Version v5.1 (2011-05-14 18:48) [AUTO]

s4a.tex

@@ -1098,6 +1098,398 @@ systemd и на этот случай есть простое решение, и
 +systemctl start+ отменяет действия +systemctl stop+, +systemctl enable+
 отменяет действие +systemctl disable+, а +rm+ отменяет действие +ln+.
 
+\section{Смена корня}
+
+Практически все администраторы и разработчики рано или поздно встречаются с
+\href{http://linux.die.net/man/1/chroot}{chroot-окружениями}. Системный вызов
++chroot()+ позволяет задать для определенного процесса (и его потомков) каталог,
+который они будут рассматривать как корневой +/+, тем самым ограничивая для них
+область видимости иерархии файловой системы отдельным поддеревом. Большинство
+применений chroot-окружений можно отнести к двум классам задач:
+\begin{enumerate}
+	\item Обеспечение безопасности. Потенциально уязвимый демон chroot'ится
+		в отдельный каталог, и даже в случае успешной атаки, взломщик
+		увидит лишь содержимое этого каталога, а не~всю файловую
+		систему~--- он окажется в ловушке chroot'а.
+	\item Подготовка и управление образом операционной системы при отладке,
+		тестировании, компиляции, установке или восстановлении. При этом
+		вся иерархия файловых систем гостевой ОС монтируется или
+		создается в каталоге системы-хоста, и при запуске оболочки (или
+		любого другого приложения) внутри этой иерархии, их корень
+		сдвигается в этот каталог. Система, которую <<видят>> такие
+		программы, может сильно отличаться от ОС хоста. Например, это
+		может быть другой дистрибутив, или даже другая аппаратная
+		архитектура (запуск i386-гостя на x86\_64-хосте). Гостевая ОС
+		не~может увидеть полной иерархии ОС хоста.
+\end{enumerate}
+
+В системах, использующих классический SysV init, использовать chroot-окружения
+сравнительно несложно. Например, чтобы запустить выбранного демона внутри
+иерархии гостевой ОС, достаточно смонтировать внутри этой иерархии +/proc+,
++/sys+ и остальные API ФС, воспользоваться программой +chroot(1)+ для входа в
+окружение, и выполнить соответствующий init-скрипт, запустив +/sbin/service+
+внутри окружения.
+
+Но в системах, использующих systemd, уже не~все так просто. Одно из важнейших
+достоинств systemd состоит в том, что параметры среды, в которой запускаются
+демоны, никак не~зависит от метода их запуска. В системах, использующих SysV
+init, многие параметры среды выполнения (в частности, лимиты на системные
+ресурсы, переменные окружения, и т.п.) наследуются от оболочки, из которой был
+запущен init-скрипт. При использовании systemd ситуация меняется радикально:
+пользователь просто уведомляет init-демона о необходимости запустить ту или иную
+службу, и тот запускает демона в чистом, созданном <<с нуля>> и тщательно
+настроенном окружении, параметры которого никак не~зависят от настроек среды, из
+которой была отдана команда. Такой подход полностью отменяет традиционный метод
+запуска демонов в chroot-окружениях: теперь демон порождается процессом init
+(PID~1) и наследует корневой каталог от него, вне зависимости от того, находился
+ли пользователь, отдавший команду на запуск, в chroot-окружении, или нет. Кроме
+того, стоит особо отметить, что взаимодействие управляющих программ с systemd
+происходит через сокеты, находящиеся в каталоге +/run/systemd+, так что
+программы, запущенные в chroot-окружении, просто не~смогут взаимодействовать с
+init-подсистемой (и это, в общем, неплохо, а если такое ограничение будет
+создавать проблемы, его можно легко обойти, используя bind-монтирование).
+
+В свете вышесказанного, возникает вопрос: как правильно использовать
+chroot-окружения в системах на основе systemd? Что ж, постараемся дать подробный
+и всесторонний ответ на этот вопрос.
+
+Для начала рассмотрим первое из перечисленных выше применений chroot: изоляция в
+целях безопасности. Прежде всего, стоит заметить, что защита, предоставляемая
+chroot'ом, весьма эфемерна и ненадежна, так как chroot не~является <<дорогой с
+односторонним движением>>. Выйти из chroot-окружения сравнительно несложно, и
+соответствующее предупреждение даже
+\href{http://linux.die.net/man/2/chroot}{присутствует на странице руководства}.
+Действительно эффективной защиты можно достичь, только сочетая chroot с другими
+методиками. В большинстве случаев, это возможно только при наличии поддержки
+chroot в самой программе. Прежде всего, корректное конфигурирование
+chroot-окружения требует глубокого понимания принципов работы программы.
+Например, нужно точно знать, какие сокеты использует программа, чтобы обеспечить
+bind-монтирование соответствующих каталогов. С учетом вышесказанного,
+эффективный chroot-защита обеспечивается в том случае, когда она реализована в
+коде самого демона. Именно разработчик лучше других знает (\emph{обязан знать}),
+как правильно сконфигурировать chroot-окружение, и какой минимальный набор
+файлов, каталогов и файловых систем необходим внутри для нормальной работы
+демона. Уже сейчас существуют демоны, имеющие встроенную поддержку chroot.
+К сожалению, в системе Fedora, установленной с параметрами по умолчанию, таких
+демонов всего два: \href{http://avahi.org/}{Avahi} и RealtimeKit. Оба они
+написаны одним очень хитрым человеком ;-) (Вы можете собственноручно
+убедится в этом, выполнив команду +ls -l /proc/*/root+.)
+
+Возвращаясь к тема нашего обсуждения: разумеется, systemd позволяет помещать
+выбранных демонов в chroot, и управлять ими точно так же, как и другими.
+Достаточно лишь указать параметр +RootDirectory=+ в соответствующем
+service-файле. Например:
+\begin{Verbatim}
+[Unit]
+Description=A chroot()ed Service
+
+[Service]
+RootDirectory=/srv/chroot/foobar
+ExecStartPre=/usr/local/bin/setup-foobar-chroot.sh
+ExecStart=/usr/bin/foobard
+RootDirectoryStartOnly=yes
+\end{Verbatim}
+
+Рассмотрим этот пример подробнее. Параметр +RootDirectory=+ задает каталог, в
+который производится chroot перед запуском исполняемого файла, заданного
+параметром +ExecStart=+. Заметим, что путь к этому файлу должен быть указан
+относительно каталога chroot (так что, в нашем случае, с точки зрения основной
+системы, на исполнение будет запущен файл +/srv/chroot/foobar/usr/bin/foobard+).
+Перед запуском демона будет вызван сценарий оболочки +setup-foobar-chroot.sh+,
+который должен обеспечить подготовку chroot-окружения к запуску демона
+(например, смонтировать в нем +/proc+ и/или другие файловые системы, необходимые
+для работы демона). Указав +RootDirectoryStartOnly=yes+, мы задаем, что
++chroot()+ будет выполняться только перед выполнением файла из +ExecStart=+, а
+команды из других директив, в частности, +ExecStartPre=+, будут иметь полный
+доступ к иерархии файловых систем ОС (иначе наш скрипт просто не~сможет
+выполнить bind-монтирование нужных каталогов). Более подробную информацию по
+опциям конфигурации вы можете получить на
+\href{http://0pointer.de/public/systemd-man/systemd.service.html}{страницах}
+\href{http://0pointer.de/public/systemd-man/systemd.exec.html}{руководства}.
+
+Поместив приведенный выше текст примера в файл
++/etc/systemd/system/foobar.service+, вы сможете запустить chroot'нутого демона
+командой +systemctl start foobar.service+. Информацию о его текущем состоянии
+можно получить с помощью команды +systemctl status foobar.service+. Команды
+управления и мониторинга службы не~зависят от того, запущена ли она в chroot'е,
+или нет. Этим systemd отличается от класического SysV init.
+
+Новые ядра Linux поддерживают возможность создания независимых пространств имен
+файловых систем (в дальнейшем FSNS, от <<file system namespaces>>). По
+функциональности этот механизм аналогичен +chroot()+, однако предоставляет
+гораздо более широкие возможности, и в нем отсутствуют проблемы с безопасностью,
+характерные для chroot. systemd позволяет использовать при конфигурировании
+юнитов некоторые возможности, предоставляемые FSNS. В частности, использование
+FSNS часто является гораздо более простой и удобной альтернативой созданию
+полноценных chroot-окружений. Используя директивы +ReadOnlyDirectories=+,
++InaccessibleDirectories=+, вы можете задать ограничения по использованию
+иерархии файловых систем для заданной службы: ее корнем будет системный корневой
+каталог, однако указанные в этих директивах подкаталоги будут доступны только 
+для чтения или вообще недоступны для нее. Например:
+\begin{Verbatim}
+[Unit]
+Description=A Service With No Access to /home
+
+[Service]
+ExecStart=/usr/bin/foobard
+InaccessibleDirectories=/home
+\end{Verbatim}
+
+Такая служба будет иметь доступ ко всей иерархии файловых систем ОС, с
+единственным исключением~--- она не~будет видеть каталог +/home+, что позволит
+защитить данные пользователей от потенциальных хакеров. (Подробнее об этих
+опциях можно почитать на
+\href{http://0pointer.de/public/systemd-man/systemd.exec.html}{странице
+руководства}).
+
+Фактически, FSNS по множеству параметров превосходят +chroot()+. Скорее всего,
+Avahi и ReltimeKit в ближайшем будущем перейдут с +chroot()+ к использованию
+FSNS.
+
+Итак, мы рассмотрели вопросы использования chroot для обеспечения безопасности.
+Переходим ко второму пункту: Подготовка и управление образом операционной
+системы при отладке, тестировании, компиляции, установке или восстановлении.
+
+chroot-окружения, по сути, весьма примитивно: они изолируют только иерархии
+файловых систем. Даже после chroot'а в определенный подкаталог, процесс
+по-прежнему имеет полный доступ к системным вызовам, может убить любой процесс
+из основной системы, и т.п. Вследствие этого, запуск полноценной ОС (или ее
+части) внутри chroot'а несет угрозу для хост-системы: у гостя и хоста отличаются
+лишь содержимое файловой системы, все остальное у них общее. Например, если вы
+обновляете дистрибутив, установленный в chroot-окружении, и пост-установочный
+скрипт пакета отправляет +SIGTERM+ процессу init для его
+перезапуска\footnote{Прим. перев.: Во избежание путаницы отметим, что перезапуск
+процесса init (PID~1) <<на лету>> при получении +SIGTERM+ поддерживается только
+в systemd, в классическом SysV init такой возможности нет}, на него среагирует
+именно хост-система! Кроме того, хост и chroot'нутая система будут иметь общую
+разделяемую память SysV (SysV shared memory), общие сокеты из абстрактных
+пространств имен (abstract namespace sockets) и другие элементы IPC. Для
+отладки, тестирования, компиляции, установки и восстановлении ОС не~требуется
+абсолютно безопасная изоляция, однако нужна защита от \emph{случайного}
+воздействия на ОС хоста изнутри chroot-окружения, иначе вы можете получить целый
+букет проблем, как минимум, от пост-инсталляционных скриптов при установке
+пакетов в chroot-окружении.
+
+systemd имеет целый ряд возможностей, полезных для работы с chroot-системами:
+
+Прежде всего, управляющая программа +systemctl+ автоматически определяет, что
+она запущена в chroot-системе. В такой ситуации будут работать только команды
++systemctl enable+ и +systemctl disable+, во всех остальных случаях +systemctl+
+просто не~будет ничего делать, возвращая код успешного завершения операции.
+Таким образом, пакетные скрипты смогут включить/отключить запуск <<своих>> служб
+при загрузке (или в других ситуациях), однако команды наподобие
++systemctl restart+ (обычно выполняется при обновлении пакета) не~дадут никакого
+эффекта внутри chroot-окружения\footnote{Прим. перев.: автор забывает отметить
+не~вполне очевидный момент: такое поведение +systemctl+ проявляется только в
+<<мертвых>> окружениях, т.е. в тех, где не~запущен процесс init, и
+соответственно отсутствуют управляющие сокеты в +/run/systemd+. Такая ситуация
+возникает, например, при установке системы в chroot через
+debootstrap/febootstrap. В этом случае возможности +systemctl+ ограничиваются
+операциями с символьными ссылками, определяющими триггеры активации юнитов, т.е.
+выполнением действий +enable+ и +disable+, не~требующих непосредственного
+взаимодействия с процессом init}.
+
+Однако, куда более интересные возможности предоставляет программа
+\href{http://0pointer.de/public/systemd-man/systemd-nspawn.html}{systemd-nspawn},
+входящая в стандартный комплект поставки systemd. По сути, это улучшенный аналог
++chroot(1)+~--- она не~только подменяет корневой каталог, но и создает отдельные
+пространства имен для дерева файловых систем (FSNS) и для идентификаторов
+процессов (PID NS), предоставляя легковесную реализацию системного
+контейнера\footnote{Прим. перев.: Используемые в +systemd-nspawn+ механизмы 
+ядра Linux, такие, как FS NS и PID NS, также лежат в основе
+\href{http://lxc.sourceforge.net/}{LXC}, системы контейнерной изоляции для
+Linux, которая позиционируется как современная альтернатива классическому
+\href{http://wiki.openvz.org/Main_Page}{OpenVZ}. Стоит отметить, что LXC 
+ориентирована прежде всего на создание независимых виртуальных окружений,
+с поддержкой раздельных сетевых стеков, ограничением на ресурсы, сохранением
+настроек и т.п., в то время как +systemd-nspawn+ является лишь более удобной и
+эффективной заменой команды +chroot(1)+, предназначенной прежде всего для
+развертывания, восстановления, сборки и тестирования операционных систем. Далее
+автор разъясняет свою точку зрения на этот вопрос}.
++systemd-nspawn+ проста в использовании как +chroot(1)+, однако изоляция
+от хост-системы является более полной и безопасной. Всего одной командой
+вы можете загрузить внутри контейнера \emph{полноценную} ОС (на базе systemd
+или SysV init). Благодаря использованию независимых пространств идентификаторов
+процессов, процесс init внутри контейнера получит PID~1, что позволит работать
+ему в штатном режиме. Также, в отличие от +chroot(1)+, внутри окружения 
+будут автоматически смонтированы +/proc+ и +/sys+.
+
+Следующий пример иллюстрирует возможность запустить Debian в на Fedora-хосте
+всего тремя командами:
+\begin{Verbatim}
+# yum install debootstrap
+# debootstrap --arch=amd64 unstable debian-tree/
+# systemd-nspawn -D debian-tree/
+\end{Verbatim}
+
+Вторая из этих команд обеспечивает развертывание в подкаталоге +./debian-tree/+
+файловой структуры дистрибутива Debian, после чего третья команда запускает
+внутри полученной системы процесс командной оболочки. Если вы хотите запустить
+внутри контейнера полноценную ОС, воспользуйтесь командой
+\begin{Verbatim}
+# systemd-nspawn -D debian-tree/ /sbin/init
+\end{Verbatim}
+
+После быстрой загрузки вы получите приглашение оболочки, запущенной внутри
+полноценной ОС, функционирующей в контейнере. Изнутри контейнера невозможно
+увидеть процессы, которые находятся вне его. Контейнер сможет пользоваться сетью
+хоста, однако не~имеет возможности изменить ее настройки (это может привести к
+серии ошибок в процессе загрузки гостевой ОС, но ни~одна из этих ошибок
+не~должна быть критической). Контейнер получает доступ к +/sys+ и +/proc/sys+,
+однако, во избежание вмешательства контейнера в конфигурацию ядра и аппаратного
+обеспечения хоста, эти каталоги будут смонтированы только для чтения. Обратите
+внимание, что эта защита блокирует лишь \emph{случайные}, \emph{непредвиденные}
+попытки изменения параметров. При необходимости, процесс внутри контейнера,
+обладающий достаточными полномочиями, сможет перемонтировать эти файловые
+системы в режиме чтения-записи.
+
+Итак, что же такого хорошего в +systemd-nspawn+?
+\begin{enumerate}
+	\item Использовать эту утилиту очень просто. Вам даже не~нужно вручную монтировать
+		внутри окружения +/proc+ и +/sys+~--- она сделает это за вас, а
+		ядро автоматически отмонтирует их, когда последний процесс
+		контейнера завершится.
+	\item Обеспечивается надежная изоляция, предотвращающая случайные
+		изменения параметров ОС хоста изнутри контейнера.
+	\item Теперь вы можете загрузить внутри контейнера полноценную ОС, а
+		не~одну-единственную оболочку.
+	\item Эта утилита очень компактна и присутствует везде, где установлен
+		systemd. Она не~требует специальной установки и настройки.
+\end{enumerate}
+
+systemd уже подготовлен для работы внутри таких контейнеров. Например, когда
+подается команда на выключение системы внутри контейнера, systemd на последнем
+шаге вызывает не~+reboot()+, а просто +exit()+.
+
+Стоит отметить, что +systemd-nspawn+ все же не~является полноценной системой
+контейнерной виртуализации/изоляции~--- если нужно именно это, воспользуйтесь
+\href{ http://lxc.sourceforge.net/}{LXC}. Этот проект использует те же самые
+механизмы ядра, но предоставляет куда более широкие возможности, включая
+виртуализацию сети. Если вам угодно, +systemd-nspawn+ как реализация контейнера
+похожа на GNOME~3~--- компактна и проста в использовании, опций для настройки
+очень мало. В то время как LXC больше похож на KDE: опций для настройки больше,
+чем строк кода. Я создал +systemd-nspawn+ специально для тестирования, отладки,
+сборки, восстановления. Именно для этих задач вам стоит ее использовать~--- она
+неплохо с ними справляется, куда лучше, чем +chroot(1)+.
+
+Что ж, пора заканчивать. Итак:
+\begin{enumerate}
+	\item Использование +chroot()+ для обеспечения безопасности дает
+		наилучший результат, когда оно реализовано непосредственно в
+		коде самой программы.
+	\item +ReadOnlyDirectories=+ и +InaccessibleDirectories=+ могут быть
+		удобной альтернативой созданию полноценных chroot-окружений.
+	\item Если вам нужно поместить в chroot-окружение какую-либо службу,
+		воспользуйтесь опцией +RootDirectory=+.
+	\item +systemd-nspawn+~--- очень неплохая штука.
+	\item chroot'ы убоги, FSNS~---
+		\href{http://ru.wikipedia.org/wiki/Leet}{1337}.
+\end{enumerate}
+
+И все это уже сейчас доступно в Fedora~15.
+
+\section{Поиск виновных}
+
+Fedora~15\footnote{Также известный как величайший в истории релиз свободной ОС}
+является первым релизом Fedora, использующим systemd в качестве системы
+инициализации по умолчанию. Основной нашей целью при работе над выпуском F15
+является обеспечение полной взаимной интеграции и корректной работы всех
+компонентов. При подготовке следующего релиза, F16, мы сконцентрируемся на
+дальнейшей полировке и ускорении системы. Для этого мы подготовили ряд
+инструментов (доступных уже в F15), которые должны помочь нам в поиске проблем,
+связанных с процессом загрузки. В этой статье я попытаюсь рассказать о том, как
+найти виновников медленной загрузки вашей системы, и о том, что с ними делать
+дальше. Мы хотим помочь вам в поиске тех системных компонентов, которые являются
+причинами ваших проблем.
+
+Первый инструмент, который мы можем вам предложить, очень прост: по завершении
+загрузки, systemd регистрирует в системном журнале информацию о суммарном
+времени загрузки:
+\begin{Verbatim}
+systemd[1]: Startup finished in 2s 65ms 924us (kernel) + 2s 828ms 195us (initrd)
++ 11s 900ms 471us (userspace) = 16s 794ms 590us.
+\end{Verbatim}
+
+Эта запись означает следующее: на инициализацию ядра (до момента запуска initrd,
+т.е. dracut) ушло 2 секунды. Далее, чуть менее трех секунд работал initrd. И
+наконец, почти 12 секунд было потрачено systemd на запуск программ из
+пространства пользователя. Итоговое время, начиная с того момента, как
+загрузчик передал управление коду ядра, до того момента, как systemd завершил
+все операции, связанные с загрузкой системы, составило почти 17 секунд.
+Казалось бы, смысл этого числа вполне очевиден, однако не~стоит делать поспешных
+выводов. Прежде всего, в нем не~учитывается время, затраченное на инициализацию
+вашего сеанса в GNOME, так как эта задача уже выходит за рамки задач процесса
+init. Кроме того, в этом периоде времени учитывается только работа systemd, хотя
+часто бывает так, что некоторые демоны продолжают \emph{свою} работу по
+инициализации уже после того, как секундомер остановлен. Проще говоря:
+предложенные вам числа позволяют лишь оценить общую скорость загрузки, однако
+они не~являются точной характеристикой длительности процесса.
+
+Кроме того, эта информация носит поверхностный характер: она не~сообщает, какие
+именно системные компоненты заставляют systemd ждать так долго. Чтобы исправить 
+это упущение, мы ввели команду +systemd-analyze blame+:
+\begin{Verbatim}
+$ systemd-analyze blame
+  6207ms udev-settle.service
+  5228ms cryptsetup@luks\x2d9899b85d\x2df790\x2d4d2a\x2da650\x2d8b7d2fb92cc3.service
+   735ms NetworkManager.service
+   642ms avahi-daemon.service
+   600ms abrtd.service
+   517ms rtkit-daemon.service
+   478ms fedora-storage-init.service
+   396ms dbus.service
+   390ms rpcidmapd.service
+   346ms systemd-tmpfiles-setup.service
+   322ms fedora-sysinit-unhack.service
+   316ms cups.service
+   310ms console-kit-log-system-start.service
+   309ms libvirtd.service
+   303ms rpcbind.service
+   298ms ksmtuned.service
+   288ms lvm2-monitor.service
+   281ms rpcgssd.service
+   277ms sshd.service
+   276ms livesys.service
+   267ms iscsid.service
+   236ms mdmonitor.service
+   234ms nfslock.service
+   223ms ksm.service
+   218ms mcelog.service
+...
+\end{Verbatim}
+
+Она выводит список юнитов systemd, активированных при загрузке, с указанием
+времени инициализации для каждого из них. Список отсортирован по убыванию этого
+времени, поэтому наибольший интерес для нас представляют первые строчки. В нашем
+случае это +udev-settle.service+ и
++cryptsetup@luks\x2d9899b85d\x2df790\x2d4d2a\x2da650\x2d8b7d2fb92cc3.service+,
+инициализация которых занимает более одной секунды. Стоит отметить, что к
+анализу вывода команды +systemd-analyze blame+ тоже следует подходить с
+осторожностью: она не~поясняет, \emph{почему} тот или иной юнит тратит
+столько-то времени, она лишь констатирует факт, что время было затрачено. Кроме
+того, не~стоит забывать, что юниты могут запускаться параллельно. В частности,
+если две службы были запущены одновременно, то время их инициализации будет
+значительно меньше, чем сумма времен инициализации каждой из них.
+
+Рассмотрим повнимательнее первого осквернителя нашей загрузки: службу
++udev-settle.service+. Почему ей требуется так много времени для запуска, и что
+мы можем с этим сделать? Эта служба выполняет очень простую задачу: она ожидает,
+пока udev завершит опрос устройств, после чего завершается. Опрос же устройств
+может занимать довольно много времени. Например, в нашем случае опрос устройств
+занимает более 6~секунд из-за встроенного в компьютер 3G-модема, в котором
+отсутствует SIM-карта. Этот модем очень долго отвечает на запросы udev. Опрос
+устройств является частью схемы, обеспечивающей работу ModemManager'а и
+позволяющей NetworkManager'у упростить для вас настройку 3G. Казалось бы,
+очевидно, что виновником задержек является именно ModemManager, так как опрос
+устройств для него занимает слишком много времени. Но такое обвинение будет
+заведомо ошибочным. Дело в том, что опрос устройств вообще является довольно
+длительной процедурой. Медленный опрос 3G-устройств для ModemManager является
+частным случаем, отражающим это общее правило. Хорошая система опроса устройств
+обязательно должна учитывать тот факт, что операция опроса любого из устройств
+может затянуться надолго. Истинной причиной наших проблем является тот факт,
+что мы должны ожидать завершения опроса устройств, т.е., наличие
++udev-settle.service+ как обязательной части нашего процесса загрузки.
+
 \end{document}
 
 vim:ft=tex:tw=80:spell:spelllang=ru