震惊!没想到你是这样的flatpak...

发布时间:2017-07-14 14:46:08 点击次数:7022

Flatpak(前世为xdg-app) 是一种用于构建,分发,安装和运行应用程序的技术。它主要针对的是Linux桌面,通过在沙箱中隔离应用程序来提高Linux桌面的安全性,允许应用程序安装在任何Linux发行版上。

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引言

之前我们介绍过如何在优麒麟和银河麒麟社区版上构建snap/flatpak包(传送门),今天我们来更深入的认识下flatpak:

 

Flatpak(前世为xdg-app) 是一种用于构建,分发,安装和运行应用程序的技术。它主要针对的是Linux桌面,通过在沙箱中隔离应用程序来提高Linux桌面的安全性,允许应用程序安装在任何Linux发行版上。

 

历史:

2013: 在GNOME Developer Experience hackfest, Brussels大会后,萌生在GNOME中使用应用程序容器技术的念头,次年开始开发。

2016年5月: 第一个主版本xdg-app发布。

    6月:重命名为flatpak。

    8月:endless OS 3.0, 第一个默认支持Flatpak的发行版。

          11月:ClearLinux声明采用flatpak。

2017年2月: 最新的flatpak已经可以在Arch, Debian, Fedora, Gentoo, Mageia, openSUSE, Ubuntu等的最新版本上运行。

 

基本概念:

运行时(runtimes)

“运行时”提供应用程序所需的基本依赖。有各种各样的“运行时”,比如“Freedesktop运行时”,“GNOME运行时”。“Freedesktop运行时”包含一系列必要的库和服务,包括D-Bus, GLib, PulseAudio, X11和Wayland等。“GNOME运行时”基于“FreeDesktop运行时”,增加了一些GNOME平台相关的库,比如GStreamer, GTK+, GVFS等。必须针对运行时构建每个应用程序,并且必须在主机系统上安装此运行时才能运行应用程序。用户可以同时安装多个不同的运行时,包括不同版本的同一个运行时。KDE runtime正在开发中。

每一个运行时可以看做一个’/usr’ 文件系统,当程序运行时,它的运行时挂载在‘/usr’上。

 

捆绑库(Bundled libraries)

当一个程序需要的依赖不在运行时中,使用捆绑库来绑定这些依赖到程序上。

 

SDK(软件开发套件)

SDK也是一个“运行时”,是用于构建应用程序的特殊类型的运行时,它包含了构建和打包工具(‘devel’ parts),如头文件,编译器和调试器。通常,SDK与“运行时”配对,由应用程序使用。

 

扩展(Extensions)

一个扩展是对于运行时或程序的可选插件,一般用于把translations和debug信息从运行时分离出来,比如, org.freedesktop.Platform.Locale 可以追加到org.freedesktop.Platform运行时上用来添加翻译。

 

沙箱(Sandbox)

使用Flatpak,每个应用程序都是在孤立的环境中构建和运行的。默认情况下,应用程序只能“查看”自身及其“运行时”,访问用户文件,网络,graphics sockets,总线和设备上的子系统必须明确授予权限,访问其他内容(如其他进程)是不允许的。(可以通过Portals机制在沙箱内访问外面系统,比如打印,截图等)

 

原理:

Flatpak主要使用了如下技术:

1. bubblewrap:依赖它作为沙箱的底层实现限制了应用程序访问操作系统或用户数据的能力,并且提供了非特权用户使用容器的能力。

2. Systemd将各个subsystem和cgroup树关联并挂载好,为沙箱创建 cgroups

3. D-Bus, 为应用程序提供高层APIs

4. 使用Open Container InitiativeOCI格式作为单文件的传输格式,方便传输。

5. 使用OSTree系统用于版本化和分发文件系统树。

6. 使用Appstream 元数据,使得Flatpak应用程序在软件中心可以完美呈现出来。

而其中最重要的当属bubblewrap,它是整个应用沙箱构建的关键,主要利用了如下内核特性: 

Namespaces:

命名空间是对全局系统资源的一个封装隔离,使得处于不同namespace的进程拥有独立的全局系统资源,改变一个namespace中的系统资源只会影响当前namespace里的进程,对其他namespace中的进程没有影响。它控制了进程的可见范围,例如网络、挂载点、进程等等。同时使得非特权用户可以创建沙箱。它有以下几类:

     Mount namespace (CLONE_NEWNS): 

用来隔离文件系统的挂载点, 使得不同的mount namespace拥有自己独立的挂载点信息,不同的namespace之间不会相互影响,这对于构建用户或者容器自己的文件系统目录非常有用。bubblewrap 总是创建一个新的mount namespace, root挂载在tmpfs上,用户可以明确指定文件系统的哪个部分在沙盒中是可见的。

     User namespaces (CLONE_NEWUSER): 

用来隔离用户权限相关的Linux资源,包括用户ID 和组ID, 在不同的user namespace中,同样一个用户的user ID 和group ID可以不一样,换句话说,一个用户可以在父user namespace中是普通用户,在子user namespace中是超级用户(超级用户只相对于子user namespace所拥有的资源,无法访问其他user namespace中需要超级用户才能访问资源)。

 IPC namespaces (CLONE_NEWIPC): 

沙箱会得到所有不同形式的IPCs的一份拷贝,比如SysV 共享内存和信号量等。

 PID namespaces (CLONE_NEWPID): 

用来隔离进程的ID空间,沙箱内的程序看不见任何沙箱外的进程,此外, bubblewrap 会运行一个pid为1的程序在容器中,用来处理回收子进程的需求。

 Network namespaces (CLONE_NEWNET): 

用来隔绝网络,在它自己的network namespace中只有一个回环设备。 

 UTS namespace (CLONE_NEWUTS):

允许沙箱拥有自己独立的hostname和domain name.

Cgroups:

cgroup和namespace类似,也是将进程进行分组,但它的目的和namespace不一样,namespace是为了隔离进程组之间的资源,而cgroup是为了对一组进程进行统一的资源监控和限制。

Bind Mount:

将一个目录(或文件)中的内容挂载到另一个目录(或文件)上.

Seccomp rules:

Linux kernel 所支持的一种简洁的sandboxing机制。它能使一个进程进入到一种“安全”运行模式,该模式下的进程只能调用4种系统调用(system calls),即read(), write(), exit()和sigreturn(),否则进程便会被终止。

同时,bubblewrap 使用PR_SET_NO_NEW_PRIVS 关闭 setuid 二进制程序。

当一个进程或其子进程设置了PR_SET_NO_NEW_PRIVS 属性,则其不能访问一些无法share的操作,如setuid, 和chroot。

 

实验:

接下来,我们通过如下方式进入到一个flatpak创建的沙箱中:

安装程序所需的“运行时”和Sdk:

$ flatpak remote-add --from gnome https://sdk.gnome.org/gnome.flatpakrepo

$ flatpak install gnome org.gnome.Platform//3.24 org.gnome.Sdk//3.24

安装gedit:

$ flatpak remote-add --from gnome-apps https://sdk.gnome.org/gnome-apps.flatpakrepo

$ flatpak install gnome-apps org.gnome.gedit

创建一个‘devel sandbox’中的shell:

$ flatpak run --devel --command=bash org.gnome.gedit

可以看到此沙箱中有3个进程,且flatpak-bwrap pid为1。

$ ps

  PID TTY          TIME CMD

   1 ?        00:00:00 flatpak-bwrap

   2 ?        00:00:00 bash

   5 ?        00:00:00 ps

查看当前进程所属的namespace,括号里的数字标识不同的namespace:

$ ls -l /proc/&&/ns

total 0

 15:48 cgroup -> cgroup:[4026531835]

 15:48 ipc -> ipc:[4026531839]

 15:48 mnt -> mnt:[4026532241]

 15:48 net -> net:[4026532244]

 15:48 pid -> pid:[4026532242]

 15:48 user -> user:[4026532371]

 15:48 uts -> uts:[4026531838]

然后在主机中打开另一个终端,查看主机中当前进程的namespace:

$ ls /proc/&&/ns

total 0

 15:56 cgroup -> cgroup:[4026531835]

 15:56 ipc -> ipc:[4026531839]

 15:56 mnt -> mnt:[4026531840]

 15:56 net -> net:[4026531957]

 15:56 pid -> pid:[4026531836]

 15:56 user -> user:[4026531837]

 15:56 uts -> uts:[4026531838]

可以看到沙箱中的进程所属的namespace与主机环境下进程的namespace相比,它们的mount ,net, pid, user namespace不同,这时我们在主机环境下把ping文件拷贝进主目录(gedit声明了对’/home’的访问权限),然后在sandbox shell中执行ping 192.168.0.1,会发现报错:

$ ./ping 192.168.0.1

ping: socket: Operation not permitted

因为gedit没有申请网络权限,它和主机在不同的network namespaces中。

 

怎么样,是不是很有趣,你还能在这个沙箱中做更多有趣的探索,行动起来,一起来flatpak吧!