云原生技術與應用-Containerd容器技術詳解

一.Containerd概述

? 1.什么是containerd

? 2.Containerd的起源與背景

二.Containerd架構

? 1.Containerd架構概述

? 2.核心組件解析

三.安裝配置Containerd

? 1.安裝Containerd

? 2.配置Containerd

四.Containerd基本操作

? 1.鏡像類操作

? 2.容器類操作

? 3.任務類操作

? 4.其他操作

一.Containerd概述

1.什么是Containerd

? ??Containerd 是一個開源的容器運行時（container runtime），主要用于管理容器的生命周期，包括容器的創建、啟動、停止、刪除等核心操作。它最初是 Docker 引擎的一部分，2017 年被分離出來并捐贈給 Cloud Native Computing Foundation（CNCF），成為獨立的開源項目，目前已成為云原生生態中容器運行時的重要標準之一。

2.Containerd的起源與背景

??Containerd 的起源可以追溯到 Docker 項目。Docker 最初作為一個開源項目推出，旨在簡化應用程序的打包、分發和部署過程。Docker 引入了容器的概念，將應用程序和其依賴項打包到一個容器中，使得應用在不同環境中可以一致地運行。

? ?隨著 Docker 的發展，其架構逐漸變得復雜，包含了許多功能，如鏡像構建、服務編排等。為了更好地組織和管理這些功能，Docker 團隊決定將 Docker 引擎拆分成多個組件，其中一個關鍵的組件就是 Containerd。

? ?Docker 架構拆分：Docker 從單一的大型引擎拆分為一系列小型、可復用的組件。這種拆分的目標是提高可維護性、模塊化和可擴展性。

? ?Containerd 作為核心運行時：在 Docker 架構拆分后，containerd 被定位為 Docker 的核心容器運行時。它負責管理容器的生命周期、鏡像操作和基本運行時功能。

? ?貢獻給 CNCF（云原生基金會）：為了推動 Containerd 的發展，Docker 團隊將 containerd 的代碼捐贈給了 Cloud Native Computing Foundation（CNCF），使其成為 CNCF 的孵化項目。

? ?容器生態系統的標準化：Containerd 的設計遵循 Open Container Initiative（開放容器倡議 OCI）規范，這是一個關注容器運行時和鏡像格式標準化的開放標準組織。這意味著 containerd 可以與符合 OCI 規范的其他容器工具和運行時進行互操作。

? 獨立的容器運行時：containerd 不僅僅局限于 Docker，它可以作為獨立的容器運行時，與多個容器編排系統和工具集成，從而為用戶提供更多選擇。

? ?總體而言，containerd 的起源是為了簡化容器運行時的管理，并為容器生態系統提供一個開放、標準化的基礎。其發展不僅服務于 Docker 生態系統，還為整個容器領域提供了一個通用的、可擴展的容器運行時。

二.Containerd架構

1.Containerd架構概述

? ?Containerd 的架構是 modularity（模塊化）和可擴展性的體現，它被設計為一個輕量級、高度可定制的容器運行時。

2.核心組件解析

┌───────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        用戶工具層                          │
│  (Docker CLI, Kubernetes CRI, 其他自定義客戶端)           │
└───────────────────────────────────┬───────────────────────┘│ gRPC API
┌───────────────────────────────────▼───────────────────────┐
│                        containerd 守護進程                  │
│  ┌───────────────────┐  ┌─────────────────┐  ┌───────────┐  │
│  │    任務管理器      │  │    內容存儲      │  │  快照服務  │  │
│  └───────────────────┘  └─────────────────┘  └───────────┘  │
└───────────────────────────┬─────────────────────────────────┘│ 插件接口
┌───────────────────────────▼─────────────────────────────────┐
│                          插件層                              │
│  ┌────────────┐  ┌───────────┐  ┌───────────┐  ┌──────────┐  │
│  │  CRI 插件   │  │  鏡像插件  │  │  存儲插件  │  │  事件插件 │  │
│  └────────────┘  └───────────┘  └───────────┘  └──────────┘  │
│                                                               │
│  ┌────────────┐  ┌───────────┐  ┌───────────┐                 │
│  │  日志插件   │  │  網絡插件  │  │  運行時插件 │                 │
│  └────────────┘  └───────────┘  └───────────┘                 │
└───────────────────────────┬─────────────────────────────────┘│ 底層接口
┌───────────────────────────▼─────────────────────────────────┐
│                          運行時層                            │
│  ┌────────────┐  ┌───────────────────────┐  ┌──────────────┐  │
│  │   runc     │  │  其他 OCI 運行時 (gVisor, kata) │  │  系統調用 │  │
│  └────────────┘  └───────────────────────┘  └──────────────┘  │
└───────────────────────────┬─────────────────────────────────┘│ Linux 內核
┌───────────────────────────▼─────────────────────────────────┐
│                        操作系統層                            │
│      (namespaces, cgroups, seccomp, 內核功能)                │
└───────────────────────────────────────────────────────────┘

客戶端與 API
- 通過 gRPC 接口提供服務，支持多種客戶端工具（如 Docker CLI、Kubernetes CRI 客戶端）。
- 提供容器、鏡像、內容存儲等核心資源的管理接口。
鏡像管理
- 支持從容器 registry 拉取鏡像，遵循 OCI 鏡像規范。
- 實現鏡像內容的存儲與校驗（Content Addressable Storage）。
容器生命周期管理
- 負責容器的創建、啟動、停止、刪除等操作。
- 通過 shim 進程隔離容器與主守護進程，確保穩定性。
存儲與快照
- 提供分層存儲機制，支持聯合掛載（Union Mount）。
- 通過快照服務實現容器文件系統的快速創建與隔離。
網絡與日志
- 通過 CNI（容器網絡接口）插件實現網絡配置。
- 支持多種日志驅動，收集容器運行日志。
安全機制
- 集成 seccomp、AppArmor 等安全模塊，增強容器隔離。
- 支持多種運行時（如 runc、gVisor、Kata Containers），滿足不同安全需求。

4. 與其他組件的關系

與 Kubernetes 的集成：通過 CRI 插件對接，成為 K8s 默認的容器運行時之一。
與 Docker 的關系：Docker 自 1.11 版本起采用 containerd 作為底層運行時，實現架構解耦。
與 OCI 標準的結合：基于 runc 實現 OCI 運行時規范，確保容器可移植性。

三.安裝配置Containerd

1.安裝containerd

2.配置Containerd

（1）生成配置文件

sudo tee /etc/containerd/config.toml:

tee 命令通常用來讀取標準輸入，并將其內容寫入文件和輸出到終端。

/etc/containerd/config.toml 是 containerd 的配置文件路徑，這里指定了配置文件的具體位置。

使用 containerd config default 命令獲取 containerd 的默認配置信息；
通過管道 | 將這些配置信息傳遞給 tee 命令；
使用 sudo tee /etc/containerd/config.toml 以管理員權限創建或覆蓋 /etc/containerd/config.toml 文件，并將之前獲取的配置信息寫入其中。

?（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"