一文看懂Docker容器技術架構及其中的各個模塊

2022-10-12 分類：網站建設

概述

今天主要簡單介紹下docker的技術架構及其中組成的各個模塊。

技術架構

一文看懂Docker容器技術架構及其中的各個模塊

distribution 負責與docker registry交互，上傳洗澡鏡像以及v2 registry 有關的源數據

registry負責docker registry有關的身份認證、鏡像查找、鏡像驗證以及管理registry mirror等交互操作。

image 負責與鏡像源數據有關的存儲、查找，鏡像層的索引、查找以及鏡像tar包有關的導入、導出操作。

reference負責存儲本地所有鏡像的repository和tag名，并維護與鏡像id之間的映射關系。

layer模塊負責與鏡像層和容器層源數據有關的增刪改查，并負責將鏡像層的增刪改查映射到實際存儲鏡像層文件的graphdriver模塊。

graghdriver是所有與容器鏡像相關操作的執行者。

1、docker client

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

docker client發送容器管理請求后，由docker daemon接受并處理請求，當docker client 接收到返回的請求相應并簡單處理后，docker client 一次完整的生命周期就結束了，當需要繼續發送容器管理請求時，用戶必須再次通過docker可以執行文件創建docker client。

2、docker daemon

docker daemon 是docker架構中一個常駐在后臺的系統進程，功能是：接收處理docker client發送的請求。該守護進程在后臺啟動一個server，server負載接受docker client發送的請求;接受請求后，server通過路由與分發調度，找到相應的handler來執行請求。

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

3、docker server

docker server在docker架構中時專門服務于docker client的server，該server的功能時：接受并調度分發docker client發送的請求，架構圖如下：

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

4、engine

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

在Engine數據結構的設計與實現過程中，有一個handler對象。該handler對象存儲的都是關于眾多特定job的handler處理訪問。舉例說明，Engine的handler對象中有一項為：{“create”: daemon.ContainerCreate,}，則說明當名為”create”的job在運行時，執行的是daemon.ContainerCreate的handler。

5、job

一個Job可以認為是Docker架構中Engine內部最基本的工作執行單元。Docker可以做的每一項工作，都可以抽象為一個job。例如：在容器內部運行一個進程，這是一個job;創建一個新的容器，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，創建Server服務于HTTP的API，這也是一個job，等等。

Job的設計者，把Job設計得與Unix進程相仿。比如說：Job有一個名稱，有參數，有環境變量，有標準的輸入輸出，有錯誤處理，有返回狀態等。

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建時，被加載用來初始化容器的文件架構與目錄。

在Docker的運行過程中，Docker Daemon會與Docker Registry通信，并實現搜索鏡像、下載鏡像、上傳鏡像三個功能，這三個功能對應的job名稱分別為”search”，”pull” 與 “push”。

其中，在Docker架構中，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，必須通過互聯網訪問Docker Hub;同時Docker也允許用戶構建本地私有的Docker Registry，這樣可以保證容器鏡像的獲取在內網完成。

7、Graph

Graph在Docker架構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鏡像，另一方面也通過GraphDB記錄著所有文件系統鏡像彼此之間的關系。Graph的架構如下：

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其中，GraphDB是一個構建在SQLite之上的小型圖數據庫，實現了節點的命名以及節點之間關聯關系的記錄。它僅僅實現了大多數圖數據庫所擁有的一個小的子集，但是提供了簡單的接口表示節點之間的關系。

同時在Graph的本地目錄中，關于每一個的容器鏡像，具體存儲的信息有：該容器鏡像的元數據，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架構中的驅動模塊。通過Driver驅動，Docker可以實現對Docker容器執行環境的定制。由于Docker運行的生命周期中，并非用戶所有的操作都是針對Docker容器的管理，另外還有關于Docker運行信息的獲取，Graph的存儲與記錄等。因此，為了將Docker容器的管理從Docker Daemon內部業務邏輯中區分開來，設計了Driver層驅動來接管所有這部分請求。

9、libcontainer

libcontainer是Docker架構中一個使用Go語言設計實現的庫，設計初衷是希望該庫可以不依靠任何依賴，直接訪問內核中與容器相關的API。

正是由于libcontainer的存在，Docker可以直接調用libcontainer，而最終操縱容器的namespace、cgroups、apparmor、網絡設備以及防火墻規則等。這一系列操作的完成都不需要依賴LXC或者其他包。libcontainer架構如下：

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另外，libcontainer提供了一整套標準的接口來滿足上層對容器管理的需求。或者說，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實現，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在其著名云計算平臺Azure中，也添加了對Docker的支持，可見Docker的開放程度與業界的火熱度。

10、docker container

Docker container(Docker容器)是Docker架構中服務交付的最終體現形式。

Docker按照用戶的需求與指令，訂制相應的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; 用戶通過指定計算資源的配額，使得Docker容器使用指定的計算資源; 用戶通過配置網絡及其安全策略，使得Docker容器擁有獨立且安全的網絡環境; 用戶通過指定運行的命令，使得Docker容器執行指定的工作。

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