Containerd容器技术

历史演进：containerd 最初是 Docker 引擎的底层组件（Docker 1.11 版本后分离），后来独立发展为通用容器运行时。
功能差异：Docker 提供完整的开发、打包、部署流程（含 CLI、镜像仓库等），而 containerd 专注于容器运行时的核心功能。
当前定位：Kubernetes 从 1.24 版本开始不再支持 Docker，转而推荐使用 containerd 作为容器运行时（通过 cri-containerd 插件对接 CRI）。

5，containerd的核心组件

containerd 采用模块化设计，各组件通过 gRPC 接口通信，形成分层架构。这种设计使得它可以独立运行，也可以作为其他系统的底层容器运行时。

1. containerd 守护进程（containerd daemon）

角色：作为主服务进程，负责管理整个容器生命周期。
功能：

监听客户端请求（如创建容器、拉取镜像）。
管理镜像和容器的元数据（存储在本地数据库中）。
协调其他组件（如 shim、snapshotter）的工作。
通信接口：通过 /run/containerd/containerd.sock 提供 gRPC 服务。

2. shim 进程（containerd-shim）

角色：作为容器进程的父进程，负责容器的独立生命周期管理。
功能：

隔离容器进程与 containerd 守护进程：即使 containerd 重启，容器仍能继续运行。
收集容器的标准输出 / 错误流，并转发给日志驱动。
传递信号（如 SIGTERM、SIGKILL）给容器内的主进程。
设计优势：避免单点故障，提升系统稳定性。

3. runtime 运行时

角色：负责容器的实际执行和资源隔离。
分类：

runC：默认低级别运行时，基于 OCI 规范实现，提供基础的 namespace 和 cgroup 隔离。
高级运行时：如 Kata Containers、gVisor，提供更强的安全隔离（通过轻量级虚拟机或用户态内核）。
配置方式：通过 config.toml 指定默认运行时，或在创建容器时通过 --runtime 参数指定。

4. snapshotter 快照管理器

角色：管理容器镜像的分层存储和容器的读写层。
实现方式：

overlayfs：默认选项，基于 Linux 的 overlay 存储驱动，性能高。
btrfs/zfs：提供高级特性（如写时复制、快照），但依赖特定文件系统。
stargz：优化镜像拉取性能，支持按需加载层（on-demand pulling）。
工作原理：
镜像层以只读方式挂载，容器的写操作存储在独立的可写层。
通过 containerd content store 管理镜像内容的哈希和校验。

5. content store 内容存储

角色：存储和检索容器镜像的内容（blob）。
功能：

基于内容寻址（content-addressable storage），通过哈希值标识镜像层。
实现镜像层的去重和共享，节省存储空间。
存储位置：默认位于 /var/lib/containerd/io.containerd.content.v1.content/。

6. metadata store 元数据存储

角色：存储容器、镜像、任务的元数据信息。
实现方式：

默认使用 BoltDB（嵌入式键值数据库）存储在本地文件系统。
支持通过插件扩展为其他存储后端（如 MySQL、PostgreSQL）。
数据示例：容器配置、状态、挂载点、网络设置等。

7，storage(存储)

Content(内容)：功能: Content 存储了容器镜像的实际数据。这包括文件系统层和元数据，用于创建和管理容器的基础文件系统。
Snapshot(快照)：功能:Snapshot 存储容器的快照数据。每个容器都可以有一个或多个快照，允许它们共享相同的文件系统层，提高效率。
Diff(差异)：功能: Diff 存储容器文件系统层之间的差异。当容器运行时需要修改文件系统时，会在已有的文件系统层上创建一个差异层，以保存变更。

8，Metadata(元数据)

Images(镜像)：功能:Images 存储容器镜像的元数据,包括镜像的标签、大小、创建时间等信息。Metadata 中的 Images组件允许容器对镜像进行管理和操作。
Containers(容器)：功能: Containers 存储容器的元数据，包括容器的状态、配置信息、网络设置等。这部分元数据使得容器能够有效地管理容器的生命周期。

9，Runtime(运行时)

Tasks(任务)：功能:Tasks 包含容器内的进程组。每个容器运行时都有关联的 Task，它负责管理容器内的所有进程Tasks 与 Shim 一起工作，维护容器的状态。
Events(事件)：功能: Events 组件记录了容器的各种事件，如容器的创建、启动、停止等。这些事件可以用于监控和日志记录，帮助用户了解容器系统的运行状况。

6，典型应用场景

云原生基础设施：作为 Kubernetes 集群的容器运行时，支撑大规模微服务部署。
边缘计算：在资源受限的边缘节点上运行轻量级容器，降低资源消耗。
高性能计算：利用 containerd 的快速启动和低开销特性，优化批量任务的容器化部署。

二，部署containerd

添加软件源信息

curl -o /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

修改配置文件

sed -i 's/$releasever/8/g' /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo
sed -i 's/$basearch/x86_64/g' /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

安装containerd

dnf -y install containerd.io

生成配置文件

mkdir -p /etc/containerd

containerd config default | 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

修改生成的配置文件

vim /etc/containerd/config.toml
sandbox_image = "registry.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.6" 63行修改
SystemdCgroup = true 127修改
config_path = "/etc/containerd/certs.d" 147行修改

创建文件并配置镜像加速

mkdir -p /etc/containerd/certs.d/docker.io
mkdir -p /etc/containerd/certs.d/registry.k8s.io
touch -p /etc/containerd/certs.d/docker.io/hosts.toml

vim /etc/containerd/certs.d/docker.io/hosts.toml
server = "docker.io"
[host."https://docker.m.daocloud.io"]
capabilities = ["pull","resolve"]


[root@localhost certs.d]# vim registry.k8s.io/hosts.toml
server = "registry.k8s.io"
[host."https://registry.aliyuncs.com/google_containers"]
capabilities = ["pull","resolve"]
override_path = true

启动服务

[root@localhost certs启动服务.d]# systemctl restart containerd
[root@localhost certs.d]# systemctl status containerd

三，containerd的基本操作

1，镜像管理命令

命令格式	功能描述
`ctr images pull <镜像地址>`	从镜像仓库拉取镜像（例如：`ctr images pull docker.io/library/nginx:latest`）
`ctr images push <镜像地址>`	将镜像推送到指定仓库
`ctr images ls`	列出本地所有镜像
`ctr images rm <镜像名称>`	删除本地镜像
`ctr images tag <源镜像> <目标镜像>`	为镜像添加标签
`ctr images export <镜像> <文件.tar>`	将镜像导出为 tar 文件
`ctr images import <文件.tar>`	从 tar 文件导入镜像

2. 容器管理命令

命令格式	功能描述
`ctr containers create <镜像> <容器ID>`	创建容器（但不启动）
`ctr tasks start <容器ID>`	启动已创建的容器
`ctr tasks stop <容器ID>`	停止运行中的容器
`ctr tasks kill <容器ID> <信号>`	向容器发送信号（如 `SIGTERM`）
`ctr tasks ls`	列出所有运行中的容器
`ctr containers ls`	列出所有容器（包括未运行的）
`ctr containers rm <容器ID>`	删除容器
`ctr exec --tty --exec-id <ID> <容器ID> <命令>`	在容器内执行命令（如：`ctr exec -t <ID> sh`）

3. 命名空间管理命令

命令格式	功能描述
`ctr namespaces create <命名空间>`	创建新的命名空间（默认命名空间为 `default`）
`ctr namespaces ls`	列出所有命名空间
`ctr namespaces rm <命名空间>`	删除命名空间
`ctr --namespace <命名空间> <命令>`	在指定命名空间执行命令（如：`ctr -n k8s.io images ls`）

4. 内容与存储命令

命令格式	功能描述
`ctr content ls`	列出所有存储的内容（blobs）
`ctr content retrieve <digest>`	获取指定内容的详细信息
`ctr snapshots ls`	列出所有快照
`ctr snapshots stats`	查看快照统计信息

5. 插件与配置命令

命令格式	功能描述
`ctr plugins ls`	列出所有已加载的插件
`ctr version`	查看 containerd 版本信息
`ctr config default`	生成默认配置文件（可重定向到 `config.toml`）

6，挂载镜像命令

命令格式	功能描述
`ctr runtime list`	列出可用的运行时（如 `runc`、`kata-runtime`）
`ctr images mount <镜像> <挂载点>`	将镜像挂载到本地文件系统
`ctr images unmount <挂载点>`	卸载已挂载的镜像