Linux Containers

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LinuX Containers (LXC) はオペレーティングシステムレベルの仮想化手法であり、一つのコントロールホスト (LXC ホスト) で独立した Linux システム (コンテナ) を複数動作させることができます。仮想マシンではありませんが、CPU やメモリ、ブロック I/O、ネットワークなどが個別に用意された仮想環境として使えます。LXC は LXC ホストの Linux カーネルによる cgroups 機能によって賄われています。chroot に似ていますが、より強力な分離を実現します。

LXC の代わりとして systemd-nspawndockerrkt でもコンテナを使うことができます。

特権コンテナと非特権コンテナ

LXC は特権または非特権で動作するように設定することができます。

一般的に、非特権コンテナは特権コンテナよりも安全だとされています [1]。非特権コンテナでは分離の程度が原理上増すからです。非特権コンテナではコンテナの root の UID をホストの root 以外の UID にマッピングすることで、コンテナの中からホスト環境に影響を及ぼすことを難しくします。たとえ攻撃者がコンテナから脱獄しても、ホスト側では攻撃者に権限がありません。

現在 Arch のパッケージでは特権コンテナは最初からサポートしています。非特権コンテナはカーネル設定を行わないと利用できません。Arch の linux カーネルでは通常ユーザーでユーザー名前空間が無効になっているためです。この記事では特権・非特権両方のコンテナの情報を載せていますが、非特権を使うには設定が必要です。

非特権コンテナの例

UID マッピングの能力を説明するために、非特権コンテナで以下のコマンドを実行したときの出力を考えてみましょう。ps の出力でコンテナ化されたプロセスの所有者が同じくコンテナ化された root ユーザーとなっていることが確認できます:

[root@unprivileged_container /]# ps -ef | head -n 5
UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 17:49 ?        00:00:00 /sbin/init
root        14     1  0 17:49 ?        00:00:00 /usr/lib/systemd/systemd-journald
dbus        25     1  0 17:49 ?        00:00:00 /usr/bin/dbus-daemon --system --address=systemd: --nofork --nopidfile --systemd-activation
systemd+    26     1  0 17:49 ?        00:00:00 /usr/lib/systemd/systemd-networkd

ホスト側では、コンテナ化された root プロセスはマッピングされたユーザー (ID>100000) で動作します。ホストの root ユーザーではありません:

[root@host /]# lxc-info -Ssip --name sandbox
State:          RUNNING
PID:            26204
CPU use:        10.51 seconds
BlkIO use:      244.00 KiB
Memory use:     13.09 MiB
KMem use:       7.21 MiB
[root@host /]# ps -ef | grep 26204 | head -n 5
UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
100000   26204 26200  0 12:49 ?        00:00:00 /sbin/init
100000   26256 26204  0 12:49 ?        00:00:00 /usr/lib/systemd/systemd-journald
100081   26282 26204  0 12:49 ?        00:00:00 /usr/bin/dbus-daemon --system --address=systemd: --nofork --nopidfile --systemd-activation
100000   26284 26204  0 12:49 ?        00:00:00 /usr/lib/systemd/systemd-logind

セットアップ

必要なソフトウェア

lxcarch-install-scripts パッケージをインストールしてください。

非特権コンテナのサポートを有効化 (任意)

非特権コンテナを使いたい場合、設定を行う必要があります。

まず、カーネルがユーザー名前空間をサポートしていなければなりません。セキュリティへの懸念から、デフォルトの Arch カーネルではユーザー名前空間は root ユーザーでしか有効になりません。非特権コンテナを使うには CONFIG_USER_NS が有効になったカーネルを使う必要があります:

  • linux (v4.14.5 以上) または linux-hardened を使用する場合、非特権コンテナは root でのみ起動できます。
  • linux (v4.14.5 以上) または linux-hardened を使用して sysctlkernel.unprivileged_userns_clone 設定を有効にすると通常ユーザーで非特権コンテナを起動できます。sysctl kernel.unprivileged_userns_clone=1 で現在のセッションにおいてのみ有効にすることができ、sysctl.d(5) で永続的に設定することも可能です。
  • linux-usernsAUR[リンク切れ: パッケージが存在しません] または linux-lts-usernsAUR[リンク切れ: パッケージが存在しません] パッケージを使用する。どちらのパッケージも CONFIG_USER_NS が有効になっています。後者は長期サポート版です。
  • CONFIG_USER_NS を有効にして自分でカスタムカーネルをコンパイル・インストールする。カスタムカーネルのコンパイルについてはカーネル/コンパイル/Arch Build System を見てください。

次に、/etc/lxc/default.conf に以下の行を記述します:

lxc.idmap = u 0 100000 65536
lxc.idmap = g 0 100000 65536

最後に、/etc/subuid/etc/subgid を作成してコンテナを実行するユーザーのコンテナ化する uid/gid のペアを入力してください。以下は root ユーザーの場合の例です:

/etc/subuid
root:100000:65536
/etc/subgid
root:100000:65536

ホストネットワークの設定

LXC は様々なタイプの仮想化ネットワークをサポートしています [2]。仮想ネットワークではほとんどの場合、ホスト側にブリッジデバイスが必要になります。以下で示しているブリッジの作成例に限られることはありません。例証として見て下さい。他のプログラムを使って同じようにネットワークを構築することも可能です。以下では有線と無線の例を示していますが、他のセットアップも可能です。他の方法についてはネットワークブリッジの記事を参照してください。

有線ネットワークの例

以下の例では netctl を使用しています。netctl のブリッジのテンプレートは /etc/netctl/examples に存在します。ホストネットワークのハードウェアの仕様やホストネットワークの IP の範囲にあわせて編集するようにしてください。以下2つのブリッジの設定例を記載していますが、片方は dhcp を使っており、もう片方は固定 IP で設定しています。

/etc/netctl/lxcbridge
Description="LXC bridge"
Interface=br0
Connection=bridge
BindsToInterfaces=('eno1')
IP=dhcp
SkipForwardingDelay=yes
/etc/netctl/lxcbridge
Description="LXC bridge"
Interface=br0
Connection=bridge
BindsToInterfaces=('eno1')
IP=static
Address=192.168.0.2/24
Gateway='192.168.0.1'
DNS=('192.168.0.1')

ブリッジを開始する前に、ホスト側の既存のネットワークインターフェイスを無効化してブリッジで置き換えるようにしてください。無効化するサービスはどうやってネットワークを設定していたかによって変わってきます。基本的なネットワーク設定についてはネットワーク設定を見てください。

netctl を使ってアダプタを管理していた場合は、switch-to で切り替えて下さい:

# netctl switch-to lxcbridge
# netctl enable lxcbridge

次に進む前にホストからネットワークにちゃんと接続されているか確認してください。ping を実行することで確認できます:

$ ping -c 1 www.google.com

無線ネットワークの例

無線ネットワークを直接ブリッジすることはできません。他の方法を使う必要があります。最初に、先の例と同じようにブリッジを作成しますが、インターフェイスは何も定義しないようにしておきます (コンテナ自身の仮想インターフェイスは自動的に定義されます)。ブリッジに固定 IP アドレスを割り当てますがゲートウェイは割り当てないようにしてください。

iptables を使って NAT を行うようにホストを設定:

# iptables -t nat -A POSTROUTING -o wlp3s0 -j MASQUERADE

wlp3s0 は無線インターフェイスの名前に置き換えて下さい。パケット転送はデフォルトでは無効化されているので、カーネルパラメータを変更して有効にします:

# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

再起動するとパラメータがリセットされてしまうので /etc/sysctl.d に conf ファイルを追加するようにしてください (インターネット共有#パケット転送の有効化の警告を見て下さい)。

残りの作業はほとんど同じですが、コンテナ側では、ゲートウェイはホストの IP アドレスを設定するようにしてください (上記の例では、192.168.0.2 になります)。/var/lib/lxc/container_name/config で指定することができます (下のセクションを見て下さい)。

コンテナの作成

特権コンテナの場合、/usr/share/lxc/templates からコンテナ化するディストロに合わせてテンプレートを選択してください。Arch 以外のディストロをコンテナに入れたい場合、ディストロによってホストにパッケージを追加でインストールする必要があります:

lxc-create を実行してコンテナを作成します。デフォルトでは LXC の root ファイルシステムは /var/lib/lxc/CONTAINER_NAME/rootfs にインストールされます。例えば "playtime" という名前の Arch Linux LXC を作成:

# lxc-create -n playtime -t /usr/share/lxc/templates/lxc-archlinux

非特権コンテナを使いたい場合は -t download を使用してイメージを選択してください。例:

# lxc-create -n playtime -t download
ヒント:
  • haveged をインストールして haveged.service起動することで、セットアップ中にシステムエントロピーが作成されるまでシステムが停止するのを回避することができます。haveged を使用しない場合、GPG 鍵を作成するのにしばらく時間がかかるかもしれません。
  • Btrfs を使っている場合 -B btrfs を追加することでコンテナ化した rootfs を保存するための Btrfs サブボリュームを作成することができます。lxc-clone コマンドを使ってコンテナを複製するときに便利です。ZFS ユーザーは -B zfs が使えます。

コンテナの設定

以下の例は特権コンテナと非特権コンテナどちらでも同じように使えます非特権コンテナの場合、lxc.idmap = u 0 100000 65536 and the lxc.idmap = g 0 100000 65536 values optionally defined in the #非特権コンテナのサポートを有効化 (任意)セクションで定義した lxc.idmap = u 0 100000 65536lxc.idmap = g 0 100000 65536 などの値がデフォルトで存在するはずです。

ネットワークの基本設定

ノート: lxc-1:2.1.0-1 から、設定オプションの多くが変わりました。既存のコンテナはアップデートする必要があります。変更については v2.1 リリースノート を参照してください。

プロセスが /var/lib/lxc/CONTAINER_NAME/config に定義されたコンテナを使う場合、システムリソースは仮想化され分離されます。デフォルトでは、作成プロセスはネットワークサポートを省いた最小限のセットアップを作成します。以下はネットワークを設定する例です:

/var/lib/lxc/playtime/config
# Template used to create this container: /usr/share/lxc/templates/lxc-archlinux
# Parameters passed to the template:
# For additional config options, please look at lxc.container.conf(5)

## default values
lxc.rootfs.path = /var/lib/lxc/playtime/rootfs
lxc.uts.name = playtime
lxc.arch = x86_64
lxc.include = /usr/share/lxc/config/archlinux.common.conf

## network
lxc.net.0.type = veth
lxc.net.0.link = br0
lxc.net.0.flags = up
lxc.net.0.name = eth0
lxc.net.0.hwaddr = ee:ec:fa:e9:56:7d
# uncomment the next two lines if static IP addresses are needed
# leaving these commented will imply DHCP networking
#
#lxc.net.0.ipv4.address = 192.168.0.3/24
#lxc.net.0.ipv4.gateway = 192.168.0.1
ノート: lxc.network.hwaddr エントリは任意です。省略した場合、自動的にランダムな MAC アドレスが作成されます。コンテナの MAC アドレスを定義することで DHCP サーバーからコンテナの NIC に常に同じ IP を割り当てることが可能になります。

コンテナの中でマウント

特権コンテナの場合、ホストでディレクトリを選択してコンテナにバインドマウントすることができます。同一アーキテクチャをコンテナ化している場合にホストとコンテナで pacman のパッケージを共有するなどの使用方法が考えられます。また、共有ディレクトリとして使用することもできます。構文は以下の通りです:

lxc.mount.entry = /var/cache/pacman/pkg var/cache/pacman/pkg none bind 0 0
ノート: 非特権コンテナを使っている場合、ホスト側でファイルシステムのパーミッションを修正しないと上記の設定は機能しません。

Xorg プログラムの設定 (任意)

ホストのディスプレイでプログラムを動かしたい場合、コンテナ化されたプログラムがホストのリソースにアクセスできるようにバインドマウントを定義する必要があります。/var/lib/lxc/playtime/config に以下のセクションを追加してください:

## for xorg
lxc.mount.entry = /dev/dri dev/dri none bind,optional,create=dir
lxc.mount.entry = /dev/snd dev/snd none bind,optional,create=dir
lxc.mount.entry = /tmp/.X11-unix tmp/.X11-unix none bind,optional,create=dir,ro
lxc.mount.entry = /dev/video0 dev/video0 none bind,optional,create=file

LXC のゲスト側に permission denied エラーが表示される場合、ホスト側で xhost + を実行してゲストからホストのディスプレイサーバーに接続できるようにする必要があります。このようにディスプレイサーバーを開くことはセキュリティ上問題があるので注意してください。

ノート: 上記の設定は非特権コンテナでは機能しません。

OpenVPN の設定

コンテナで OpenVPN を実行したい場合は Linux Containers で OpenVPN クライアントLinux Containers で OpenVPN サーバーの記事を読んで下さい。

コンテナの管理

基本的な使用方法

インストール済みの LXC コンテナを確認するには:

# lxc-ls -f

Systemd で lxc@CONTAINER_NAME.service を使うことで LXC を起動したり停止することができます。lxc@CONTAINER_NAME.service有効化するとホストシステムの起動時に LXC が立ち上がるようになります。

systemd を使わずに LXC を起動・停止することも可能です。コンテナを起動:

# lxc-start -n CONTAINER_NAME

コンテナを停止:

# lxc-stop -n CONTAINER_NAME

コンテナにログインするには:

# lxc-console -n CONTAINER_NAME

ログイン時に pts/0 と lxc/tty1 が表示される場合:

# lxc-console -n CONTAINER_NAME -t 0

ログインしたら、他の linux システムと同じようにコンテナを扱って、root パスワードを設定し、ユーザーを作成、パッケージのインストールなどを行って下さい。

コンテナにアタッチ:

# lxc-attach -n CONTAINER_NAME --clear-env

lxc-console とほぼ同じですが、自動的にログインを通り越してコンテナの中の root プロンプトにアクセスします。 --clear-env フラグを指定しなかった場合、ホストは環境変数をコンテナに渡します ($PATH など、コンテナが他のディストリビューションの場合、一部のコマンドが機能しなくなる可能性があります)。

高度な使用方法

LXC の複製

同じコンテナを複数実行する必要があるときはスナップショットを使うことで管理を簡単にできます。最新状態にしておくベースコンテナをひとつだけセットアップして、それを必要に応じて複製 (スナップショットを作成) するという方法です。スナップショットは overlayfs を使用してデータの差異部分だけをディスクに書き込むためディスク容量を節約してオーバーヘッドをなくすことができます。ベースシステムは読み取り専用にしてスナップショットにのみ overlayfs で変更を加えられるようにします。

欠点としてスナップショットを作成しているときにベースの lxc を実行することはできません。

上に書いているようにコンテナをセットアップしたら "base" と名前を付けます。以下のコマンドで "base" コンテナのスナップショット ("snap1" と "snap2") を作成します:

# lxc-copy -n base -N snap1 -B overlayfs -s
# lxc-copy -n base -N snap2 -B overlayfs -s
ノート: ベースの lxc で固定 IP を使っている場合、"snap1" や "snap2" を起動する前にネットワーク設定を手動で変更する必要があります。

スナップショットは他のコンテナと同じように起動・停止できます。以下のコマンドでスナップショットを削除できます (ベースの lxc に変更は加えられません):

# lxc-destroy -n snap1 -f

pi-holeOpenVPN のスナップショットを管理する systemd ユニットとラッパースクリプトが lxc-snapshotsAUR パッケージでインストールできます。

特権コンテナを非特権コンテナに変換

非特権コンテナを使うようにシステムを設定したら (#非特権コンテナのサポートを有効化 (任意) を参照), nsexec-bzrAUR に含まれている uidmapshift という名前のユーティリティで既存の特権コンテナを非特権コンテナに変換できます。イメージの再ビルドは不要です。

警告:
  • ユーティリティを使用する前に既存のイメージをバックアップすることを推奨します。
  • ユーティリティは ACL の UID と GID をシフトしません。手動でシフトする必要があります。

以下のようにコマンドを実行することで変換できます:

# uidmapshift -b /var/lib/lxc/foo 0 100000 65536

利用可能なオプションは引数を付けずに uidmapshift を実行することで確認可能です。

Xorg プログラムの実行

対象のコンテナにアタッチまたは SSH でログインしてホストの X セッションの DISPLAY ID をプログラムを呼び出すときに指定します。ほとんどの場合、ディスプレイは常時 0 です。

ホストのディスプレイでコンテナから Firefox を起動する例:

$ DISPLAY=:0 firefox

もしくは、直接コンテナにアタッチしたり接続する代わりに、以下のコマンドを使って自動的にホストにディスプレイを設定することもできます:

# lxc-attach -n playtime --clear-env -- sudo -u YOURUSER env DISPLAY=:0 firefox

トラブルシューティング

root ログインが失敗する

lxc-console を使ってログインしようとすると以下のエラーが表示される場合:

login: root
Login incorrect

そしてコンテナの journalctl で以下のように表示される場合:

pam_securetty(login:auth): access denied: tty 'pts/0' is not secure !

コンテナのファイルシステムにある /etc/securetty のターミナル名のリストに pts/0 を追加してください。[3] を参照。コンテナの /etc/securetty を削除することで常時 root ログインを許可することもできます。[4] を参照。

もしくは、lxc-attach に新しいユーザーを作成してシステムにログインするときに使うようにして、それから root に切り替えて下さい。

# lxc-attach -n playtime
[root@playtime]# useradd -m -Gwheel newuser
[root@playtime]# passwd newuser
[root@playtime]# passwd root
[root@playtime]# exit
# lxc-console -n playtime
[newuser@playtime]$ su

コンテナ設定の veth でネットワークに接続できない

/etc/lxc/containername/config で設定した veth ネットワークインターフェイスで LAN や WAN に接続できないことがあります。仮想インターフェイスには IP が割り当てられてネットワークに接続できるようになっている場合:

ip addr show veth0 
inet 192.168.1.111/24

固定 IP の設定を全て無効化して、起動したコンテナ OS の中から普通の方法で IP を設定してみてください。

container/config の例:

...
lxc.net.0.type = veth
lxc.net.0.name = veth0
lxc.net.0.flags = up
lxc.net.0.link = bridge
...

コンテナの中から IP を割り当てる方法はネットワーク設定#IP アドレスの設定を参照。

Error: unknown command

ホスト環境とは異なる Linux ディストリビューションのコンテナ (例えば Arch Linux ホスト環境の Debian コンテナ) に接続して基本的なコマンド (ls, cat など) を入力する発生することがあるエラーです。接続時に --clear-env 引数を使ってください:

# lxc-attach -n container_name --clear-env

参照