图解 Docker 架构

Docker 总架构图

Docker 是一个 C/S 模式的架构，后端是一个松耦合架构，模块各司其职。

1. 用户是使用 Docker Client 与 Docker Daemon 创建通讯，并发送请求给后者。

2. Docker Daemon 做为 Docker 架构中的主体部分，首先提供 Docker Server 的功能使其能够接受 Docker Client 的请求。

3. Docker Engine 执行 Docker 内部的一系列工做，每一项工做都是以一个 Job 的形式的存在。

4. Job 的运行过程当中，当须要容器镜像时，则从 Docker Registry 中下载镜像，并经过镜像管理驱动 Graphdriver 将下载镜像以 Graph 的形式存储。

5. 当须要为 Docker 建立网络环境时，经过网络管理驱动 Networkdriver 建立并配置 Docker容器网络环境。

6. 当须要限制 Docker 容器运行资源或执行用户指令等操做时，则经过 Execdriver 来完成。

7. Libcontainer 是一项独立的容器管理包，Networkdriver 以及 Execdriver 都是经过 Libcontainer 来实现具体对容器进行的操做。

Docker 各模块组件分析

Docker Client「发起请求」

1. Docker Client 是 和 Docker Daemon 创建通讯的客户端。用户使用的可执行文件为 docker（一个命令行可执行文件），docker 命令使用后接参数的形式来实现一个完整的请求命令（例如：docker images，docker 为命令不可变，images 为参数可变）。

2. Docker Client 能够经过如下三种方式和 Docker Daemon 创建通讯：tcp://host:port、unix://path_to_socket 和 fd://socketfd

3. Docker Client 发送容器管理请求后，由 Docker Daemon 接受并处理请求，当 Docker Client 接收到返回的请求相应并简单处理后，Docker Client 一次完整的生命周期就结束了。(一次完整的请求：发送请求→处理请求→返回结果)，与传统的 C/S 架构请求流程并没有不一样。

Docker Daemon 「后台守护进程」

1. Docker Daemon 架构图
   
   

   2. Docker Server 「调度分发请求」

• Docker Server 架构图

• Docker Server 至关于 C/S 架构的服务端。功能为接受并调度分发 Docker Client 发送的请求。接受请求后，Docker Server 经过路由与分发调度，找到相应的 Handler 来执行请求。

• 在 Docker 的启动过程当中，经过包 gorilla/mux 建立了一个 mux.Router 来提供请求的路由功能。在 Golang 中 gorilla/mux 是一个强大的 URL 路由器以及调度分发器。该 mux.Router 中添加了众多的路由项，每个路由项由 HTTP 请求方法（PUT、POST、GET 或DELETE）、URL、Handler 三部分组成。

• 建立完 mux.Router 以后，Docker 将 Server 的监听地址以及 mux.Router 做为参数来建立一个 httpSrv=http.Server{}，最终执行 httpSrv.Serve() 为请求服务。

• 在 Docker Server 的服务过程当中，Docker Server 在 listener 上接受 Docker Client 的访问请求，并建立一个全新的 goroutine 来服务该请求。在 goroutine 中，首先读取请求内容并作解析工做，接着找到相应的路由项并调用相应的 Handler 来处理该请求，最后 Handler 处理完请求以后回复该请求。

3. Docker Engine

• Docker Engine 是 Docker 架构中的运行引擎，同时也 Docker 运行的核心模块。它扮演 Docker Container 存储仓库的角色，而且经过执行 Job 的方式来操纵管理这些容器。

• 在 Docker Engine 数据结构的设计与实现过程当中，有一个 Handler 对象。该 Handler 对象存储的都是关于众多特定 Job 的 Handler 处理访问。举例说明: Docker Engine 的Handler 对象中有一项为：{“create”: daemon.ContainerCreate,}，则说明当名为”create” 的 Job 在运行时，执行的是 daemon.ContainerCreate 的 Handler。

4. Job

• 一个 Job 能够认为是 Docker 架构中 Docker Engine 内部最基本的工做执行单元。Docker 能够作的每一项工做，均可以抽象为一个 Job。例如：在容器内部运行一个进程，这是一个 Job；建立一个新的容器，这是一个 Job。 Docker Server 的运行过程也是一个 Job，名为 ServeApi。

• Job 的设计者，把 Job 设计得与 Unix 进程相仿。好比说：Job 有一个名称、有参数、有环境变量、有标准的输入输出、有错误处理，有返回状态等。

Docker Registry 「镜像注册中心」

1. Docker Registry 是一个存储容器镜像的仓库（注册中心），可理解为云端镜像仓库。按 Repository 来分类，docker pull 按照 [repository]:[tag] 来精肯定义一个具体的 Image。

2. 在 Docker 的运行过程当中，Docker Daemon 会与 Docker Registry 通讯，并实现搜索镜像、下载镜像、上传镜像三个功能，这三个功能对应的 Job 名称分别为： “search”、”pull” 与 “push”。

3. Docker Registry 可分为公有仓库（ Docker Hub）和私有仓库。

Graph 「Docker 内部数据库」

1. Graph 架构图

2. Repository

• 已下载镜像的保管者（包括下载的镜像和经过 Dockerfile 构建的镜像）。

• 一个 Repository 表示某类镜像的仓库（例如：Ubuntu），同一个 Repository 内的镜像用 Tag 来区分（表示同一类镜像的不一样标签或版本）。一个 Registry 包含多个Repository，一个 Repository 包含同类型的多个 Image。

• 镜像的存储类型有 Aufs、Devicemapper、Btrfs、Vfs等。其中 CentOS 系统 7.x 如下版本使用 Devicemapper 的存储类型。

• 同时在 Graph 的本地目录中存储有关于每个的容器镜像具体信息，包含有：该容器镜像的元数据、容器镜像的大小信息、以及该容器镜像所表明的具体 rootfs。
  
  

3. GraphDB

• 已下载容器镜像之间关系的记录者。

• GraphDB 是一个构建在 SQLite 之上的小型数据库，实现了节点的命名以及节点之间关联关系的记录。

Driver 「执行部分」

Driver 是 Docker 架构中的驱动模块。经过 Driver 驱动，Docker 能够实现对 Docker 容器执行环境的定制。即 Graph 负责镜像的存储，Driver 负责容器的执行。

Graphdriver

1. Graphdriver 架构图

2. Graphdriver 主要用于完成容器镜像的管理，包括存储与获取。
3. 存储：docker pull 下载的镜像由 Graphdriver 存储到本地的指定目录( Graph 中 )。
4. 获取：docker run（create）用镜像来建立容器的时候由 Graphdriver 到本地 Graph中获取镜像。

Networkdriver

1. Networkdriver 架构图

2. Networkdriver 的用途是完成 Docker 容器网络环境的配置，其中包括:

• Docker 启动时为 Docker 环境建立网桥。

• Docker 容器建立时为其建立专属虚拟网卡设备。

• Docker 容器分配IP、端口并与宿主机作端口映射，设置容器防火墙策略等。

Execdriver

1. Execdriver 架构图
   
   

2. Execdriver 做为 Docker 容器的执行驱动，负责建立容器运行命名空间、容器资源使用的统计与限制、容器内部进程的真正运行等。

3. 如今 Execdriver 默认使用 Native 驱动，不依赖于 LXC。

Libcontainer 「函数库」

1. Libcontainer 架构图

2. Libcontainer 是 Docker 架构中一个使用 Go 语言设计实现的库，设计初衷是但愿该库能够不依靠任何依赖，直接访问内核中与容器相关的 API。

3. Docker 能够直接调用 Libcontainer 来操纵容器的 Namespace、Cgroups、Apparmor、网络设备以及防火墙规则等。

4. Libcontainer 提供了一整套标准的接口来知足上层对容器管理的需求。或者说 Libcontainer 屏蔽了 Docker 上层对容器的直接管理。

Docker Container 「服务交付的最终形式」

1. Docker Container 架构
   
   

2. Docker Container（ Docker 容器 ）是 Docker 架构中服务交付的最终体现形式。

3. Docker 按照用户的需求与指令，订制相应的 Docker 容器：

• 用户经过指定容器镜像，使得 Docker 容器能够自定义 rootfs 等文件系统。

• 用户经过指定计算资源的配额，使得 Docker 容器使用指定的计算资源。

• 用户经过配置网络及其安全策略，使得 Docker 容器拥有独立且安全的网络环境。

• 用户经过指定运行的命令，使得 Docker 容器执行指定的工做。

• 来源：胡伟煌我的博客

• 原文：http://t.cn/RdiV7Sn

• 题图：来自谷歌图片搜索

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