圖解 Docker 架構(gòu)
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編輯：業(yè)余草
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01 Docker 的總體架構(gòu)
Docker 是一個 C/S 模式的架構(gòu)，后端是一個松耦合架構(gòu)，模塊各司其職。下圖是它的總體架構(gòu)圖：
1 用戶是使用 Docker Client 與 Docker Daemon 建立通信，并發(fā)送請求給后者。
2 Docker Daemon 作為 Docker 架構(gòu)中的主體部分，首先提供 Docker Server 的功能使其可以接受 Docker Client 的請求。
3 Docker Engine 執(zhí)行 Docker 內(nèi)部的一系列工作，每一項工作都是以一個 Job 的形式的存在。
4 Job 的運行過程中，當(dāng)需要容器鏡像時，則從 Docker Registry 中下載鏡像，并通過鏡像管理驅(qū)動 Graphdriver 將下載鏡像以 Graph 的形式存儲。
5 當(dāng)需要為 Docker 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時，通過網(wǎng)絡(luò)管理驅(qū)動 Networkdriver 創(chuàng)建并配置 Docker容器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
6 當(dāng)需要限制 Docker 容器運行資源或執(zhí)行用戶指令等操作時，則通過 Execdriver 來完成。
7 Libcontainer 是一項獨立的容器管理包，Networkdriver 以及 Execdriver 都是通過 Libcontainer 來實現(xiàn)具體對容器進行的操作。
02 Docker 各模塊組件分析
2.1 Docker Client「發(fā)起請求」
1 Docker Client 是 和 Docker Daemon 建立通信的客戶端。用戶使用的可執(zhí)行文件為 docker（一個命令行可執(zhí)行文件），docker 命令使用后接參數(shù)的形式來實現(xiàn)一個完整的請求命令（例如：docker images，docker 為命令不可變，images 為參數(shù)可變）。
2 Docker Client 可以通過以下三種方式和 Docker Daemon 建立通信：tcp://host:port、unix://pathtosocket 和 fd://socketfd
3 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。(一次完整的請求：發(fā)送請求→處理請求→返回結(jié)果)，與傳統(tǒng)的 C/S 架構(gòu)請求流程并無不同。
2.2 Docker Daemon（后臺守護進程）
Docker daemon 架構(gòu)圖
Docker Server 架構(gòu)圖
1 Docker Server 相當(dāng)于 C/S 架構(gòu)的服務(wù)端。功能為接受并調(diào)度分發(fā) Docker Client 發(fā)送的請求。接受請求后，Docker 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。
2 在 Docker 的啟動過程中，通過包 gorilla/mux 創(chuàng)建了一個 mux.Router 來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(diào)度分發(fā)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。
3 創(chuàng)建完 mux.Router 之后，Docker 將 Server 的監(jiān)聽地址以及 mux.Router 作為參數(shù)來創(chuàng)建一個 httpSrv=http.Server{}，最終執(zhí)行 httpSrv.Serve() 為請求服務(wù)。
4 在 Docker Server 的服務(wù)過程中，Docker Server 在 listener 上接受 Docker Client 的訪問請求，并創(chuàng)建一個全新的 goroutine 來服務(wù)該請求。在 goroutine 中，首先讀取請求內(nèi)容并做解析工作，接著找到相應(yīng)的路由項并調(diào)用相應(yīng)的 Handler 來處理該請求，最后 Handler 處理完請求之后回復(fù)該請求。
2.3 Docker Engine
5 Docker Engine 是 Docker 架構(gòu)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(zhí)行 Job 的方式來操縱管理這些容器。
6 在 Docker Engine 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實現(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: Docker Engine 的Handler 對象中有一項為：{“create”: daemon.ContainerCreate,}，則說明當(dāng)名為”create” 的 Job 在運行時，執(zhí)行的是 daemon.ContainerCreate 的 Handler。
Job
1 一個 Job 可以認(rèn)為是 Docker 架構(gòu)中 Docker Engine 內(nèi)部最基本的工作執(zhí)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(nèi)部運行一個進程，這是一個 Job；創(chuàng)建一個新的容器，這是一個 Job。Docker Server 的運行過程也是一個 Job，名為 ServeApi。
2 Job 的設(shè)計者，把 Job 設(shè)計得與 Unix 進程相仿。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。
2.4 Docker Registry(鏡像注冊中心)
1 Docker Registry 是一個存儲容器鏡像的倉庫（注冊中心），可理解為云端鏡像倉庫。按 Repository 來分類，docker pull 按照 [repository]:[tag] 來精確定義一個具體的 Image。
2 在 Docker 的運行過程中，Docker Daemon 會與 Docker Registry 通信，并實現(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”。
3 Docker Registry 可分為公有倉庫（ Docker Hub）和私有倉庫。
2.5 Graph 「Docker 內(nèi)部數(shù)據(jù)庫」
Graph 架構(gòu)圖
Repository
1 已下載鏡像的保管者（包括下載的鏡像和通過 Dockerfile 構(gòu)建的鏡像）。
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2 一個 Repository 表示某類鏡像的倉庫（例如：Ubuntu），同一個 Repository 內(nèi)的鏡像用 Tag 來區(qū)分（表示同一類鏡像的不同標(biāo)簽或版本）。一個 Registry 包含多個Repository，一個 Repository 包含同類型的多個 Image。
3 鏡像的存儲類型有 Aufs、Devicemapper、Btrfs、Vfs等。其中 CentOS 系統(tǒng) 7.x 以下版本使用 Devicemapper 的存儲類型。
4 同時在 Graph 的本地目錄中存儲有關(guān)于每一個的容器鏡像具體信息，包含有：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。
GraphDB
1 已下載容器鏡像之間關(guān)系的記錄者。
2 GraphDB 是一個構(gòu)建在 SQLite 之上的小型數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了節(jié)點的命名以及節(jié)點之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的記錄。
2.6 Driver 「執(zhí)行部分」
Driver 是 Docker 架構(gòu)中的驅(qū)動模塊。通過 Driver 驅(qū)動，Docker 可以實現(xiàn)對 Docker 容器執(zhí)行環(huán)境的定制。即 Graph 負(fù)責(zé)鏡像的存儲，Driver 負(fù)責(zé)容器的執(zhí)行。
Graphdriver
Graphdriver 架構(gòu)圖
1 Graphdriver 主要用于完成容器鏡像的管理，包括存儲與獲取。
2 存儲：docker pull 下載的鏡像由 Graphdriver 存儲到本地的指定目錄( Graph 中 )。
3 獲取：docker run（create）用鏡像來創(chuàng)建容器的時候由 Graphdriver 到本地 Graph中獲取鏡像。
Networkdriver
Networkdriver 架構(gòu)圖
Networkdriver 的用途是完成 Docker 容器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的配置，其中包括:
Docker 啟動時為 Docker 環(huán)境創(chuàng)建網(wǎng)橋。
Docker 容器創(chuàng)建時為其創(chuàng)建專屬虛擬網(wǎng)卡設(shè)備。
Docker 容器分配IP、端口并與宿主機做端口映射，設(shè)置容器防火墻策略等。
Execdriver
Execdriver 架構(gòu)圖
1 Execdriver 作為 Docker 容器的執(zhí)行驅(qū)動，負(fù)責(zé)創(chuàng)建容器運行命名空間、容器資源使用的統(tǒng)計與限制、容器內(nèi)部進程的真正運行等。
2 現(xiàn)在 Execdriver 默認(rèn)使用 Native 驅(qū)動，不依賴于 LXC。
2.7 Libcontainer 「函數(shù)庫」
Libcontainer 架構(gòu)圖
1 Libcontainer 是 Docker 架構(gòu)中一個使用 Go 語言設(shè)計實現(xiàn)的庫，設(shè)計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。
2 Docker 可以直接調(diào)用 Libcontainer 來操縱容器的 Namespace、Cgroups、Apparmor、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及防火墻規(guī)則等。
3 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。
2.8 Docker Container 「服務(wù)交付的最終形式」
Docker Container 架構(gòu)
1 Docker Container（ Docker 容器 ）是 Docker 架構(gòu)中服務(wù)交付的最終體現(xiàn)形式。
2 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(wǎng)絡(luò)及其安全策略，使得 Docker 容器擁有獨立且安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
用戶通過指定運行的命令，使得 Docker 容器執(zhí)行指定的工作。
附：本文在《docker源碼分析》基礎(chǔ)上進行整理。