Docker 容器初始化与脚本进程替换

1. 简介

Docker 是一个用于创建、配置、组织和运行容器的平台。在容器内部，初始进程（PID 1）扮演着容器中所有进程的“祖先进程”角色。这个进程决定了容器的生命周期，一旦它终止，整个容器通常也会随之终止。此外，Docker 会在特定情况下向该进程发送信号（如 SIGTERM），终止该进程通常意味着终止整个容器。

在本教程中，我们将探讨如何使用脚本来初始化容器，同时让真正需要运行的主进程成为 PID 1。我们将依次了解：

容器初始化的基本机制
使用脚本进行初始化
使用 exec 替换脚本进程以优化容器启动
构建一个更通用的入口脚本

我们使用的测试环境为 Debian 12（Bookworm）和 GNU Bash 5.2.15，除非特别说明，代码在大多数 POSIX 兼容环境中都应能正常运行。

2. 容器初始化机制

我们先从容器初始化的基本流程入手。

首先创建一个最简单的 Dockerfile：

$ cat Dockerfile
# syntax=docker/dockerfile:1

FROM debian:latest
CMD ["sleep", "666"]

接着构建镜像：

$ docker build --tag xnit:latest .

然后运行容器：

$ docker run --rm --detach xnit:latest

使用 docker ps 查看容器状态：

$ docker ps
CONTAINER ID  IMAGE        COMMAND      CREATED         STATUS        PORTS  NAMES
9f751e202bfb  xnit:latest  "sleep 666"  10 seconds ago  Up 9 seconds         youthful_shannon

可以看到，容器正在运行 sleep 666 命令。由于使用了 --rm 参数，一旦该命令执行完毕，容器将被自动删除。

为了简化流程，可以使用以下单条命令完成构建并运行：

$ docker run --rm --detach $(docker build --no-cache --quiet --file=- . <<< '
# syntax=docker/dockerfile:1

FROM debian:latest
CMD ["sleep", "666"]
')

但这种方式的问题在于，容器只是运行了一个临时命令，完成后即销毁，实际用途有限。

3. 使用脚本初始化容器

更常见的做法是使用一个脚本来完成容器的初始化工作。

我们来看一个简单的初始化脚本示例：

$ cat docker-entrypoint.sh
#!/usr/bin/env sh

echo 'Initialization...' > xnit
sleep 666

该脚本模拟了初始化操作，写入了一个文件，并执行了 sleep 666。

接下来，在 Dockerfile 中使用该脚本作为容器的启动命令：

$ docker run --rm --detach $(docker build --quiet --file=- . <<< '
# syntax=docker/dockerfile:1

FROM debian:latest
WORKDIR /xnit
COPY ./docker-entrypoint.sh .
CMD ["sh", "/xnit/docker-entrypoint.sh"]
')

查看容器状态：

$ docker ps
CONTAINER ID  IMAGE         COMMAND                 CREATED         STATUS        PORTS  NAMES
fcc2cf8083dd  1e79a51d26d4  "sh /xnit/docker-ent…"  10 seconds ago  Up 9 seconds         modest_engelbart

此时，容器的主进程是 sh，它运行了 docker-entrypoint.sh。

我们可以通过 ps 查看进程树：

$ docker exec fcc2cf8083dd sh -c 'apt-get update && apt-get install --yes procps && ps -HA'
[...]
PID TTY          TIME CMD
  8 ?        00:00:00 sh
197 ?        00:00:00   ps
  1 ?        00:00:00 sh
  7 ?        00:00:00   sleep

问题来了：

✅ 脚本完成了初始化
❌ 但 sleep 是 sh 的子进程
⚠️ 信号可能无法正确传递给 sleep
⚠️ 容器主进程不是最终要运行的服务

4. 使用 `exec` 替换进程

在 Bash 或其他 shell 中，exec 是一个特殊命令，它不会创建子进程，而是替换当前 shell 进程本身。

这意味着：

✅ 原始 shell 进程被替换
✅ 新进程成为 PID 1
✅ 信号将直接发送给该进程

我们修改脚本如下：

$ cat docker-entrypoint.sh
#!/usr/bin/env sh

echo 'Initialization...' > xnit
exec sleep 666

再次构建并运行容器：

$ docker run --rm --detach $(docker build --quiet --file=- . <<< '
# syntax=docker/dockerfile:1

FROM debian:latest
WORKDIR /xnit
COPY ./docker-entrypoint.sh .
CMD ["sh", "/xnit/docker-entrypoint.sh"]
')

查看进程树：

$ docker exec 942bb64858b6 sh -c 'apt-get update && apt-get install --yes procps && ps -HA'
[...]
 PID TTY          TIME CMD
2154 ?        00:00:00 sh
2253 ?        00:00:00   ps
   1 ?        00:00:00 sleep

✅ sleep 成为了 PID 1
✅ 所有信号将直接发送给它
✅ 容器生命周期由它控制

5. 动态指定启动命令

为了让脚本更通用，我们可以让它接收参数，并通过 exec "$@" 动态执行。

修改脚本如下：

$ cat docker-entrypoint.sh
#!/usr/bin/env sh

echo 'Initialization...' > xnit
exec "$@"

构建并运行容器时传入参数：

$ docker run --rm --detach $(docker build --quiet --file=- . <<< '
# syntax=docker/dockerfile:1

FROM debian:latest
WORKDIR /xnit
COPY ./docker-entrypoint.sh .
CMD ["sh", "/xnit/docker-entrypoint.sh", "sleep", "666"]
')

这样，我们就可以通过修改 CMD 参数来控制容器最终运行的命令，而无需修改脚本本身。

6. 总结

在本教程中，我们探讨了如何使用脚本来初始化 Docker 容器，并通过 exec 替换脚本进程，使主服务成为容器的 PID 1。

关键点总结如下：

特性	说明
✅ PID 1	主进程应为容器的 PID 1
✅ 信号处理	保证主进程能接收到 Docker 发送的信号
✅ 简洁性	避免多余的 shell 进程
✅ 可配置性	使用 `exec "$@"` 支持动态命令传参

通过合理使用 exec 和入口脚本，我们可以更优雅地控制容器的初始化流程，提升容器的健壮性和可维护性。

Persistence

REST

Security