dumb-init：一个Docker容器初始化系统

原创 docker

容器化环境中，往往直接运行应用程序，而缺少初始化系统（如systemd、sysvinit等）。这可能需要应用程序来处理系统信号，接管子进程，进而导致容器无法停止、产生僵尸进程等问题。dumb-init旨在模拟初始化系统功能，避免上述问题的发生。

容器化环境中，往往直接运行应用程序，而缺少初始化系统（如systemd、sysvinit等）。这可能需要应用程序来处理系统信号，接管子进程，进而导致容器无法停止、产生僵尸进程等问题。

Yelp开发的dumb-init，旨在模拟初始化系统功能，避免上述问题的发生。

问题的根源

对于开发人员来说，希望在容器中运行的进程和普通进程行为一致，这样才能大大降低容器化迁移的成本，而无须让开发人员关注容器初始化和退出的流程。

归功于Linux的名字空间（namespace），从容器中看，由容器创建的第一个进程pid为1。而对于Linux来说，pid为1的进程，有着特殊的使命：

1. 传递信号，确保子进程完全退出
2. 等待子进程退出

子进程的优雅退出

对于第一点，如果pid为1的进程，无法向其子进程传递信号，可能导致容器发送SIGTERM信号之后，父进程等待子进程退出。此时，如果父进程不能将信号传递到子进程，则整个容器就将无法正常退出，除非向父进程发送SIGKILL信号，使其强行退出。

考虑如下进程树：

• bash（PID 1）
  
  • app（PID2）

bash进程在接受到SIGTERM信号的时候，不会向app进程传递这个信号，这会导致app进程仍然不会退出。对于传统Linux系统（bash进程PID不为1），在bash进程退出之后，app进程的父进程会被init进程（PID为1）接管，成为其父进程。但是在容器环境中，这样的行为会使app进程失去父进程，因此bash进程不会退出。

举个例子：

docker run ubuntu /bin/bash -c '(sleep 1000 &) && sleep 2000'

该命令会启动的容器，内部进程结构为：

USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root         1  0.0  0.1  17960  2816 ?        Ss   13:05   0:00 /bin/bash -c (sleep 1000 &) && sleep 2000
root         7  0.0  0.0   4348   748 ?        S    13:05   0:00 sleep 1000
root         8  0.0  0.0   4348   644 ?        S    13:05   0:00 sleep 2000

此时，如果对这个容器发送SIGTERM信号，该容器将不会退出：

docker kill -s SIGTERM 8ef469d46b52

注意，直接使用docker kill命令，会向容器发送SIGKILL信号强制杀死进程。docker stop命令会先发送SIGTERM信号，等待超时时间之后，发送SIGKILL信号。因此，此时通过这两个命令都能够结束容器，但都不能“优雅的”结束进程。

僵尸子进程

另一个问题是等待子进程退出。前面提到过，init进程另一个任务，是需要接管子进程，确保其能正常退出。但是一般应用程序，不会考虑实现接管进程功能。当应用程序进程在容器中运行时，其子进程创建的子进程，就有可能成为僵尸进程。

这里来模拟这个过程，首先启动一个容器，执行sleep命令：

docker run ubuntu /bin/bash -c 'sleep 1000'

此时，容器中只有一个sleep进程，其PID为1。这时，我们进入这个容器，再启动一个bash进程和一个sleep进程，模拟应用程序派生出来的子进程。

首先进入容器，

docker exec -it 4ecdaafb501f /bin/bash

然后创建进程：

bash -c 'sleep 1000'

这时，容器中有一个PID为1的sleep进程，一个bash进程，一个父进程为bash进程的sleep进程。

root@4ecdaafb501f:/# ps -ef
UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 13:30 ?        00:00:00 sleep 1000
root         6     0  0 13:30 ?        00:00:00 /bin/bash
root        21     6  0 13:31 ?        00:00:00 sleep 1000

再新开一个回话进入容器，然后对PID为6的bash进程发送SIGKILL信号，将其杀死，该操作模拟应用程序的子进程结束场景。此时，bash进程的子进程sleep进程，由于失去了父进程，将会由PID为1的sleep进程进行托管。但是，由于sleep命令不是标准的init系统，没有实现子进程托管的功能。此时的PID为21的进程，虽然已经结束，但是其没有被父进程回收（通过waitpid系统调用），进入僵尸进程状态。

root@4ecdaafb501f:/# ps aux
USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root         1  0.0  0.0   4348   668 ?        Ss   13:30   0:00 sleep 1000
root        21  0.0  0.0      0     0 ?        Z    13:31   0:00 [sleep] <defunct>

dumb-init来了

dumb-init解决了上述两个问题：向子进程代理发送信号和接管子进程。

默认情况下，dumb-init会向子进程的进程组发送其收到的信号。原因也很简单，前面已经提到过，像bash这样的应用，自己接收到信号之后，不会向子进程发送信号。当然，dumb-init也可以通过设置环境变量DUMB_INIT_SETSID=0来控制只向它的直接子进程发送信号。

另外dumb-init也会接管失去父进程的进程，确保其能正常退出。

dumb-init使用

要在容器中使用dumb-init，可以直接安装deb包，或者从源码构建。容器启动时，使用dumb-init作为初始进程，确保所有子进程都由dumb-init进程创建：

docker run my_container dumb-init python -c 'while True: pass'

除了在容器中使用之外，dumb-init也可以直接在shell脚本中使用。使用dumb-init作为shell的父进程，可以解决shell创建的子进程优雅退出问题。这种场景使用方式类似于supervisord或者daemontools，直接将脚本的shebang改成#!/usr/bin/dumb-init /bin/sh即可。