11.3 Qjail 管理工具

Jail 管理工具的技术选型：三种方案对比

Qjail 是用于部署 Jail 环境的工具，源自 ezjail 3.1，它在继承 ezjail 设计理念的基础上进行了功能扩展与优化。

常见的 Jail 管理工具包括 ezjail、Qjail 和 iocage，这三种工具代表了不同的技术路线与设计哲学。

ezjail 在 2015 年更新至 3.4.2 后未再进行关键更新，其 ports 更新依赖 portsnap，现已废弃，不再推荐用于新部署。

iocage 依赖 ZFS 文件系统的高级特性，因此使用 UFS 文件系统的用户无法使用，这在一定程度上限制了其适用范围。

Qjail 不存在这些方面的限制，具有更广泛的文件系统兼容性。

ezjail 不支持 Jail 的 vnet 功能，而 iocage 和 Qjail 支持该功能。vnet（Virtual Network）是 FreeBSD Jail 的网络虚拟化功能，可为每个 Jail 提供独立的网络协议栈。

ezjail 和 Qjail 使用 sh（Shell 脚本）编写，iocage 使用 Python 编写，不同的实现语言带来了不同的可维护性和扩展性特征。

下文中部署的 Jail 在概念上的结构如下图所示：

预留 Jail 的 IP 地址：网络接口配置

在 /etc/rc.conf 文件中添加如下配置。克隆接口 lo1 可将 Jail 网络与宿主机网络配置分开，增强隔离性。如要生成多个接口，应在同一行中以空格分隔描述，而不是另外创建多行，应如 cloned_interfaces="lo1 lo2"。分行书写时，只有第一行会生效：

cloned_interfaces="lo1"  # 克隆出 lo1，尽量和宿主机网络配置分开。①
ifconfig_lo1_alias0="inet 192.168.1.0-9" # 此处示例选择 `192.168.1.0/24` 网段，旨在为 Jail 创建一个与宿主机实际网络分离的独立网段，请根据你的实际网络环境调整 IP 地址范围

重启所有网络接口以应用配置：

# service netif restart

lo1 将获得 10 个 IP 地址，其中 1-9 号 IP 将用于分配给各个 Jail。

安装 Qjail 工具

使用 pkg 安装 Qjail：

# pkg install qjail

或者使用 Ports 安装：

# cd /usr/ports/sysutils/qjail/
# make install clean

设置 qjail 服务开机自启动：

# sysrc qjail_enable=YES

部署 Qjail 使用的目录结构

在使用 Qjail 之前，首先需要部署 Qjail 所使用的目录结构，可通过以下两种方式完成：

附录：从官方镜像站自动下载

# qjail install

此时 Qjail 会从 FreeBSD 官网下载 base.txz 文件，示例输出如下：

# qjail install
resolving server address: ftp.freebsd.org:80
requesting http://ftp.freebsd.org/pub/FreeBSD/releases/amd64/amd64/15.0-RELEASE/base.txz
remote size / mtime: 195363380 / 1652346155
...

附录：从境内镜像站下载

由于境内网络访问限制，也可以使用镜像站手动下载，以中国科学技术大学镜像为例。使用 freebsd-version 命令可确认宿主机的 FreeBSD 版本，Qjail 要求文件版本与宿主机一致。以下示例为 FreeBSD amd64 15.0：

# 从镜像服务器下载 FreeBSD 基础系统文件
# fetch https://mirrors.ustc.edu.cn/freebsd/release/amd64/15.0-RELEASE/base.txz

# 使用 qjail 安装基础系统到指定 jail
# qjail install base.txz

部署好 Qjail 的目录结构后 /usr/jails 目录下会自动生成 sharedfs、template、archive、flavors 四个目录，这四个目录构成了 Qjail 的核心文件系统架构：

• sharedfs 包含一份只读的操作系统可执行文件库，通过 nullfs（一种特殊的文件系统，用于在同一主机的不同位置挂载同一文件系统）挂载，在各个 Jail 之间共享，以节省存储空间

• template 包含操作系统的配置文件模板，将被复制到每个 Jail 的基本文件系统中，作为新 Jail 的初始配置

• archive 保存 jail archive 命令产生的存档文件，用于 Jail 的备份与恢复

• flavors 包含系统风格（flavors）和用户创建的自定义风格，其实就是自己定义的配置文件集合，用于快速定制新 Jail 的配置

/usr/jails/
├── sharedfs/         # 只读操作系统库（各 jail 共享）
├── template/         # 配置文件模板
├── archive/          # jail 存档文件
├── flavors/          # 系统风格配置
│   └── default/
│       └── usr/
│           └── local/
│               └── etc/
│                   └── pkg/
│                       └── repos/
│                           └── FreeBSD.conf  # 自定义 pkg 镜像配置
├── jail1/            # jail1 的根目录
└── jail2/            # jail2 的根目录
    └── usr/
        └── local/
            └── etc/
                └── pkg/
                    └── repos/
                        └── FreeBSD.conf  # 自动复制的配置

部署 jail

创建名为 jail1 的 Jail，指定网络接口和 IPv4 地址：

# qjail create -n lo1 -4 192.168.1.1 jail1

• -n 指定使用 lo1 作为网络接口

• -4 指定 IPv4 地址

生成 jail1 后，/usr/jails/ 目录下会创建 jail1 目录（/usr/jails/jail1/）用于保存对应文件。

可以在前述的 flavors 目录中创建自定义配置文件，以便在部署新的 Jail 时自动复制。例如，新建 /usr/jails/flavors/default/usr/local/etc/pkg/repos/FreeBSD.conf，则之后创建的 Jail 会自动复制该文件：

# qjail create -n lo1 -4 192.168.1.2 jail2

建立 jail2 后，自动建立 /usr/jails/jail2/usr/local/etc/pkg/repos/FreeBSD.conf，即修改了之后所有 Jail 的默认 pkg 镜像。但对应 jail1 并没有生成这个文件，因为生成 jail1 时，还没有在 flavors 目录中写入相应文件。

Qjail 基本用法

列出 Qjail 管理的 Jail：

# qjail list

启用 Jail：

# qjail start # 启动所有 Jail
# qjail start jail1 # 启动 jail1

停止 Jail：

# qjail stop # 停止所有 Jail
# qjail stop jail1 # 停止 jail1

重启 Jail：

# qjail restart # 重启所有 Jail
# qjail restart jail1 # 重启 jail1

进入 Jail 控制台：

# qjail console jail1

进入 Jail 控制台后，将以 Jail 中的 root 账户身份操作（无需输入密码）。由于 Jail 可能开启对外服务，为安全起见，建议设置 root 账户密码。

备份 Jail：

# qjail archive -A  # 备份所有 Jail
# qjail archive jail1  # 备份 jail1

从备份中恢复 Jail：

# qjail restore jail1

删除 Jail：

# qjail delete jail1  # 删除 jail1
# qjail delete -A     # 删除所有 Jail

更新 Jail

下面更新 Jail 的部分不针对单个 Jail，而是针对所有 Jail，因为这些文件通过 nullfs 共享一份。

更新 Jail 中的基本系统

更新 sharedfs 中的文件：

# qjail update -b

更新 ports

这里有 -p（小写）、-P（大写）两个选项，-p（小写）使用 portsnap 更新 jail 的 ports tree。-P（大写）使用宿主机的 ports 更新 jail 的 ports。若主机已有 ports，则建议使用 -P（大写），避免重复下载 ports：

# qjail update -P  # 这里注意要大写

更新系统源代码

# qjail update -S # 大写

更新过程

完整的更新流程如下。更新源代码树可通过 git 或 svn 命令完成，更新 Ports 树可通过 git 或 portsnap 命令完成：

# 获取并安装 FreeBSD 系统更新
# freebsd-update fetch install

# 请自行更新源代码树

# 请自行更新 Ports 树

# 停止所有 qjail jail
# qjail stop

# 更新 qjail 基础系统
# qjail update -b

# 更新 qjail 源代码
# qjail update -S

# 更新 qjail Ports
# qjail update -P

# 启动所有 qjail jail
# qjail start

jail 设置

Qjail 提供 qjail config 命令以对每个 jail 进行定制化配置。由于 Jail 的核心配置参数在其运行状态下无法安全地进行修改，运行该命令前须先停用目标 Jail。

qjail config 命令提供丰富的配置选项，以下列出几个常用参数，完整说明请参考手册页，手册页是获取命令完整技术文档的权威来源。

qjail -- Utility for deployment of jail environments 备份。官方手册提供完整命令参数说明，是 Qjail 使用的权威技术文档。

-h

为 jail1 快速配置 ssh 服务：

# qjail config -h jail1

该命令会快速开启 jail1 的 ssh 服务，新建一个 wheel 组用户，用户名和密码同 jail 名，首次用这个用户登录要求修改密码。也可以在登录 jail 控制台后，自行配置 sshd 服务。

-m、-M

设置 jail1 为手动启动状态：

# qjail config -m jail1

设置 jail1 需手动启动（manual 状态），qjail_enable="YES" 写入 /etc/rc.conf 后在系统启动时会自动启动各个 jail，设为手动启动后则不会在系统启动时自动启动相应的 jail，须用 qjail start jailname 启动。

对应小写的 -m 选项，有大写的 -M 选项，作用为关闭手动启动状态，即清除 manual 状态，可以在系统启动时自动启用 jail。Qjail 中有大量类似的选项，小写字母的选项启用某个功能，大写字母的选项关闭对应功能。如果下文中同时出现小写和大写的选项就不再过多作出说明。

-r、-R

将 jail1 设为不允许启动（norun 状态）：

# qjail config -r jail1

该配置相当于禁用该 jail。

-y、-Y

启用 jail1 的 System V IPC（进程间通信）机制：

# qjail config -y jail1

System V IPC 是一套经典的 UNIX 进程间通信机制，包括共享内存、信号量和消息队列，在 jail 中部署 PostgreSQL 等依赖共享内存和信号量的应用时，必须启用该选项。

网络设定

部分教程中会提到使用 qjail config -k jailname 打开 raw_sockets 功能来实现外网访问，这是不正确的理解。raw_sockets 仅为 ping 等工具所需，并非网络访问的必要条件。在 jail 中打开 raw_sockets 存在安全风险，这是 jail 环境默认的安全设计。因此除非确实需要在 jail 中使用 ping 之类的工具，否则不建议打开 raw_sockets 功能。

此时的 Jail 还不能连接网络，因为 Jail 绑定在 lo1 网络接口上，lo1 并不能直接访问外网，接下来通过 pf 设定网络，其中 em0 为外网接口。使用 ifconfig 命令可查找系统中的外网接口名称。

在 /etc/pf.conf 中写入配置。NAT（网络地址转换）可使 Jail 访问外部网络，端口重定向可使外部网络访问指定 Jail 的服务：

rdr pass on em0 inet proto tcp from any to em0 port 22 -> 192.168.1.1 port 22  # 使宿主机外可以访问指定 jail，端口重定向，将连接到 em0 上 22 端口上的 tcp 连接重定向到 192.168.1.1 地址（即 jail1）的 22 端口上
nat pass on em0 inet from lo1 to any -> em0

启动防火墙服务：

# service pf enable
# service pf start

此时，绑定在 lo1 上的 jail 可以访问宿主机外网络，宿主机外网络可以通过宿主机 22 号端口连接 jail1 的 22 号端口。

示例：部署 PostgreSQL Jail

假设已经如上文所述预留 Jail IP，并成功运行 qjail install 命令。

这里以 PostgreSQL 15 为例，其它版本也适用。

宿主机中操作

创建并配置 PostgreSQL Jail：

# 创建名为 postgres 的 jail，绑定到 lo1 接口，IPv4 地址为 192.168.1.3
# qjail create -n lo1 -4 192.168.1.3 postgres

# 配置 postgres jail，启用 SysV IPC
# qjail config -y postgres

# 启动 postgres jail
# qjail start postgres

编辑 /etc/pf.conf 文件：

nat pass on em0 inet from lo1 to any ->em0
rdr pass on em0 inet proto tcp from any to em0 port 5432 -> 192.168.1.3 port 5432

注意：直接向外提供 PostgreSQL 连接存在安全风险，应根据实际需要谨慎开启端口转发。

启动防火墙服务 pf：

# service pf start

进入名为 postgres 的 jail 的控制台：

# qjail console postgres

Jail 控制台中的操作

下面命令皆在 Jail 控制台下运行，pkg 安装与否使用镜像请自行决定，若使用镜像可以在 Jail 控制台中如同宿主机般进行设置，请参考相关文章。

使用 pkg 安装 PostgreSQL：

# pkg install postgresql15-server

或者使用 Ports 安装：

# cd /usr/ports/databases/postgresql15-server/
# make install clean

---

配置 PostgreSQL：

# service postgresql enable # 设置 PostgreSQL 服务开机自启动
# mkdir -p -m 0700 /var/db/postgres/data15  # 注意版本号
# chown postgres:postgres /var/db/postgres/data15  # 这个目录应属于 postgres 用户
# su postgres   # 这里切换到 postgres 用户，注意下面提示符的变化
$ initdb -A scram-sha-256 -E UTF8 -W -D /var/db/postgres/data15
$ exit   #  回到 jail root 用户，注意提示符变化
# service postgresql start # 立刻启动 PostgreSQL 服务

此处使用 initdb 而非安装时提示的 /usr/local/etc/rc.d/postgresql initdb，目的是避免在设置数据库密码时反复修改 pg_hba.conf 文件。下面对各选项进行简要说明：

• -A 为本地用户指定在 pg_hba.conf 中使用的默认认证方法

• -E 选择模板数据库的编码

• -W 让 initdb 提示要求为数据库超级用户给予一个口令

• -D 指定数据库集簇应该存放的目录

至此 PostgreSQL 服务已经可以运行。

如果在上述过程中未使用 qjail config -y postgres 命令开启 SysV IPC，可能会出现如下错误：

初始化数据库集簇时的错误

启动 PostgreSQL 时的错误

---

此时在宿主机控制台下执行 qjail config -y postgres 即可修正错误，具体如下：

# 停止 postgres jail
# qjail stop postgres

# 配置 postgres jail，启用 SysV IPC
# qjail config -y postgres

# 启动 postgres jail
# qjail start postgres

再次进入 Jail 的控制台就可以正常初始化数据库集簇和运行 PostgreSQL 服务了。

课后习题

1. 使用 Qjail 部署两个 PostgreSQL 数据库 Jail，配置数据隔离与共享基础系统，并验证两个数据库间的隔离性。

2. 修改 Qjail 的 flavor 机制，自定义一个新 flavor 并应用于新 Jail，并将其贡献至 Ports。

3. 使用 AI 自行构建一个 Jail 管理工具，实现 Qjail 的既有功能。