概述：Docker 的容器运行时环境基于操作系统级虚拟化技术，其核心之一就是“内核共享”机制。当使用 Docker 容器时，以下是内核共享方面的底层原理和细节：
1. 内核空间与用户空间
- 内核空间：在 Linux 系统中，内核空间包含操作系统的核心功能，例如进程调度、内存管理、设备驱动等。
- 用户空间：用户空间则是运行用户级应用程序的地方，这些应用程序通过系统调用与内核空间进行交互。
2. 容器与主机操作系统共享内核
- 共享内核的好处：由于容器与宿主机共享同一个操作系统内核，因此容器不需要每个都运行一个内核实例。这使得容器比传统的虚拟机更加轻量级，因为后者需要为每个虚拟机实例运行一整个客人操作系统（guest OS）和内核。
- 避免重复开销：共享内核避免了多余的资源消耗，如内存和CPU时间，从而提高了效率和性能。
3. 命名空间（Namespaces）隔离
- 内核特性：Linux 内核提供了一系列的命名空间，使得在相同的内核上可以创建多个彼此隔离的命名空间实例。
- 隔离资源：通过使用不同的命名空间，Docker 容器能够拥有独立的进程 ID (PID)、网络栈 (NET)、挂载点 (MNT) 等。
4. 控制组（cgroups）限制资源使用
- 资源限制：虽然内核是共享的，但 Docker 利用 cgroups 来限制和控制容器对物理资源的使用，如 CPU、内存、磁盘 I/O 等。
- 防止资源滥用：这确保了一个容器不能消耗所有的宿主机资源，从而影响其他容器的性能。
5. 文件系统隔离
- 写时复制（Copy-on-Write, CoW）：虽然容器共享宿主机的文件系统，但 Docker 利用 UnionFS 或类似的文件系统来提供 CoW 功能。这意味着容器中的文件系统变更不会立即写到宿主机的文件系统上，而是创建一个副本来实现修改。
6. 网络隔离
- 虚拟网络设备：Docker 利用 Linux 网桥和虚拟网络接口（如 veth pair）来创建独立的容器网络环境，每个容器都有自己的网络接口和IP地址。
7. 安全性和隔离性
- 安全考虑：尽管内核被共享，Docker 还是采取了多种措施来保证容器的安全性和隔离性，比如 SELinux、AppArmor、SecComp 等 Linux 安全模块。
通过上述机制，Docker 实现了在共享内核的同时，为每个容器提供相对独立和安全的运行时环境。这种设计大大减少了容器的资源占用，并允许多个容器在同一宿主机上高效地运行。