一文看懂Docker容器技術(shù)架構(gòu)及其中的各個模塊

概述

今天主要簡單介紹下docker的技術(shù)架構(gòu)及其中組成的各個模塊。

技術(shù)架構(gòu)

distribution 負(fù)責(zé)與docker registry交互，上傳洗澡鏡像以及v2 registry 有關(guān)的源數(shù)據(jù)

registry負(fù)責(zé)docker registry有關(guān)的身份認(rèn)證、鏡像查找、鏡像驗(yàn)證以及管理registry mirror等交互操作。

image 負(fù)責(zé)與鏡像源數(shù)據(jù)有關(guān)的存儲、查找，鏡像層的索引、查找以及鏡像tar包有關(guān)的導(dǎo)入、導(dǎo)出操作。

reference負(fù)責(zé)存儲本地所有鏡像的repository和tag名，并維護(hù)與鏡像id之間的映射關(guān)系。

layer模塊負(fù)責(zé)與鏡像層和容器層源數(shù)據(jù)有關(guān)的增刪改查，并負(fù)責(zé)將鏡像層的增刪改查映射到實(shí)際存儲鏡像層文件的graphdriver模塊。

graghdriver是所有與容器鏡像相關(guān)操作的執(zhí)行者。

1、docker client

docker client 是docker架構(gòu)中用戶用來和docker daemon建立通信的客戶端，用戶使用的可執(zhí)行文件為docker，通過docker命令行工具可以發(fā)起眾多管理container的請求。

docker client發(fā)送容器管理請求后，由docker daemon接受并處理請求，當(dāng)docker client 接收到返回的請求相應(yīng)并簡單處理后，docker client 一次完整的生命周期就結(jié)束了，當(dāng)需要繼續(xù)發(fā)送容器管理請求時，用戶必須再次通過docker可以執(zhí)行文件創(chuàng)建docker client。

2、docker daemon

docker daemon 是docker架構(gòu)中一個常駐在后臺的系統(tǒng)進(jìn)程，功能是：接收處理docker client發(fā)送的請求。該守護(hù)進(jìn)程在后臺啟動一個server，server負(fù)載接受docker client發(fā)送的請求;接受請求后，server通過路由與分發(fā)調(diào)度，找到相應(yīng)的handler來執(zhí)行請求。

docker daemon啟動所使用的可執(zhí)行文件也為docker，與docker client啟動所使用的可執(zhí)行文件docker相同，在docker命令執(zhí)行時，通過傳入的參數(shù)來判別docker daemon與docker client。

3、docker server

docker server在docker架構(gòu)中時專門服務(wù)于docker client的server，該server的功能時：接受并調(diào)度分發(fā)docker client發(fā)送的請求，架構(gòu)圖如下：

在Docker的啟動過程中，通過包gorilla/mux(golang的類庫解析)，創(chuàng)建了一個mux.Router，提供請求的路由功能。在Golang中，gorilla/mux是一個強(qiáng)大的URL路由器以及調(diào)度分發(fā)器。該mux.Router中添加了眾多的路由項(xiàng)，每一個路由項(xiàng)由HTTP請求方法(PUT、POST、GET或DELETE)、URL、Handler三部分組成。

4、engine

Engine是Docker架構(gòu)中的運(yùn)行引擎，同時也Docker運(yùn)行的核心模塊。它扮演Docker container存儲倉庫的角色，并且通過執(zhí)行job的方式來操縱管理這些容器。

在Engine數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中，有一個handler對象。該handler對象存儲的都是關(guān)于眾多特定job的handler處理訪問。舉例說明，Engine的handler對象中有一項(xiàng)為：{“create”: daemon.ContainerCreate,}，則說明當(dāng)名為”create”的job在運(yùn)行時，執(zhí)行的是daemon.ContainerCreate的handler。

5、job

一個Job可以認(rèn)為是Docker架構(gòu)中Engine內(nèi)部最基本的工作執(zhí)行單元。Docker可以做的每一項(xiàng)工作，都可以抽象為一個job。例如：在容器內(nèi)部運(yùn)行一個進(jìn)程，這是一個job;創(chuàng)建一個新的容器，這是一個job，從Internet上下載一個文檔，這是一個job;包括之前在Docker Server部分說過的，創(chuàng)建Server服務(wù)于HTTP的API，這也是一個job，等等。

Job的設(shè)計(jì)者，把Job設(shè)計(jì)得與Unix進(jìn)程相仿。比如說：Job有一個名稱，有參數(shù)，有環(huán)境變量，有標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出，有錯誤處理，有返回狀態(tài)等。

6、docker registry

Docker Registry是一個存儲容器鏡像的倉庫。而容器鏡像是在容器被創(chuàng)建時，被加載用來初始化容器的文件架構(gòu)與目錄。

在Docker的運(yùn)行過程中，Docker Daemon會與Docker Registry通信，并實(shí)現(xiàn)搜索鏡像、下載鏡像、上傳鏡像三個功能，這三個功能對應(yīng)的job名稱分別為”search”，”pull” 與 “push”。

其中，在Docker架構(gòu)中，Docker可以使用公有的Docker Registry，即大家熟知的Docker Hub，如此一來，Docker獲取容器鏡像文件時，必須通過互聯(lián)網(wǎng)訪問Docker Hub;同時Docker也允許用戶構(gòu)建本地私有的Docker Registry，這樣可以保證容器鏡像的獲取在內(nèi)網(wǎng)完成。

7、Graph

Graph在Docker架構(gòu)中扮演已下載容器鏡像的保管者，以及已下載容器鏡像之間關(guān)系的記錄者。一方面，Graph存儲著本地具有版本信息的文件系統(tǒng)鏡像，另一方面也通過GraphDB記錄著所有文件系統(tǒng)鏡像彼此之間的關(guān)系。Graph的架構(gòu)如下：

其中，GraphDB是一個構(gòu)建在SQLite之上的小型圖數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的命名以及節(jié)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的記錄。它僅僅實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)圖數(shù)據(jù)庫所擁有的一個小的子集，但是提供了簡單的接口表示節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。

同時在Graph的本地目錄中，關(guān)于每一個的容器鏡像，具體存儲的信息有：該容器鏡像的元數(shù)據(jù)，容器鏡像的大小信息，以及該容器鏡像所代表的具體rootfs。

8、driver

Driver是Docker架構(gòu)中的驅(qū)動模塊。通過Driver驅(qū)動，Docker可以實(shí)現(xiàn)對Docker容器執(zhí)行環(huán)境的定制。由于Docker運(yùn)行的生命周期中，并非用戶所有的操作都是針對Docker容器的管理，另外還有關(guān)于Docker運(yùn)行信息的獲取，Graph的存儲與記錄等。因此，為了將Docker容器的管理從Docker Daemon內(nèi)部業(yè)務(wù)邏輯中區(qū)分開來，設(shè)計(jì)了Driver層驅(qū)動來接管所有這部分請求。

9、libcontainer

libcontainer是Docker架構(gòu)中一個使用Go語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的庫，設(shè)計(jì)初衷是希望該庫可以不依靠任何依賴，直接訪問內(nèi)核中與容器相關(guān)的API。

正是由于libcontainer的存在，Docker可以直接調(diào)用libcontainer，而最終操縱容器的namespace、cgroups、apparmor、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及防火墻規(guī)則等。這一系列操作的完成都不需要依賴LXC或者其他包。libcontainer架構(gòu)如下：

另外，libcontainer提供了一整套標(biāo)準(zhǔn)的接口來滿足上層對容器管理的需求?；蛘哒f，libcontainer屏蔽了Docker上層對容器的直接管理。又由于libcontainer使用Go這種跨平臺的語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)，且本身又可以被上層多種不同的編程語言訪問，因此很難說，未來的Docker就一定會緊緊地和Linux捆綁在一起。而于此同時，Microsoft在其著名云計(jì)算平臺Azure中，也添加了對Docker的支持，可見Docker的開放程度與業(yè)界的火熱度。

10、docker container

Docker container(Docker容器)是Docker架構(gòu)中服務(wù)交付的最終體現(xiàn)形式。

Docker按照用戶的需求與指令，訂制相應(yīng)的Docker容器：

用戶通過指定容器鏡像，使得Docker容器可以自定義rootfs等文件系統(tǒng); 用戶通過指定計(jì)算資源的配額，使得Docker容器使用指定的計(jì)算資源; 用戶通過配置網(wǎng)絡(luò)及其安全策略，使得Docker容器擁有獨(dú)立且安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境; 用戶通過指定運(yùn)行的命令，使得Docker容器執(zhí)行指定的工作。

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