17.6 containerd - 核心容器运行时

17.6 containerd - 核心容器运行时

版本说明：containerd 和 nerdctl 保持活跃的发布周期。建议查阅 containerd 官方文档 和 nerdctl GitHub Releases 获取最新版本信息。

本节介绍 containerd，它是现代容器技术栈中最为核心的基础组件之一。了解 containerd 有助于更深入地理解 Docker 和 Kubernetes 的底层运行机制。

17.6.1 containerd 简介

containerd 是一个行业标准的容器运行时，它最初是由 Docker 引擎中剥离出来的一个核心组件，后来 Docker 将其捐赠给了云原生计算基金会（CNCF），目前已经是一个 CNCF 毕业（Graduated）项目。

它的主要职责是管理单个宿主机上完整的容器生命周期，包括：

• 镜像的传输和存储
• 容器执行和管理
• 存储和网络接口的管理

简单来说，当你在使用 Docker 或者 Kubernetes 时，真正去底层调用操作系统接口（如 Linux 的 Namespace 和 Cgroups）来启动和管理容器进程的，往往是 containerd（及它所调用的 runc 组件）。

17.6.2 与 Docker 和 Kubernetes 的关系

版本说明：本章节涉及 containerd、Docker 和 Kubernetes 的多个版本。建议查阅官方文档了解最新的兼容性信息。

理解 containerd，首先要理清它与用户日常操作的 Docker 以及 Kubernetes 的关系。

Docker 的架构

在早期，Docker 引擎是一个包含了所有功能的单体架构。随着技术的发展和标准化要求，Docker 将底层关于容器运行时的部分解耦出来，形成了 containerd 和 runc。

当你执行一个 docker run 命令时，调用链路大致如下：

1. Docker Client 发送请求给 Docker Daemon（dockerd）。
2. dockerd 将请求转发给 containerd。
3. containerd 准备好镜像和容器的必要环境，然后调用 runc。
4. runc 负责按照 OCI（Open Container Initiative）标准，拉起并运行真正的容器进程。

因此，Docker 现在实际上是构建在 containerd 之上的一个包含更多开发者友好特性（如构建镜像、Compose 管理等）的增强平台。

Kubernetes 与 CRI

Kubernetes 作为一个容器编排系统，为了屏蔽底层不同容器运行时的实现差异，引入了 CRI（Container Runtime Interface）标准。

• 早期版本中，Kubernetes 默认使用 docker 作为运行时，通过一个名为 dockershim 的桥接组件对接 Docker，Docker 再对接 containerd。
• 随着 containerd 原生支持了 CRI 插件，Kubernetes 开始直接与 containerd 通信，去掉了 dockershim 和 dockerd 的中间层。这就是为什么从 Kubernetes 1.24+ 开始“弃用 Docker”引发了广泛关注，实际上 Kubernetes 只是弃用 dockershim，底层可以使用 containerd、CRI-O 等符合 CRI 的运行时。参见 Kubernetes 官方文档。
• containerd 2.0+ 移除了已弃用的 CRI v1alpha2 接口，仅保留 CRI v1（Kubernetes 1.26+ 仅支持 CRI v1）。如果集群中仍有依赖 CRI v1alpha2 的组件，升级 containerd 2.x 前需先完成迁移。containerd 2.x 系列中 2.0 和 2.3 均为 LTS 版本，其中 2.3 支持从 1.7 LTS 直接升级，生产环境推荐使用。详见 containerd 发布说明。

17.6.3 为什么直接使用 containerd？

对普通应用开发者来说，Docker 依然是本地开发和测试的首选。但对于构建云平台、自动化流水线或深度管理 Kubernetes 集群的系统工程师来说，直接使用 containerd 可以带来：

• 更高的性能与更少的开销：去掉了 Docker Daemon 等附加组件的资源占用，链路更短。
• 更强的稳定性：作为专注于运行时的底层组件，它的核心功能极为稳定且更新受控。
• 直接符合 Kubernetes CRI 标准：在生产级 Kubernetes 集群中作为标准配置。

17.6.4 基础用法与工具介绍

不同于 docker 命令行工具，containerd 提供了不同的客户端来满足不同的使用场景：

• ctr：containerd 自带的调试用客户端。它功能比较基础，主要用于开发者在开发 containerd 时进行快速调试，一般不作为最终用户的日常管理工具。
• crictl：Kubernetes 提供的 CRI 命令行工具。它用于排查 Kubernetes 节点上的容器和沙箱（Pod）问题。
• nerdctl：这是一个由 containerd 项目维护者开发的，完全兼容 Docker CLI 体验的 containerd 命令行客户端。对于习惯了 docker run/ps/build 命令的用户来说，nerdctl 可以作为直接操作 containerd 的理想替代品，并且它还支持直接构建镜像（依赖 BuildKit）。

nerdctl 使用示例

安装完 containerd 和 nerdctl 后，你可以体验到几乎与 Docker 完全一致的命令行：

$ nerdctl run -d -p 8080:80 --name my-nginx nginx:alpine

# 查看运行中的容器
$ nerdctl ps

# 查看本地镜像
$ nerdctl images

对于那些希望在生产服务器上剥离 Docker 庞大体积，但又想要保留类似 Docker 方便的命令行体验的用户，containerd + nerdctl 是一个极佳的组合。