但暂时基于 Docker 实现该特性并不容易，即使借助 Kubernetes 也是如此。但我在测试过程中发现，使用 kpod 启动的容器有一些基础功能性缺失，具体而言是网络功能（!），相关实现在活跃开发过程中。
我们最后提到的命令是 push。虽然上述命令已经足以满足本地使用容器的需求，但没有提到远程仓库，借助远程仓库开发者可以活跃地进行应用打包协作。仓库也是持续部署框架的核心组件。skopeo 项目用于填补这个空白，它是另一个 Atomic 成员项目，按其 README 文件描述，“包含容器镜像及镜像库的多种操作”。该项目的设计初衷是，在不用类似 docker pull 那样实际去下载可能体积庞大的镜像的前提下，检查容器镜像的内容。Docker 拒绝加入 检查功能，建议通过一个额外的工具实现该功能，这促成了 Skopeo 项目。除了 pull、push，Skopeo 现在还可以完成很多其它操作，例如在，不产生本地副本的情况下将镜像在不同的仓库中复制和转换。由于部分功能比较基础，可供其它项目使用，目前很大一部分 Skopeo 代码位于一个叫做 containers/image 的基础库。Pivotal、 Google 的 container-diff 、kpod push 及 buildah push 都使用了该库。
kpod 与 Kubernetes 并没有紧密的联系，故未来可能会更换名称（事实上，在本文刊发过程中，已经更名为 podman），毕竟 Red Hat 法务部门还没有明确其名称。该团队希望实现更多 pod 级别的命令，这样可以对多个容器进行操作，有点类似于 docker compose 实现的功能。但在这方面，Kompose 是更好的工具，可以通过 复合 YAML 文件 在 Kubernetes 集群中运行容器。按计划，我们不会实现类似于 [swarm] 的 Docker 命令，这部分功能最好由 Kubernetes 本身完成。
目前看来，已经持续数年的 Docker 模块化努力终将硕果累累。但目前 kpod 处于快速迭代过程中，不太适合用于生产环境，不过那些工具的与众不同的设计理念让人很感兴趣，而且其中大部分的工具已经可以用于开发环境。目前只能通过编译源码的方式安装 libpod，但最终会提供各个发行版的二进制包。
本文最初发表于 Linux Weekly News。
via: https://anarc.at/blog/2017-12-20-docker-without-docker/