CoreOS那些事之Rkt容器尝鲜（上）

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从CoreOS发布Rocket应用容器项目到现在，已经过去半年时间了。为了增加辨识度，项目更名为了Rkt。在沉寂了许久后，最近又开始在社区里出现了一些新鲜的声音。

首先是4月7日的一条新闻，Google领头投资CoreOS公司1200万美元以共同合作发展旗下的Kubernetes组件。此次合作除了促成新的商业发行版Tectonic的诞生，也使得Rkt容器与Kubernetes的关系拉近了一步：Kubernetes将提供对Rkt的友好支持，而Rkt则将沿用Kubernetes的Pods等概念来规划容器。

随后的4月20日，VMWare发布了旗下的通过容器部署应用的开源操作系统发行版：Photon。这个项目比较闪亮的地方在于，除了最知名的Docker容器，Photon还支持另外两种容器标准：CloudFoundry旗下的Garden，以及我们即将介绍的AppC/Rkt。CoreOS也在多篇博客中暗示VMWare其实以已经是AppC规范社区的一员。

就在5月4日的CoreOS Fest大会上，Linux大鳄红帽公司（Red Hat）联合谷歌（Google）、VMware和Apcera共同宣布，将大力支持AppC社区的发展。红帽和谷歌甚至确认将派出工程师协助维护AppC项目。

一个还在Alpha阶段的项目获得如此高的关注，对于CoreOS公司确实是个好兆头。这个系列接下来的两篇里，将带大家走进Rkt容器和它所代表的AppC容器规范，且做抛砖引玉之用。

Rkt的前世今生

作为一个年轻的应用容器新秀，开源的Rkt并不是一个人在战斗，在它的背后支撑的是一支俨然有序的庞大社区力量。

诞生背景

Rkt项目最初的发起者是CoreOS公司。

CoreOS公司与其核心产品CoreOS操作系统是实至名归的最早一批Docker企业级用户，伴随着Docker从最初的0.1版本一直走到正式发布的1.0版本。起初两者相互促进，合作甚好。然而，随着Docker在容器界一家独大的趋势越来越明显，其周边的生态逐渐的从单纯的围绕构建容器化应用服务，发展成了自上而下的集群规范体系，甚至部分取代了操作系统的服务进程调度工作。这种臃肿而受Docker单方面控制的容器规范，是CoreOS系统所不待见的，他们想要一个更加开放而中立的容器标准。

2014年12月，CoreOS公布了自己的容器计划，并在几个月后结合社区中的容器实践，着手制定新的开放应用容器规范，Rkt则作为此规范中的一个具体实现而继续发展。

AppC标准应用容器规范

AppC的全称是“Application Container Specification（标准应用容器规范）”，这个规范的制定不是为了服务于特定的Linux系统环境，其初衷在于制定一组不依赖于具体平台、技术、操作系统和编程语言的容器虚拟化规范，解除已经初露端倪的企业容器产品互不兼容、各自封闭发展的危机，防止更多技术壁垒的产生。

正在制定中的AppC容器规范设计目标包括：

• 组件式工具：用于下载、部署和运行虚拟容器环境的操作工具应该相互独立、互不依赖且可被替换。
• 镜像安全性：镜像在因特网下载传输时应当使用加密协议，容器工具应当内置验证机制，以拒绝不安全来源的镜像。
• 操作去中心化：镜像分发应该支持可扩展的传输协议，未来允许引入P2P，甚至BitTorrent协议来提升镜像分发效率，且容器使用前不应需要登录特定的镜像仓库。
• 开放性标准：容器镜像的格式与元数据定义应该由社区设立统一协商制定，使得符合这一规范的不同容器产品能够共享镜像文件。

为了确保规范的开放并兼顾多方利益，CoreOS作为规范的倡导者、参与者和实施者，但并不会成为其唯一的制定者。

目前已经在遵循AppC的开源应用容器除了Rkt，还有FreeDBSD平台的容器Jet Pack和Linux平台通过C++实现的容器Nose Cone。更好的通用性，更小的入侵性，以及更高的开放性，正是由于这些AppC规范的独具匠心，使得它在Docker如日中天之时，恰逢其时的给业界带来一阵清风，引发许多技术玩家和企业的驻足和思考。

Rkt容器使用尝鲜

且不论AppC的未来发展究竟会如何，远水不解近渴，既然Rkt容器本身是开源免费的，何不自己动手尝试一番。

作为开放式容器标准的样板项目，Rkt自然不会只能用在CoreOS的自家系统里。与Docker相似，Rkt虽然也被预装在了CoreOS系统中，但其他的任何Linux发行版都可以安装并使用它。在接下来的部分里，我们将以比较常见的64位Ubuntu系统为例，演示Rkt的安装和使用方法。

在64位Ubuntu中安装Rkt

事实上，在任何Intel架构的64位Linux中，安装Rkt都简单到极致。这得益于Golang语言原生的静态编译方式，几乎所有编译过的Golang程序都可以下载即运行，而不需要安装额外依赖。

从GitHub网站可以直接下载到打包好的Rkt的二进制文件，目前最新的版本是v0.5.4。Rkt只提供了64位的编译版本，虽然通过自行编译源代码的方式也能够得到32位的可执行文件，但在32位系统上运行Rkt是不被官方推荐和支持的。

wget https://github.com/coreos/rkt/releases/download/v0.5.4/rkt-v0.5.4.tar.gz

下载后得到一个压缩文件。然后，恩，解压它。

tar xzvf rkt-v0.5.4.tar.gz

将解压后得到的文件统统放到系统的可执行目录里面，安装就算完成了。

sudo cp rkt-v0.5.4/* /usr/local/bin/

接下来，试在命令行下执行不带任何参数的rkt version命令，可以看到程序返回了Rkt工具和AppC标准的版本信息，说明Rkt已经正确的安装了。

$ rkt version
rkt version 0.5.4
appc version 0.5.1+git

Rkt工具的组成

工欲善其事，必先利其器。在前面安装Rkt时，我们还没来得及多看一眼，就直接将解压后的文件一股脑儿丢进了系统目录里。这种部署方式虽然方便，但也实在简单粗暴。现在安装完了，至少还是得回头瞅瞅这个目录里到底提供了哪些东西。

不过，这一瞅简直让人失望，偌大一个压缩包，里面就这么俩文件。

$ ls rkt-v0.5.4
rkt  stage1.aci

第一个文件刚刚已经试过了，它是Rkt容器的主程序，所有操作容器的命令都会通过这个命令作为入口。而第二个文件是个非常巧妙的设计。首先它的aci后缀已经表明了它的身份，是一个标准的AppC镜像。如果将这个镜像解包就会看到里面包含的是一套完整的systemd运行环境，其实它的作用，是为Rkt提供了可替换的容器虚拟化实现组件。

Rkt容器默认是采用基于systemd-nspawn命令的机制来处理与内核cgroup和namespace相关操作的，而这个部分正是提供整个容器虚拟化能力的核心环节。Rkt通过将这部分的功能分离到一个可以快速外挂和替换的容器中，从而支持扩展其他的虚拟化实现方式（官方的举例是比如novm或qemu-kvm），并能快速的在这些实现间切换使用。具体来说，只在运行容器时指定--stage1-image参数，设置成其他符合要求的虚拟化实现的镜像地址即可。

此外，AppC规范还提供了一套用于制作和转换“符合AppC容器标准的”镜像的工具，这部分内容将会在系列的下篇中进行详述。

权限与镜像签名

在目前阶段的Rkt还必须通过root用户来执行大多数的命令，不过未来也计划支持如Docker那样使用普通用户运行。在运行Rkt命令时如果出现“permission denied”的错误，请检查是否忘记了sudo。

使用Docker的用户，大多比较习惯在网上随便找到一个镜像地址，就直接pull下来使用。因此，即便Docker官方发现了一些恶意镜像的发布者，也无法有效的阻止这些镜像在网络的传播。

AppC规范中，特别强调了镜像的安全性。为此，在默认情况下，所有镜像在下载和运行前，都必须明确的添加镜像发布者的签名信任，以确保镜像的来源不会被伪造。下面的命令将从官方仓库中获取前缀为“coreos.com/etcd”的签名信息，并添加到本地信任列表中。

$ sudo rkt trust --prefix coreos.com/etcd
Prefix: "coreos.com/etcd"
Key: "https://coreos.com/dist/pubkeys/aci-pubkeys.gpg"
GPG key fingerprint is: 8B86 DE38 890D DB72 9186  7B02 5210 BD88 8818 2190
  CoreOS ACI Builder <release@coreos.com>
Are you sure you want to trust this key (yes/no)? yes <--输入"yes"回车
Trusting "https://coreos.com/dist/pubkeys/aci-pubkeys.gpg" for prefix "coreos.com/etcd".
Added key for prefix "coreos.com/etcd" at "/etc/rkt/trustedkeys/prefix.d/coreos.com/etcd/8b86de38890ddb7291867b025210bd8888182190"

在命令输出的最后一行，Rkt显示了签名在本地保存的位置。查看文件的内容就会发现，这个签名实际上是一个标准的GunPG签名公钥。GunPG是著名RSA非对称加密算法PGP的开源实现，关于PGP算法的介绍可以参考这篇百度百科。

$ cat /etc/rkt/trustedkeys/prefix.d/coreos.com/etcd/8b86de38890ddb7291867b025210bd8888182190
-----BEGIN PGP PUBLIC KEY BLOCK-----
Version: GnuPG v1
mQINBFTCnMQBEAC/49bGbStCpa3peej+/42mobfuGbTcdmcGGwYZmigP0Kl0TPZK
... 省略部分输出 ...
fMkBtaM3knaFonHZc19BD1FOishRThCCq2Ty8HUoN2Fk7w0l
=bYl7
-----END PGP PUBLIC KEY BLOCK-----

获取远程镜像

通过rkt fetch命令可以获取远程的镜像，和Docker的pull命令类似。下面这个命令会从CoreOS的GitHub仓库中下载预装了Etcd的示例容器。

$ sudo rkt fetch coreos.com/etcd:v2.0.9
rkt: searching for app image coreos.com/etcd:v2.0.9
rkt: fetching image from https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v2.0.9/etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci
Downloading signature from https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v2.0.9/etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci.asc
Downloading ACI: [=============================================] 3.79 MB/3.79 MB
rkt: signature verified:
  CoreOS ACI Builder <release@coreos.com>
sha512-91e98d7f1679a097c878203c9659f2a2

值得一提的是，如果用户在上一步中没有添加签名信任，则镜像在下载完成后会由于无法正确的验证来源，而被直接丢弃（不会进入Rkt的本地仓库）。并提示镜像没有签名，或镜像的签名没有被信任。

$ sudo rkt fetch coreos.com/etcd:v2.0.9
...
Downloading ACI: [=============================================] 3.79 MB/3.79 MB
openpgp: signature made by unknown entity

有的时候，用户确实希望下载或导入一个没有签名认证的镜像。可以明确的使用--insecure-skip-verify参数来告诉Rkt不要验证镜像的来源。

$ sudo rkt --insecure-skip-verify fetch coreos.com/etcd:v2.0.9
rkt: searching for app image coreos.com/etcd:v2.0.9
rkt: fetching image from https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v2.0.9/etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci
Downloading ACI: [=============================================] 3.79 MB/3.79 MB
sha512-91e98d7f1679a097c878203c9659f2a2

下载完成的镜像会被存储在本地的/var/lib/rkt/cas/blob/sha512/仓库目录中，具体的命名规则是将镜像SHA512哈希值的前两位作为目录名，并以完成的SHA512哈希值作为镜像的文件名。例如刚刚下载的Etcd镜像哈希值为：sha512-91e98d7f1679a097c878203c9659f2a2，它存储的路径如下：

$ tree /var/lib/rkt/cas/blob/sha512/
/var/lib/rkt/cas/blob/sha512/
└── 91
    └── sha512-91e98d7f1679a097c878203c9659f2a26ae394656b3147963324c61fa3832f15

目前Rkt还没有提供一个命令能够快速列出本地仓库里所有镜像名字的方法。这看起来是一个比较匪夷所思的缺失功能。

运行容器

运行Rkt容器的命令是rkt run，可以通过几种方式指定容器使用的镜像。

最常用，也是最方便的方法是使用标准的镜像的命名。比如例子中的coreos.com/etcd:v2.0.9名称：

$ sudo rkt run coreos.com/etcd:v2.0.9
rkt: searching for app image coreos.com/etcd:v2.0.9
rkt: fetching image from https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v2.0.9/etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci
...
Press ^] three times to kill container

也可以直接使用镜像的哈希值指定：

$ sudo rkt run sha512-91e98d7f1679a097c878203c9659f2a26ae394656b3147963324c61fa3832f15
...
Press ^] three times to kill container

或者直接指定镜像文件的完整地址，这个地址可以是本地文件，也可以是网络文件，比如这样：

$ sudo rkt run https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v2.0.9/etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci
rkt: fetching image from https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v2.0.9/etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci
...
Press ^] three times to kill container

使用时可以根据具体情况，哪种方便就用哪种。容器启动后就会自动运行镜像制作时指定的入口程序，连续按Ctrl+]组合键3次则会退出当前容器。

通过--help参数可以显示rkt run命令的可用选项。

$ sudo rkt run --help
Usage:
  -inherit-env=false: inherit all environment variables not set by apps
  -interactive=false: run pod interactively
  -local=false: use only local images (do not discover or download from remote URLs)
  -no-overlay=false: disable overlay filesystem
  -pod-manifest="": the path to the pod manifest. If it's non-empty, then only '--private-net', '--no-overlay' and '--interactive' will have effects
  -port=: ports to expose on the host (requires --private-net)
  -private-net=false: give pod a private network
  -set-env=: an environment variable to set for apps in the form name=value
  -signature=: local signature file to use in validating the preceding image
  -stage1-image="/usr/local/bin/stage1.aci": image to use as stage1. Local paths and http/https URLs are supported. If empty, rkt will look for a file called "stage1.aci" in the same directory as rkt itself
  -volume=: volumes to mount into the pod

比较常用的选项有：

• --volume外挂分区，类似于Docker的-v参数
• --port暴露容器中的端口，类似于Docker的-p参数
• --interactive启用交互模式，类似于Docker的-i加上-t参数的效果
• --set-env向容器里添加环境变量，类似于Docker的-e参数

对于经常在使用Docker的用户，有两点值得注意的Rkt与Docker运行镜像时不同的地方：

• 目前还没有与Docker的-d参数相当的运行选项，要后台运行镜像先将就用nohup和&吧。
• 在任意容器中连续按Ctrl+]组合键3次，都会结束当前容器，不论是否启用了交互模式。

导入本地镜像文件

Rkt导入本地镜像的命令和下载远程镜像是一样的，同样使用rkt fetch。需要留意的是，即便是导入本地镜像，Rkt仍然会强制验证签名（除非指定--insecure-skip-verify参数）。

$ wget https://github.com/coreos/etcd/releases/download/v2.0.9/etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci
...
aving to: ‘etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci’
100%[=================================>] 3,788,138   1.00MB/s   in 5.1s
‘etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci’ saved [3788138/3788138]
$ sudo rkt run etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci
error opening signature file: open /home/ubuntu/etcd-v2.0.9-linux-amd64.aci.asc: no such file or directory

默认的签名文件应该和镜像在同一目录下，并且文件名应为镜像名加后缀.asc。如果签名文件的位置或名字与此规范不符，则可以用--signature指定。例如：

sudo rkt run image.aci --signature sign.asc

下载Docker仓库的镜像

Rkt支持直接下载Docker镜像，并自动转换为AppC镜像。这一设计在Docker基础资源如此丰富的当下，真的是很贴心。操作起来也非常简单，只需要在Docker的标准镜像路径前面加上docker://前缀即可。

不过，颇具讽刺意味的是，由于Docker镜像本来是没有签名验证机制的，因此下载任何Docker镜像时，都必须使用--insecure-skip-verify参数。仿佛时刻在提醒用户：这个镜像可能是不安全的！

例如，下载Docker官方仓库的CentOS镜像：

$ sudo rkt --insecure-skip-verify fetch docker://centos
rkt: fetching image from docker://centos
Downloading layer: 6941bfcbbfca7f4f48becd38f2639157042b5cf9ab8c080f1d8b6d047380ecfc
Downloading layer: 41459f052977938b824dd011e1f2bec2cb4d133dfc7e1aa0e90f7c5d337ca9c4
Downloading layer: fd44297e2ddb050ec4fa9752b7a4e3a8439061991886e2091e7c1f007c906d75
sha512-94b712e21c2f88aebcbe67b7e97911c9

直接通过哈希值试运行容器，注意加上--interactive选项：

$ sudo rkt run --interactive sha512-94b712e21c2f88aebcbe67b7e97911c9ed3be062f976cefcebed8baab826ed32
[root@rkt-0ff47941-3934-4dcd-9b9d-3db558f62cd9 /]#

同样的，按三下Ctrl+]则会退出容器。

对于需要登录的Docker仓库，Rkt也提供了下载镜像的解决办法。首先需要在/etc/rkt/auth.d/目录下添加一个用户名命名的配置文件。

$ sudo cat /etc/rkt/auth.d/myuser.json 
{
    "rktKind": "dockerAuth",
    "rktVersion": "v1",
    "registries": ["quay.io"],
    "credentials": {
        "user": "myuser",
        "password": "sekr3tstuff"
    }
}

然后就可以执行fetch了。很方便有木有。

$ sudo rkt --insecure-skip-verify fetch docker://quay.io/myuser/privateapp
rkt: fetching image from docker://quay.io/myuser/privateapp
Downloading layer: cf2616975b4a3cba083ca99bc3f0bf25f5f528c3c52be1596b30f60b0b1c37ff
Downloading layer: 6ce2e90b0bc7224de3db1f0d646fe8e2c4dd37f1793928287f6074bc451a57ea
....

更多功能

通过rkt help命令可以查看到Rkt的更多操作和参数，其中的一些功能还在开发中，具体的进度可以查阅官方文档。

$ rkt help
...
COMMANDS:
    enter           Enter the namespaces of an app within a rkt pod
    fetch           Fetch image(s) and store them in the local cache
    gc          Garbage-collect rkt pods no longer in use
    help            Show a list of commands or help for one command
    install         Set up rkt data directories with correct permissions
    list            List pods
    metadata-service    Run metadata service
    prepare         Prepare to run image(s) in a pod in rkt
    run         Run image(s) in a pod in rkt
    run-prepared        Run a prepared application pod in rkt
    status          Check the status of a rkt pod
    trust           Trust a key for image verification
    version         Print the version and exit
GLOBAL OPTIONS:
    --debug=false           Print out more debug information to stderr
    --dir=/var/lib/rkt      rkt data directory
    --help=false            Print usage information and exit
    --insecure-skip-verify=false    skip image or key verification
    --local-config=/etc/rkt     local configuration directory
    --system-config=/usr/lib/rkt    system configuration directory

小结&下期预告

Rkt是CoreOS公司继Etcd后，为Linux社区输出的又一利器。值得指出的是，Rkt项目当前依然处于开发的Alpha时期，距离作为产品发布还有相当的差距。即便如此，其项目本身以及AppC规范在应用容器社区引发的讨论日渐强烈。

AppC规范与Docker的差异到底有多大？在这个系列的下一期中，我们将重点介绍AppC提供的一些标准工具，以及制作AppC容器的方法。并揭秘更多AppC容器与Docker的异同之处。感谢您的阅读。