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# 12.2 命名空间（Namespace）
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命名空间（Namespace）是 Linux 内核的一个强大特性，为容器提供了隔离的运行环境。
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## 12.2 什么是 Namespace
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> **Namespace 是 Linux 内核提供的资源隔离机制，它让容器内的进程仿佛运行在独立的操作系统中。** Namespace 是容器技术的核心基础之一。它回答了一个关键问题：**如何让一个进程 “以为” 自己独占整个系统？**
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```mermaid
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flowchart LR
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subgraph Host ["宿主机视角"]
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direction TB
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H1["PID 1: systemd"]
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H2["PID 2: sshd"]
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H3["PID 3: dockerd"]
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H4["PID 1234: nginx"]
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H5["PID 1235: nginx worker"]
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end
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subgraph Container ["容器内视角"]
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direction TB
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C1["PID 1: nginx<br/>← 容器认为自己是 PID 1"]
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C2["PID 2: nginx worker"]
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end
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H4 -. "（实际是宿主机的 1234）" .- C1
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```
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### 12.2.1 Namespace 的类型
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Linux 内核提供了以下几种 Namespace，Docker 容器使用了全部：
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| Namespace | 隔离内容 | 容器中的效果 |
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|-----------|---------|-------------|
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| **PID** | 进程 ID | 容器内 PID 从 1 开始，看不到其他容器和宿主机进程 |
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| **NET** | 网络栈 | 独立的网卡、IP 地址、端口、路由表 |
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| **MNT** | 挂载点 | 独立的文件系统视图，自己的根目录 |
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| **UTS** | 主机名 | 独立的主机名和域名 |
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| **IPC** | 进程间通信 | 独立的信号量、消息队列、共享内存 |
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| **USER** | 用户/组 ID | 容器内的 root 可以映射为宿主机的普通用户 |
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| **Cgroup** | Cgroup 根目录 | 隔离 cgroup 层级视图 (Linux 4.6+)|
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### 12.2.2 PID Namespace
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PID Namespace 负责进程 ID 的隔离，使得容器内的进程彼此不可见。
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#### PID 的作用
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隔离进程 ID，让每个容器有自己的进程编号空间。
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#### PID 隔离效果
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运行以下命令：
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```bash
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## 宿主机上查看进程
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$ ps aux | grep nginx
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root 12345 0.0 0.1 nginx: master process
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root 12346 0.0 0.1 nginx: worker process
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## 容器内查看进程
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$ docker exec mycontainer ps aux
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PID USER COMMAND
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1 root nginx: master process ← 在容器内是 PID 1
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2 root nginx: worker process
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```
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#### PID 关键点
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- 容器内的 PID 1 进程特殊重要——它是容器的主进程，退出则容器停止
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- 容器内无法看到宿主机或其他容器的进程
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- 宿主机可以看到所有容器内的进程 (但 PID 不同)
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### 12.2.3 NET Namespace
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NET Namespace 负责网络栈的隔离，包括网卡、路由表和 iptables 规则等。
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#### NET 的作用
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隔离网络栈，每个容器拥有独立的网络环境。
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#### NET 隔离效果
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如下代码块所示，展示了相关示例：
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```mermaid
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flowchart LR
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subgraph Host ["宿主机"]
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direction TB
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H1["eth0: 192.168.1.10<br/>端口 80 可用"]
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H2["docker0: 172.17.0.1"]
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end
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subgraph Container ["容器"]
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direction TB
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C1["eth0: 172.17.0.2<br/>端口 80 可用"]
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C2["(veth pair 连接)"]
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end
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H2 <--> C2
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```
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#### NET 关键点
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- 每个容器有独立的网卡、IP、路由表、iptables 规则
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- 多个容器可以监听相同端口 (如都监听 80)
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- Docker 使用 veth pair 连接容器网络和宿主机网桥
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### 12.2.4 MNT Namespace
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MNT Namespace 负责文件系统挂载点的隔离，确保容器看到独立的文件系统视图。
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#### MNT 的作用
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隔离文件系统挂载点，每个容器有自己的根目录。
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#### MNT 隔离效果
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如下代码块所示，展示了相关示例：
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```bash
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宿主机文件系统： 容器内看到的：
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/ / ← 容器的根目录
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├── bin/ ├── bin/
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├── home/ ├── home/
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├── var/ ├── var/
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│ └── lib/ │ └── lib/
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│ └── docker/ │
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│ └── overlay2/ │
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│ └── merged/ ────┼─── 这个目录成为容器的 /
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└── ... └── ...
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```
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#### 与 chroot 的区别
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相关信息如下表：
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| 特性 | chroot | MNT Namespace |
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|------|--------|---------------|
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| 安全性 | 可以逃逸 | 更安全 |
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| 挂载隔离 | 无 | 完全隔离 |
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| /proc/mounts | 共享 | 独立 |
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### 12.2.5 UTS Namespace
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UTS Namespace 主要用于隔离主机名和域名。
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#### UTS 的作用
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隔离主机名和域名，让每个容器可以有自己的主机名。
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#### UTS 隔离效果
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运行以下命令：
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```bash
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## 宿主机
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$ hostname
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my-server
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## 容器内
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$ docker run --hostname mycontainer ubuntu hostname
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mycontainer
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```
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UTS = “UNIX Time-sharing System”，是历史遗留的名称。
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### 12.2.6 IPC Namespace
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IPC Namespace 用于隔离进程间通信资源，如 System V IPC 和 POSIX 消息队列。
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#### IPC 的作用
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隔离 System V IPC 和 POSIX 消息队列。
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#### 隔离的资源
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- 信号量 (semaphores)
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- 消息队列 (message queues)
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- 共享内存 (shared memory)
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#### IPC 关键点
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- 同一容器内的进程可以通过 IPC 通信
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- 不同容器的进程无法通过 IPC 通信 (除非显式共享)
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### 12.2.7 USER Namespace
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USER Namespace 允许将容器内的用户 ID 映射到宿主机的不同用户 ID。
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#### USER 的作用
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隔离用户和组 ID，实现权限隔离。
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#### USER 隔离效果
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如下代码块所示，展示了相关示例：
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```mermaid
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flowchart LR
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subgraph Container ["容器内"]
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direction TB
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C1["UID 0 (root)"]
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C2["UID 1 (daemon)"]
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end
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subgraph Host ["宿主机"]
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direction TB
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H1["UID 100000<br/>← 非特权用户"]
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H2["UID 100001"]
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end
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C1 -- 映射 --> H1
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C2 -- 映射 --> H2
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```
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#### 安全意义
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容器内的 root 用户可以映射为宿主机上的普通用户，即使容器被突破，攻击者在宿主机上也只有普通权限。
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> 💡 笔者建议：生产环境建议启用 User Namespace，增强安全性。
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### 12.2.8 动手实验：体验 Namespace
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使用 `unshare` 命令可以在不使用 Docker 的情况下体验 Namespace：
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#### 实验 1：UTS Namespace
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运行以下命令：
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```bash
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## 创建新的 UTS namespace 并启动 shell
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$ sudo unshare --uts /bin/bash
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## 修改主机名（只影响这个 namespace）
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$ hostname container-test
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$ hostname
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container-test
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## 退出后查看宿主机主机名（未改变）
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$ exit
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$ hostname
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my-server
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```
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#### 实验 2：PID Namespace
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运行以下命令：
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```bash
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## 创建新的 PID 和 MNT namespace
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$ sudo unshare --pid --mount --fork /bin/bash
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## 挂载新的 /proc
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$ mount -t proc proc /proc
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## 查看进程（只能看到当前 shell）
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$ ps aux
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USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
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root 1 0.0 0.0 8960 4516 pts/0 S 10:00 0:00 /bin/bash
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root 8 0.0 0.0 10072 3200 pts/0 R+ 10:00 0:00 ps aux
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```
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#### 实验 3：NET Namespace
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运行以下命令：
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```bash
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## 创建新的网络 namespace
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$ sudo unshare --net /bin/bash
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## 查看网络接口（只有 lo）
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$ ip addr
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1: lo: <LOOPBACK> mtu 65536 qdisc noop state DOWN
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link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
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```
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### 12.2.9 Namespace 的局限性
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Namespace 提供了隔离但不是安全边界：
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| 方面 | 说明 |
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|------|------|
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| **共享内核** | 所有容器共享宿主机内核，内核漏洞可能影响所有容器 |
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| **部分资源未隔离** | /proc、/sys 部分内容仍可见；时间无法隔离 |
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| **非虚拟化** | 比虚拟机隔离性弱 |
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> 需要更强隔离时，可考虑 gVisor、Kata Containers 等安全容器方案。
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