namespaces

BEZEICHNUNG

namespaces - Überblick über Linux-Namensräume

Ein Namensraum hüllt eine globale Systemressource in eine Abstraktion ein, so dass es den Prozessen innerhalb des Namensraums so erscheint, als ob sie ihre eigene, isolierte Instanz der globalen Ressource hätten. Änderungen an der globalen Ressource sind für andere Prozesse, die Mitglied des Namensraums sind, sichtbar, sind aber für alle anderen Prozesse unsichtbar. Ein Anwendungsfall für Namensräume ist die Implementierung von Containern.

Diese Seite stellt Verweise auf Informationen über die verschiedenen Namensraumtypen bereit, beschreibt die zugehörigen Dateien in /proc und fasst das API zum Arbeiten mit Namensräumen zusammen.

Namensraumtypen

Die nachfolgende Tabelle zeigt die unter Linux verfügbaren Namensraumtypen. Die zweite Spalte der Tabelle zeigt den Schalterwert, der zur Angabe des Namensraumtyps in verschiedenen APIs verwandt wird. Die dritte Spalte identifiziert die Handbuchseite, die Details über den Namensraumtyp bereitstellt. Die letzte Spalte ist eine Zusammenfassung der Ressourcen, die durch den Namensraumtyp isoliert werden.

Namensraum	Schalter	Seite	isoliert
Cgroup	CLONE_NEWCGROUP	cgroup_namespaces(7)	Cgroup-Wurzelverzeichnis
IPC	CLONE_NEWIPC	ipc_namespaces(7)	System V IPC, POSIX-Nachrichtenwarteschlangen
Netzwerk	CLONE_NEWNET	network_namespaces(7)	Netzwerkgeräte, Stacks, Ports, usw.
Einhängungen	CLONE_NEWNS	mount_namespaces(7)	Einhängepunkte
PID	CLONE_NEWPID	pid_namespaces(7)	Prozesskennungen
Zeit	CLONE_NEWTIME	time_namespaces(7)	Startzeit und monotone Uhren
User	CLONE_NEWUSER	user_namespaces(7)	Benutzer- und Gruppenkennungen
UTS	CLONE_NEWUTS	uts_namespaces(7)	Rechnername und NIS- Domain-Name

Das Namensraum-API

Neben verschiedenen, nachfolgend beschriebenen Dateien in /proc enthält das Namensraum-API die folgenden Systemaufrufe:

clone(2): Der Systemaufruf clone(2) erstellt einen neuen Prozess. Falls das Argument Schalter des Aufrufs einen oder mehrere der oben aufgeführten Schalter CLONE_NEW* enthält, dann werden für jeden der Schalter neue Namensräume erstellt und der Kindprozess wird zum Mitglied in jedem dieser Namensräume gemacht. (Dieser Systemaufruf implementiert auch eine Reihe von Funktionalitäten ohne Bezug zu Namensräumen.)

setns(2): Der Systemaufruf setns(2) erlaubt es dem aufrufenden Prozess, einem bestehenden Namensraum beizutreten. Der beizutretende Namensraum wird über einen Dateideskriptor festgelegt, der sich auf eine der nachfolgend beschriebenen Dateien in /proc/PID/ns bezieht.

unshare(2): Der Systemaufruf unshare(2) verschiebt den aufrufenden Prozess in einen neuen Namensraum. Falls das Argument Schalter des Aufrufs einen oder mehrere der oben aufgeführten Schalter CLONE_NEW* enthält, dann werden für jeden der Schalter neue Namensräume erstellt und der Kindprozess wird zum Mitglied in jedem dieser Namensräume gemacht. (Dieser Systemaufruf implementiert auch eine Reihe von Funktionalitäten ohne Bezug zu Namensräumen.)

ioctl(2): Verschiedene ioctl(2)-Aktionen können zum Ermitteln von Informationen über Namensräume verwandt werden. Diese Aktionen sind in ioctl_ns(2) beschrieben.

In den meisten Fällen benötigt die Erstellung neuer Namensräume mittels clone(2) und unshare(2) die Capability CAP_SYS_ADMIN, da der Ersteller in den neuen Namensräumen die Macht hat, globale Ressourcen zu ändern, die für andere Prozessen sichtbar sind, die nachfolgend in dem Namensraum erstellt werden oder diesem beitreten. Benutzernamensräume sind eine Ausnahme: seit Linux 3.8 werden keine Privilegien zur Erstellung eines Benutzernamensraums benötigt.

Das Verzeichnis /proc/[PID]/ns/

Jeder Prozess verfügt über ein Unterverzeichnis /proc/PID/ns/, das einen Eintrag für jeden Namensraum enthält, der die Manipulation mittels setns(2) erlaubt:

$  ls -l /proc/$$/ns | awk '{print $1, $9, $10, $11}'
insgesamt 0
lrwxrwxrwx. cgroup -> cgroup:[4026531835]
lrwxrwxrwx. ipc -> ipc:[4026531839]
lrwxrwxrwx. mnt -> mnt:[4026531840]
lrwxrwxrwx. net -> net:[4026531969]
lrwxrwxrwx. pid -> pid:[4026531836]
lrwxrwxrwx. pid_for_children -> pid:[4026531834]
lrwxrwxrwx. time -> time:[4026531834]
lrwxrwxrwx. time_for_children -> time:[4026531834]
lrwxrwxrwx. user -> user:[4026531837]
lrwxrwxrwx. uts -> uts:[4026531838]

Durch Bind-Einhängungen (siehe mount(2)) einer der Dateien in diesem Verzeichnis an einen anderen Platz im Dateisystem wird der entsprechende Namensraum des durch PID festgelegten Prozesses am Leben erhalten, selbst wenn alle derzeit im Namensraum befindlichen Prozesse beendet werden.

Öffnen einer der Dateien in diesem Verzeichnis (oder einer Datei, die auf eine dieser Dateien bind-eingehängt ist) liefert einen Datei-Handle auf den Namensraum zurück, der dem durch PID festgelegten Prozess entspricht. Solange dieser Dateideskriptor offen bleibt, wird der Namensraum am Leben bleiben, selbst falls alle Prozesse in diesem Namensraum beendet werden. Der Dateideskriptor kann an setns(2) weitergegeben werden.

Unter Linux 3.7 und älter waren diese Dateien als harte Links sichtbar. Seit Linux 3.8 erscheinen sie als symbolische Links. Falls zwei Prozesse im gleichen Namensraum sind, dann werden die Gerätekennungen und Inode-Nummern ihrer symbolischen Links /proc/PID/ns/xxx identisch sein; die Anwendung kann dies mittels der von stat(2) zurückgelieferten Felder stat.st_dev und stat.st_ino überprüfen. Der Inhalt dieses symbolischen Links ist eine Zeichenkette, die den Namensraumtyp und die Inode-Nummer wie im folgenden Beispiel enthält:

$  readlink /proc/$$/ns/uts
uts:[4026531838]

Die symbolischen Links in diesem Unterverzeichnis sind wie folgt:

/proc/PID/ns/cgroup (seit Linux 4.6): Diese Datei ist ein Handle für den Cgroup-Namensraum des Prozesses.

/proc/PID/ns/ipc (seit Linux 3.0): Diese Datei ist ein Handle für den IPC-Namensraum des Prozesses.

/proc/PID/ns/mnt (seit Linux 3.8): Diese Datei ist ein Handle für den Einhänge-Namensraum des Prozesses.

/proc/PID/ns/net (seit Linux 3.0): Diese Datei ist ein Handle für den Netzwerk-Namensraum des Prozesses.

/proc/PID/ns/pid (seit Linux 3.8): Diese Datei ist ein Handle für den PID-Namensraum des Prozesses. Dieses Handle ist für die Lebenszeit des Prozesses dauerhaft (d.h. die PID-Namensraumzugehörigkeit eines Prozesses ändert sich niemals).

/proc/PID/ns/pid_for_children (seit Linux 4.12): Diese Datei ist ein Handle für den PID-Namensraum des durch diesen Prozess erstellten Kind-Prozesses. Dieser kann sich als Konsequenz aus Aufrufen von unshare(2) und setns(2) ändern (siehe pid_namespaces(7)), daher kann sich die Datei von /proc/PID/ns/pid unterscheiden. Der symbolische Link wird erst nach der Erstellung des ersten Kindprozesses in den Namensraum wertvoll. (Vorher wird ein readlink(2) von dem symbolischen Link einen leeren Puffer zurückgeben.)

/proc/PID/ns/time (seit Linux 5.6): Diese Datei ist ein Handle für den Zeit-Namensraum des Prozesses.

/proc/PID/ns/time_for_children (seit Linux 5.6): Diese Datei ist ein Handle für den Zeit-Namensraum des durch diesen Prozess erstellten Kind-Prozesses. Dieser kann sich als Konsequenz aus Aufrufen von unshare(2) und setns(2) ändern (siehe time_namespaces(7)), daher kann sich die Datei von /proc/PID/ns/time unterscheiden.

/proc/PID/ns/user (seit Linux 3.8): Diese Datei ist ein Handle für den Benutzer-Namensraum des Prozesses.

/proc/PID/ns/uts (seit Linux 3.0): Diese Datei ist ein Handle für den UTS-Namensraum des Prozesses.

Die Berechtigungen, diese symbolischen Links zu dereferenzieren oder zu lesen ( readlink(2)) werden durch eine Ptrace-Zugriffsmodusüberprüfung PTRACE_MODE_READ_FSCREDS gesteuert; siehe ptrace(2).

Das Verzeichnis /proc/sys/user

Die Dateien im Verzeichnis /proc/sys/user (das seit Linux 4.9 vorhanden ist) legen die Begrenzungen für die Anzahl der Namensräume der verschiedenen Typen fest, die erstellt werden können. Die Dateien sind wie folgt:

max_cgroup_namespaces: Der Wert in dieser Datei definiert eine benutzerbezogene Begrenzung für die Anzahl der Cgroup-Namensräume, die in dem Benutzernamensraum erstellt werden können.

max_ipc_namespaces: Der Wert in dieser Datei definiert eine benutzerbezogene Begrenzung für die Anzahl der IPC-Namensräume, die in dem Benutzernamensraum erstellt werden können.

max_mnt_namespaces: Der Wert in dieser Datei definiert eine benutzerbezogene Begrenzung für die Anzahl der Einhänge-Namensräume, die in dem Benutzernamensraum erstellt werden können.

max_net_namespaces: Der Wert in dieser Datei definiert eine benutzerbezogene Begrenzung für die Anzahl der Netzwerk-Namensräume, die in dem Benutzernamensraum erstellt werden können.

max_pid_namespaces: Der Wert in dieser Datei definiert eine benutzerbezogene Begrenzung für die Anzahl der PID-Namensräume, die in dem Benutzernamensraum erstellt werden können.

max_time_namespaces (seit Linux 5.7): Der Wert in dieser Datei definiert eine benutzerbezogene Begrenzung für die Anzahl der Zeit-Namensräume, die in dem Benutzernamensraum erstellt werden können.

max_user_namespaces: Der Wert in dieser Datei definiert eine benutzerbezogene Begrenzung für die Anzahl der Benutzer-Namensräume, die in dem Benutzernamensraum erstellt werden können.

max_uts_namespaces: Der Wert in dieser Datei definiert eine benutzerbezogene Begrenzung für die Anzahl der UTS-Namensräume, die in dem Benutzernamensraum erstellt werden können.

Beachten Sie die folgenden Details über diese Dateien:

•: Die Werte in diesen Dateien können von privilegierten Prozessen verändert werden.

•: Die in diesen Dateien offengelegten Werte sind die Begrenzungen für die Benuzernamensräume, in denen sich der öffnende Prozess befindet.

•: Die Begrenzungen gelten pro Benutzer. Jeder Benutzer in dem gleichen Benutzernamensraum kann Namensräume bis zu der definierten Begrenzung erstellen.

•: Die Begrenzungen gelten für alle Benutzer, einschließlich UID 0.

•: Diese Begrenzungen gelten zusätzlich zu anderen, auf Namensräume bezogenen Begrenzungen (wie diese für PID- und Benutzernamensräume), die durchgesetzt werden könnten.

•: Beim Erreichen dieser Beschränkungen werden clone(2) und unshare(2) mit dem Fehler ENOSPC fehlschlagen.

•: Für den anfänglichen Benutzernamensraum ist der Vorgabewert für jede dieser Dateien die Hälfte der Begrenzungen für die Anzahl der Threads, die erstellt werden dürfen ( /proc/sys/kernel/threads-max). In allen abgeleiteten Benutzernamensräumen ist der Vorgabewert in jeder Datei MAXINT.

•: Wenn ein Namensraum erstellt wird, wird das Objekt auch gegen die Vorgängernamensräume verrechnet. Genauer:

•: Jeder Benutzernamensraum hat eine Ersteller-UID.

•: Wenn ein Namensraum erstellt wird, wird er gegen die Ersteller-UIDs in jedem der Vorgängernamensräume verrechnet und der Kernel stellt sicher, dass die entsprechende Namensraumbegrenzung für die Ersteller-UID in den Vorgängernamensräumen nicht überschritten wird.

•: Der vorgehend erwähnte Punkt stellt sicher, dass das Erzeugen eines neuen Benutzernamensraums nicht als Mittel verwandt werden kann, um den im aktuellen Benutzernamensraum in Kraft gesetzten Beschränkungen zu entfliehen.

Namensraum-Lebensdauer

Falls keine weiteren Faktoren vorliegen, wird ein Namensraum automatisch entsorgt, wenn der letzte Prozess in dem Namensraum beendet wird oder den Namensraum verlässt. Allerdings gibt es eine Reihe von weiteren Faktoren, die einen Namensraum in der Existenz halten können, obwohl er keine Mitgliedprozesse hat. Zu diesen Faktoren gehören die folgenden:

•: Ein offener Dateideskriptor oder eine Bind-Einhängung für die entsprechende Datei /proc/PID/ns/*.

•: Der Namensraum ist hierarchisch (d.h. ein PID- oder Benutzernamensraum) und hat einen Kindnamensraum.

•: Es ist ein Benutzernamensraum, der einen oder mehrere nicht-Benutzer-Namensräume besitzt.

•: Es ist ein PID-Namensraum und es gibt einen Prozess, der sich mittels eines symbolischen Links /proc/PID/ns/pid_for_children auf einen Namensraum bezieht.

•: Es ist ein Zeitnamensraum und es gibt einen Prozess, der sich mittels eines symbolischen Links /proc/PID/ns/time_for_children auf einen Namensraum bezieht.

•: Es ist ein IPC-Namensraum und eine entsprechende Einhängung eines mqueue-Dateisystems (siehe mq_overview(7)) bezieht sich auf diesen Namensraum.

•: Es ist ein PID-Namensraum und eine entsprechende Einhängung eines proc(5)-Dateisystems bezieht sich auf diesen Namensraum.

BEISPIELE

Siehe clone(2) und user_namespaces(7).

SIEHE AUCH

nsenter(1), readlink(1), unshare(1), clone(2), ioctl_ns(2), setns(2), unshare(2), proc(5), capabilities(7), cgroup_namespaces(7), cgroups(7), credentials(7), ipc_namespaces(7), network_namespaces(7), pid_namespaces(7), user_namespaces(7), uts_namespaces(7), lsns(8), switch_root(8)

ÜBERSETZUNG

Die deutsche Übersetzung dieser Handbuchseite wurde von Helge Kreutzmann <[email protected]> erstellt.

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5. Februar 2023

Linux man-pages 6.03