containerd — Docker 和 Kubernetes 共用的那台容器运行机

待复核

是什么

containerd 是一套只做容器运行时核心、把上层工具（Docker / K8s / nerdctl）和底层 Linux 隔离开的守护进程。

日常类比：如果 Docker 是一整座汽车工厂——造车、卖车、售后都做，那 containerd 就是工厂里的发动机制造车间——只负责把发动机装好、点火、跑起来；卖车归 Docker、维修归 K8s、零件加工归 runc。

更形象一点，它像快递分拣中心：上游（Docker / K8s）下单要发件，它负责拉镜像、调度容器、管理生命周期，再交给底层的 runc 真正去开门搬箱。

跑起来像这样：

# 通过 ctr（containerd 自带的低层 CLI）拉镜像、跑容器
ctr image pull docker.io/library/nginx:latest
ctr run --rm -t docker.io/library/nginx:latest demo

或者用 nerdctl（Docker-like 兼容层，子命令几乎一比一对应 docker）：

nerdctl run -d -p 8080:80 nginx

为什么重要

不理解 containerd，下面这些事就解释不通：

为什么 2022 年 Kubernetes 1.24 移除 dockershim 后集群没崩——因为 containerd 早就是 K8s 默认运行时，dockershim 只是中间垫片
为什么 Docker 装好后里面也跑着一个 containerd 守护进程——Docker 自己 2017 年把这块剥离捐给了 CNCF
为什么排查容器问题时，老司机会跳过 docker ps 直接用 ctr 或 crictl——绕过上层就能看到运行时真实状态
为什么 nerdctl / K3s / Kubernetes 这些工具敢说自己『不依赖 Docker』——它们直接对接 containerd 或 CRI，而 Podman 走的是另一条无守护进程路线

核心要点

containerd 的世界由四层组件咬合：

客户端：Docker / K8s（通过 CRI 插件）/ nerdctl / ctr——它们都是 containerd 的 gRPC API 调用方，本身不真的运行容器。
containerd 守护进程：Go 写的主程序，监听 gRPC，做镜像管理、容器配置、网络挂载、快照。
containerd-shim：每个容器一个 shim 进程，作为容器进程的真正父进程。设计目的是：containerd 守护进程崩溃或升级时，shim 还活着，容器照常运行。
runc：OCI runtime 标准实现，真正调用 Linux clone / unshare 创建 namespace、配 cgroup，把容器进程拉起来。

三个核心抽象（这是和 Docker 的关键区别）：

Image：内容可寻址存储——按 sha256 摘要存层，相同层永不重复。
Container：只是配置元数据（rootfs 在哪、要挂哪些卷、环境变量）。本身不跑。
Task：真正运行的进程。Container + Task 分离意味着可以先建容器配置，再多次启动 / 停止 task，而不必每次重新组装。

Snapshotter 插件机制决定镜像层怎么叠加：默认 overlayfs（联合文件系统，合并只读层 + 可写层），可换 btrfs / zfs / native。换 snapshotter 不用改上层代码——这就是插件化的好处。

简单画一下整体形状：

Docker / kubelet / nerdctl       ← 客户端，发 gRPC 调用
        ↓ gRPC
   containerd 守护进程            ← 镜像 / 容器 / task / 网络
        ↓ 启动 shim
   containerd-shim-runc-v2        ← 每容器一个，作为容器进程的真父进程
        ↓ exec
        runc                      ← 调 Linux clone / cgroup，真正起进程
        ↓
        容器进程（nginx 等）

四层各司其职，任意一层崩溃，影响范围都被夹得很小。

实践案例

案例 1：K8s 1.24 移除 dockershim 为什么没出大事

K8s 之前要跑容器，调用链是这样的：

kubelet → dockershim（K8s 维护的垫片） → Docker → containerd → runc

四级转换。dockershim 维护成本高，K8s 1.24 把它拆了，调用链变成：

kubelet → containerd（通过 CRI 插件） → runc

少了两层。绝大多数集群升级 K8s 时直接换 runtime 配置一行就行——因为 Docker 底下本来就是 containerd，Image 格式（OCI）也一样，已经拉好的镜像不用重拉。

案例 2：用 ctr 直接看运行时状态

docker ps 看不到 K8s 的容器（它们走的是 K8s 命名空间，不是 Docker 的）。但用 ctr 加 -n k8s.io 命名空间就能看到：

ctr -n k8s.io containers list   # 列 K8s 跑的所有容器
ctr -n k8s.io tasks list        # 列正在跑的 task
ctr -n k8s.io images list       # 列 K8s 拉过的镜像

这是排查 K8s 节点问题时的关键路径——绕过 kubelet / Docker，直接问运行时。

案例 3：shim 让容器在守护进程崩溃时活下去

跑一个容器：

ctr run -d --rm docker.io/library/nginx:latest demo

然后 ps -ef | grep shim，能看到一个 containerd-shim-runc-v2 进程，它的子进程才是 nginx。

这时如果 systemctl restart containerd——守护进程重启——nginx 依然在跑。原因：shim 才是 nginx 的真父进程，守护进程崩溃只断了 gRPC 连接，shim 用 socket 等守护进程回来重新接管。

踩过的坑

命名空间隔离：ctr containers list 默认只看 default 命名空间，K8s 的容器在 k8s.io——找不到容器先确认 -n 加对了。
ctr 不是给人用的：ctr 是 containerd 的调试工具，参数格式生硬、不支持 docker-compose 类高层语法。日常工作用 nerdctl 才舒服，ctr 留给排查。
CRI 插件不是默认开：containerd 的 CRI 插件在 /etc/containerd/config.toml 里，老版本默认禁用——K8s 集群启动失败时第一件事是 containerd config default | grep cri。
镜像拉取代理：containerd 的 mirror 配置和 Docker 完全不同——在 config.toml 的 [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".registry.mirrors] 段，改完要重启守护进程。

适用 vs 不适用场景

适用：

生产 K8s 集群的容器运行时（事实标准）
需要轻量、稳定、长期运行的容器底座（不带 build / compose / swarm，攻击面小）
自研容器平台想直接对接 OCI 标准而不引入完整 Docker 时

不适用：

本地开发还想 docker build / docker compose——containerd 没有 build，要 buildkit / nerdctl 才有
Windows 容器场景受限（虽然支持，但生态主要在 Linux）
想要『一个二进制全包』的开发者体验——那是 Docker 的定位

历史小故事（可跳过）

2013 年前后：Docker 把容器体验打包成一个完整产品，运行时逻辑还和 build / CLI 混在一起
2015 年：OCI 成立，镜像格式和 runtime 接口开始标准化，runc 成为底层执行器
2016 年：containerd 从 Docker 中拆出来，专注镜像拉取、快照、容器生命周期这些稳定内核
2017 年：Docker 将 containerd 捐给 CNCF，Kubernetes 社区也推动 CRI 运行时接口成熟
2019 年：containerd 从 CNCF 毕业，成为生产 K8s 集群里最常见的运行时底座
2022 年：Kubernetes 1.24 移除 dockershim，containerd 从“Docker 背后的组件”变成很多集群的直接入口

学到什么

关注点分离的胜利：Docker 把『build / 运行 / 编排』全做了，K8s 时代发现『运行』这块最稳定，剥出来标准化就成了 containerd——CNCF 2019 年毕业。
shim 设计：父进程独立于守护进程，是分布式系统里『让组件可重启而不影响数据面』的经典模式——同样思路在 systemd、Kubernetes kubelet 都有影子。
抽象分层（Image / Container / Task）：不同生命周期的东西分开存储和管理，比 Docker 当年的『一锅烩』更清晰，扩展性更好。
OCI 标准的力量：Image 格式、Runtime 接口、Distribution 协议三个 OCI 标准让 containerd / runc / podman 互相兼容，集群升级不用重拉镜像。

关联

docker —— containerd 的上游母体，2017 年把运行时部分剥离捐给 CNCF
kubernetes —— 最大用户，1.24 版本起直接走 containerd 而不再经 Docker
runc —— containerd 默认调用的 OCI runtime，真正创建 namespace / cgroup
k3s —— 轻量 K8s 发行版，内置 containerd 不需要单独安装

反向链接

k3s —— k3s — 把整个 Kubernetes 装进一个 70 MB 的二进制
cri-o —— CRI-O — 只为 Kubernetes 而生的瘦身版容器运行时
docker-compose —— Docker Compose — 一份 YAML 起一整套开发栈
k3s —— k3s — 把完整 K8s 塞进一个不到 70 MB 的二进制
linkerd2 —— Linkerd 2 — 用 Rust 写的轻量服务网格
moby —— Moby — Docker 把引擎拆开后的开源上游
nerdctl —— nerdctl — containerd 官方的 Docker 兼容 CLI
podman —— Podman — 无 daemon 容器引擎
runc —— runc — Linux 容器最底层那个真正在 fork 进程的 CLI