别再对着容器发呆了：手把手带你拆解 Docker 源码，从 runc 到 shim 的底层真相

很多朋友学 Docker 停留在“会用 docker run -it xxx”的层面，一旦容器启动报错、运行时卡死，或者想二次开发，就瞬间抓瞎。市面上讲原理的文章不少，但大多浮于表面，画两张架构图就完事。今天这篇，站长不打算给你讲那些虚的，直接用源码路径带你走一遍 Docker 从 CLI 敲下命令到容器真正跑起来的完整链路，把 containerd、runc、shim 这“三驾马车”的源码逻辑掰开揉碎。

一、痛点：为什么你搞不懂 Docker？

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最大的问题在于，你看到的 docker 命令其实是一个“壳中壳”。现代 Docker 引擎（v20.x+）的架构早已拆分为 docker-cli -> dockerd -> containerd -> containerd-shim -> runc 五个层级。如果你把源码全下载下来，面对几十个仓库，根本无从下手。

所以，本文的核心思路是：抓主线，看关键函数调用链。我们不逐行读代码，而是跟着一条命令的生命周期走，搞清楚每一层到底做了什么，以及它们之间如何通信。

二、环境准备：源码别瞎下，先准备好“手术台”

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要分析源码，建议准备一台 Linux 服务器（Ubuntu 22.04 或 CentOS 7.9 均可），配置不用太高，4C8G 足够。重点是要有稳定的网络，因为需要拉取大量依赖。如果你还在用 Windows 本地跑虚拟机看源码，体验会大打折扣。

这里也提醒一下，做源码分析时经常要编译、重装系统组件，千万别用自己的生产环境或重要数据盘去折腾。站长建议，如果你手头没有闲置的物理机，最好去搞一台靠谱的云服务器，哪怕是按量付费的抢占式实例，用完就释放，也不心疼。选择云厂商时，务必关注内核版本和网络性能，这对后续编译 runc 影响很大。

1. 拉取核心仓库

我们需要关注三个仓库。注意，不要克隆 docker-ce 那个巨型聚合仓库，直接分拆拉取更清晰：

# 1. 客户端与服务端（含 docker daemon 逻辑）
git clone https://github.com/docker/docker.git
# 2. 容器运行时管理（负责镜像管理、生命周期）
git clone https://github.com/containerd/containerd.git
# 3. 底层容器运行时（真正干活的）
git clone https://github.com/opencontainers/runc.git

如果你只想看核心调用逻辑，docker 仓库里的 daemon/ 目录是重点；而 runc 仓库代码量最少，建议从它入手，最容易建立信心。

三、实操拆解：一条命令的“西天取经”路

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我们以最常见的 docker run -it --name test alpine sh 为例，看看这条命令在源码层是如何被“大卸八块”的。

步骤 1：CLI 层的“传话筒”（docker/client）

入口在 docker 仓库的 cmd/docker/docker.go。这里没什么高深逻辑，无非是使用 Cobra 库解析命令行参数。但你要注意一个细节：CLI 并不是直接通过 gRPC 调用 dockerd 的，而是通过 HTTP API。

关键函数在 cli/command/container/run.go 中，它会调用 client.ContainerCreate()。此时，参数被封装成一个 container.Config 结构体，通过 POST 请求发送给 dockerd 监听的 /v1.41/containers/create 接口。

// 伪代码示意，非真实源码，仅展示调用链
func runContainer(cli *client.Client, config *container.Config) error {
    // 1. 解析镜像名
    // 2. 组装配置
    resp, err := cli.ContainerCreate(ctx, config, hostConfig, nil, nil, name)
    // 3. 拿到容器ID后，发起启动请求
    return cli.ContainerStart(ctx, resp.ID, types.ContainerStartOptions{})
}

步骤 2：dockerd 的“包工头”逻辑（daemon/）

请求到达 dockerd 后，真正的处理逻辑在 daemon/container_operations.go 和 daemon/start.go。这里有两个关键动作：

• 创建容器：调用 daemon.newContainer()，这只是在内存中初始化了一个 container.Container 对象，并写入到本地磁盘的 /var/lib/docker/containers/<id>/config.v2.json 中。
• 启动容器：这里有个分水岭。dockerd 自己并不直接调用 runc，而是作为 containerd 的客户端。在 daemon/start.go 中，会调用 daemon.containerd.Start() 方法。

请注意，dockerd 与 containerd 的通信是通过 gRPC 完成的，接口定义在 containerd 仓库的 api/services/tasks/v1/tasks.proto 中。当你看到 tasks.StartTask() 这个 RPC 方法时，就意味着请求已经交给了 containerd。

步骤 3：containerd 的“管家”逻辑（核心重点）

这是全篇最核心的部分。containerd 的入口在 services/tasks/service.go。它收到 StartTask 请求后，会做以下几件事：

• 加载镜像快照：通过 mount 包将镜像层挂载成 rootfs。
• 构造 OCI Spec：将你 docker run 时的参数（环境变量、Entrypoint、Mounts）通过 oci.SpecOpts 转换成符合 OCI 标准的 specs.Spec 结构体。这个结构体是 JSON 格式，会被保存到 /run/containerd/containerd.sock 对应的临时目录下。
• 拉起 shim 进程：containerd 不会直接去 fork 容器进程，而是先启动一个 containerd-shim 进程。

源码位置在 runtime/v2/shim.go。这里有一个非常重要的设计：shim 是独立于 containerd 的进程。它存在的意义是为了让 containerd 崩溃或升级时，容器进程不受影响。

// containerd 调用 shim 的核心逻辑简化
func (s *service) Start(ctx context.Context, req *api.StartTaskRequest) (*api.StartTaskResponse, error) {
    // 1. 准备 bundle 目录，包含 config.json
    bundle := s.getBundlePath(req.ContainerID)
    // 2. 启动 shim
    shim, err := s.client.NewShim(ctx, bundle, opts)
    // 3. 通过 shim 调用 runc
    task, err := shim.Create(ctx, &task.CreateTaskRequest{...})
    return &api.StartTaskResponse{Task: task}, nil
}

步骤 4：shim 与 runc 的“最后一公里”

shim 进程（二进制名通常为 containerd-shim-runc-v2）在源码中对应 runtime/v2/runc/v2/service.go。它接收到 create 请求后，会调用 runc 的二进制文件。

注意，这里不是函数调用，而是进程级调用。shim 通过 exec.Command("runc", "create", ...) 来执行。

runc 的源码入口在 main.go，它解析子命令（create/start/run）。runc create 会读取当前目录下的 config.json，然后调用 libcontainer 包中的 factory.Create() 方法。

// runc 源码核心：libcontainer/container_linux.go
func (c *linuxContainer) start() error {
    // 1. 创建 init 进程
    parent, err := c.newParentProcess()
    // 2. 这里是关键！通过管道传递状态
    if err := parent.start(); err != nil {
        return err
    }
    // 3. 等待 init 进程发送就绪信号
    return c.state.transition(&createdState{c: c})
}

在 newParentProcess() 中，runc 会 fork 出一个子进程，并执行 nsenter 相关的系统调用（setns、pivot_root），最终通过 execve 系统调用替换成你指定的 /bin/sh 进程。至此，容器真正跑起来了。

四、避坑清单：源码阅读与调试的“鬼打墙”

站长在啃这些代码时，踩过不少坑，列出来给你提个醒：

坑点	现象	解决方案
版本不匹配	containerd 调用 runc 报 unknown version	dockerd、containerd、runc 三者版本必须兼容，查看 vendor.conf 文件锁定版本。
调试断点打错地方	在 dockerd 中打断点，发现根本不会触发	因为启动容器的最终执行在 shim 进程里，需要 attach 到 shim 的进程 ID 上调试。
CGO 依赖问题	编译 runc 时报 seccomp 相关错误	安装 libseccomp-dev，并使用 BUILDTAGS="seccomp" 重新编译。
只看代码不看日志	源码逻辑看懂了，但实际运行行为对不上	打开 debug 模式：dockerd --debug，观察 containerd 的 task.log。

实操调试小技巧

如果你想看 runc 到底生成了什么配置，可以在启动容器时临时把 shim 的日志级别调高：

# 手动执行 runc，查看详细日志
mkdir -p /tmp/bundle && cd /tmp/bundle
# 生成默认 spec
runc spec
# 编辑 config.json 修改 process.args 为你的命令
vim config.json
# 直接前台运行
runc run mycontainer

这样你能看到 runc 视角下的完整错误信息，比在 docker 层面看要清晰得多。

五、总结：从“使用者”到“明白人”的跨越

回顾一下，一条 docker run 命令经历了：HTTP 调用（CLI->dockerd）-> gRPC 调用（dockerd->containerd）-> 本地进程间通信（containerd->shim）-> 系统调用（shim->runc->内核）。

源码分析不是目的，而是手段。当你理解了 shim 的隔离作用，就能明白为什么生产环境升级 Docker 可以不重启容器；当你读懂了 runc 的 namespaces 初始化逻辑，就能解释为什么容器内看到的内存是宿主机总内存。

最后，站长想说，阅读源码很枯燥，建议你边读边画图，并且务必准备一台可以随时重置的服务器来验证你的猜想。毕竟，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。希望这篇拆解能帮你捅破那层窗户纸，在容器技术的路上走得更远。

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