为什么 strace 在 Docker 中不起作用？
在编辑“容器如何工作”爱好者杂志的能力页面时，我想试着解释一下为什么 strace 在 Docker 容器中无法工作。
这里的问题是 —— 如果我在笔记本上的 Docker 容器中运行 strace，就会出现这种情况：
$ docker run -it ubuntu:18.04 /bin/bash $ # ... install strace ... [email protected]:/# strace ls strace: ptrace(PTRACE_TRACEME, ...): Operation not permitted
strace 通过 ptrace 系统调用起作用，所以如果不允许使用 ptrace，它肯定是不能工作的! 这个问题很容易解决 —— 在我的机器上，是这样解决的：
docker run --cap-add=SYS_PTRACE -it ubuntu:18.04 /bin/bash
但我对如何修复它不感兴趣，我想知道为什么会出现这种情况。为什么 strace 不能工作，为什么--cap-add=SYS_PTRACE 可以解决这个问题?
假设 1：容器进程缺少 CAP_SYS_PTRACE 能力。
我一直以为原因是 Docker 容器进程默认不具备 CAP_SYS_PTRACE 能力。这和它可以被 --cap-add=SYS_PTRACE 修复是一回事，是吧?
但这实际上是不合理的，原因有两个。
原因 1：在实验中，作为一个普通用户，我可以对我的用户运行的任何进程进行 strace。但如果我检查我的当前进程是否有 CAP_SYS_PTRACE 能力，则没有：
$ getpcaps $$ Capabilities for `11589': =
原因 2：capabilities 的手册页对 CAP_SYS_PTRACE 的介绍是：
CAP_SYS_PTRACE * Trace arbitrary processes using ptrace(2);
所以，CAP_SYS_PTRACE 的作用是让你像 root 一样，可以对任何用户拥有的任意进程进行 ptrace。你不需要用它来对一个只是由你的用户拥有的普通进程进行 ptrace 。
我用第三种方法测试了一下(LCTT 译注：此处可能原文有误) —— 我用 docker run --cap-add=SYS_PTRACE -it ubuntu:18.04 /bin/bash 运行了一个 Docker 容器，去掉了 CAP_SYS_PTRACE 能力，但我仍然可以跟踪进程，虽然我已经没有这个能力了。什么?为什么?!
假设 2：关于用户命名空间的事情?
我的下一个(没有那么充分的依据的)假设是“嗯，也许这个过程是在不同的用户命名空间里，而 strace 不能工作，因为某种原因而行不通?”这个问题其实并不相关，但这是我观察时想到的。
容器进程是否在不同的用户命名空间中?嗯，在容器中：
root@e27f594da870:/# ls /proc/$$/ns/user -l ... /proc/1/ns/user -> 'user:[4026531837]'
在宿主机：
bork@kiwi:~$ ls /proc/$$/ns/user -l ... /proc/12177/ns/user -> 'user:[4026531837]'
因为用户命名空间 ID(4026531837)是相同的，所以容器中的 root 用户和主机上的 root 用户是完全相同的用户。所以，绝对没有理由不能够对它创建的进程进行 strace!
这个假设并没有什么意义，但我(之前)没有意识到 Docker 容器中的 root 用户和主机上的 root 用户同一个，所以我觉得这很有意思。
假设 3：ptrace 系统的调用被 seccomp-bpf 规则阻止了
我也知道 Docker 使用 seccomp-bpf 来阻止容器进程运行许多系统调用。而 ptrace 在被 Docker 默认的 seccomp 配置文件阻止的系统调用列表中!(实际上，允许的系统调用列表是一个白名单，所以只是ptrace 不在默认的白名单中。但得出的结果是一样的。)
这很容易解释为什么 strace 在 Docker 容器中不能工作 —— 如果 ptrace 系统调用完全被屏蔽了，那么你当然不能调用它，strace 就会失败。
让我们来验证一下这个假设 —— 如果我们禁用了所有的 seccomp 规则，strace 能在 Docker 容器中工作吗?
$ docker run --security-opt seccomp=unconfined -it ubuntu:18.04 /bin/bash
$ strace ls
execve("/bin/ls", ["ls"], 0x7ffc69a65580 /* 8 vars */) = 0
... it works fine ... 是的，很好用!很好。谜底解开了，除了…..
为什么 --cap-add=SYS_PTRACE 能解决问题?
我们还没有解释的是：为什么 --cap-add=SYS_PTRACE 可以解决这个问题?
docker run 的手册页是这样解释 --cap-add 参数的。
--cap-add=[] Add Linux capabilities
这跟 seccomp 规则没有任何关系! 怎么回事?
我们来看看 Docker 源码
当文档没有帮助的时候，唯一要做的就是去看源码。
Go 语言的好处是，因为依赖关系通常是在一个 Go 仓库里，你可以通过 grep 来找出做某件事的代码在哪里。所以我克隆了 github.com/moby/moby，然后对一些东西进行 grep，比如 rg CAP_SYS_PTRACE。
我认为是这样的。在 containerd 的 seccomp 实现中，在 contrib/seccomp/seccomp/seccomp_default.go 中，有一堆代码来确保如果一个进程有一个能力，那么它也会(通过 seccomp 规则)获得访问权限，以使用与该能力相关的系统调用。
case "CAP_SYS_PTRACE":
s.Syscalls = append(s.Syscalls, specs.LinuxSyscall{
Names: []string{
"kcmp",
"process_vm_readv",
"process_vm_writev",
"ptrace",
},
Action: specs.ActAllow,
Args: []specs.LinuxSeccompArg{},
}) 在 moby 中的 profile/seccomp/seccomp.go 和 默认的 seccomp 配置文件中，也有一些其他的代码似乎做了一些非常类似的事情，所以有可能就是这个代码在做这个事情。
所以我想我们有答案了!
Docker 中的 --cap-add 做的事情比它说的要多
结果似乎是，--cap-add 并不像手册页里说的那样，它更像是 --cap-add-and-also-whiteelist-some-extra-system-calls-if-required。这很有意义! 如果你具有一个像 --CAP_SYS_PTRACE 这样的能力，可以让你使用 process_vm_readv 系统调用，但是该系统调用被 seccomp 配置文件阻止了，那对你没有什么帮助!
所以当你给容器 CAP_SYS_PTRACE 能力时，允许使用 process_vm_readv 和 ptrace 系统调用似乎是一个合理的选择。