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Linux中的chroot命令

在Linux中提供了chroot命令用于将根目录换成指定的目的目录,从而达到了与原系统隔离的目的;

本文介绍了Linux中的chroot命令;


Linux中的chroot命令

命令介绍

chroot命令 用来在指定的根目录下运行指令,即:change root directory (更改 root 目录)

chroot 最早是作为系统调用引入 1979 年的 Unix V7 系统,目的是为了将当前进程及其子进程的 root 目录重定向到某个指定目录;

1982 年,chroot 功能被加入到 BSD 中,后经 20 多年,FreeBSD 团队引入虚拟化技术的概念,在原本的 chroot 机制上,开发了新的 jail 机制;

在 linux 系统中,系统默认的目录结构都是以/,即是以根 (root) 开始的;

而在使用 chroot 之后,系统的目录结构将以指定的位置作为/位置;

在经过 chroot 命令之后,系统读取到的目录和文件将不在是旧系统根下的而是新根下(即被指定的新的位置)的目录结构和文件;

简单来说:

一个正在运行的进程经过 chroot 操作后,其根目录将被显式映射为某个指定目录,它将不能够对该指定目录之外的文件进行访问动作;

这是一种非常简单的资源隔离化操作,类似于现在 Linux 的 Mount Namespace 功能;

当年 Docker 刚开源的时候,有个人就利用 Linux 下 chroot 命令,用 100 多行的 Bash 代码实现了一个模拟版的 Docker

因此它带来的好处大致有以下3个:

  • 增加系统的安全性,限制用户的权力;

在经过 chroot 之后,在新根下将访问不到旧系统的根目录结构和文件,这样就增强了系统的安全性;

这个一般是在登录 (login) 前使用 chroot,以此达到用户不能访问一些特定的文件;

  • 建立一个与原系统隔离的系统目录结构,方便用户的开发;

使用 chroot 后,系统读取的是新根下的目录和文件,这是一个与原系统根下文件不相关的目录结构;

在这个新的环境中,可以用来测试软件的静态编译以及一些与系统不相关的独立开发;

  • 切换系统的根目录位置,引导 Linux 系统启动以及急救系统等;

chroot 的作用就是切换系统的根位置,而这个作用最为明显的是在系统初始引导磁盘的处理过程中使用,从初始 RAM 磁盘 (initrd) 切换系统的根位置并执行真正的 init;

另外,当系统出现一些问题时,我们也可以使用 chroot 来切换到一个临时的系统;


使用场景

如果一个进程/命令运行在一个不能访问外部根目录文件的已修改环境中,这种修改环境通常被称为监禁目录(jail)或是chroot 监禁,只有特权进程和根用户才能使用 chroot 命令;

这通常是很有用的:

  1. 将特权分配给无特权的进程,例如 Web 服务或 DNS 服务;
  2. 建立测试环境;
  3. 不使程序或系统崩溃下,运行旧程序或 ABI 兼容的程序;
  4. 系统恢复;
  5. 重新安装引导装载程序,例如 Grub 或 Lilo;
  6. 密码找回,重置一个已丢失的密码等;

命令语法

在现今的 Linux 上,chroot 既是一个 CLI 工具(chroot(8)),又是一个系统调用(chroot(2));

命令语法如下:

chroot [OPTION] NEWROOT [COMMAND [ARGS]...]

# 例如:
chroot /path/to/new/root command
# 或
chroot /path/to/new/root /path/to/server
# 或
chroot [options] /path/to/new/root /path/to/server

# 选项
--userspec=USER:GROUP  # 使用指定的 用户 和 组 (ID 或 名称)
--groups=G_LIST        # 指定补充组 g1,g2,..,gN 
--help     # 显示帮助并退出
--version  # 显示版本信息并退出
  • 目录(dir):指定新的根目录;
  • 指令(command):指定要执行的指令;

COMMAND 指的是切换 root 目录后需要执行的命令,如果没有指定,默认是 ${SHELL} -i,大部分情况是 /bin/bash

此外,执行 chroot(8) 需要使用 root 权限;

例如,简单地,我们可以这样使用:

$ sudo chroot /path/to/new/root /bin/bash

下面就让我们来建造我们的监狱(jail);


使用案例:Jail

创建对应的新的根目录:

$ J=$HOME/jail
$ mkdir -p $J
$ mkdir -p $J/{bin,lib/x86_64-linux-gnu,lib64,etc,var}

将几个必要的命令工具 copy 到 bin/ 下:

$ sudo cp -vf /bin/{bash,ls} $J/bin

将步骤 2 中可执行命令依赖的动态库 copy 到 jail/ 下:

$ list=`ldd /bin/ls | egrep -o '/lib.*\.[0-9]'`
$ for i in $list; do sudo cp -vf $i $J/$i; done

$ list=`ldd /bin/bash | egrep -o '/lib.*\.[0-9]'`
$ for i in $list; do sudo cp $i -vf $J/$i; done

执行 chroot 命令:

$ sudo chroot $J /bin/bash

bash-4.3# ls
bin  etc  lib  lib64  var
bash-4.3# cd /
bash-4.3# ls
bin  etc  lib  lib64  var
bash-4.3# cd ..
bash-4.3# ls
bin  etc  lib  lib64  var

可以看到无论我们如何改变目录,其根目录都被隔离在 $J 中;

执行 exit 命令可退出这一环境;


使用chroot(2)系统调用

chroot(2) 的原型是:

#include <unistd.h>

int chroot(const char *path);

chroot() 将调用进程及其子进程的根目录指定为 path;

同样的,执行该调用需要使用 root 权限;

如以下代码所示:

test_chroot.c

#include <stdio.h>
#include <error.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

char *const path = "/root/jail"; // 如上文实验所述目录
char *const argv[] = {"/bin/bash", NULL};

int main(void) {
    if (chroot(path) != 0) {
        perror("chroot error");
          exit(1);
    }
    chdir("/");                 // 忽略返回值
    execvp("/bin/bash", argv);  // 忽略返回值
    return 0;
}

编译和运行代码:

$ gcc test_chroot.c -o test_chroot

$ ./test_chroot # 非 root 用户执行命令
chroot error: Operation not permitted

$ sudo ./test_chroot
bash-4.3#

查找服务是否存在于 chrooted 监禁内

可通过查看进程的 /proc/<pid>/root 来查看对应进程是否处于 chroot 监禁中;

如上文,其 chroot 下 bash 的执行进程为 15768,则有:

$ sudo ls -ld /proc/15768/root
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 17 22:47 /proc/15768/root -> /root/jail

可见其根目录已经被修改为 /root/jail


在 Linux 和 类Unix 系统下 chroot 应用程序的注意事项

从上面的例子看出,chroot 是相当简单的,但是最终可能出现几种不同的问题而结束,例如:

  • 在 jail 中缺失库文件可能直接导致 jail 崩溃;
  • 一些复杂的程序不好被 chroot;
  • 正在运行某一程序的 jail 不能再运行其他程序,不能更改任何文件,也不能”假设”另一个用户的身份;放宽这些限制,会降低你的安全性,请根据具体情况使用chroot;

因此要么尝试真正的jail,例如:FreeBSD提供的,要么用虚拟化解决,比如Linux 下的 KVM

还要注意:

  1. 当你升级本地程序时,不要忘记升级已 chroot 的程序;
  2. 并非所有程序能够或者应该被 chroot;
  3. 任何需要 root 权限操作的程序,对其 chroot 是没意义的,因为通常 root 用户都能脱离 chroot;
  4. Chroot 并不一个高招;更多的可以学习如何保护和加强系统的各个部分

chroot 的安全问题:

chroot 机制从一开始就并非安全,存在很多安全漏洞,有不少「越狱」(jailbreak)的手段;


附录

文章参考:



本文作者:Jasonkay
本文链接:https://jasonkayzk.github.io/2021/06/26/Linux中的chroot命令/
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