6.Docker总体架构

Docker总体架构

模块
distribution	负责与docker registry交互，上传下载镜像以及v2 registry 有关的源数据
registry	负责docker registry有关的身份认证、镜像查找、镜像验证以及管理registry mirror等交互操作
image	负责与镜像源数据有关的存储、查找，镜像层的索引、查找以及镜像tar包有关的导入、导出操作
reference	负责存储本地所有镜像的repository和tag名，并维护与镜像id之间的映射关系
layer	模块负责与镜像层和容器层源数据有关的增删改查；并负责将镜像层的增删改查映射到实际存储镜像层文件的graphdriver模块
graghdriver	是所有与容器镜像相关操作的执行者

如果觉得上面架构图比较乱可以看这个架构

从上图不难看出，用户是使用Docker Client与Docker Daemon建立通信，并发送请求给后者。

而Docker Daemon作为Docker架构中的主体部分，首先提供Server的功能使其可以接受Docker Client的请求；而后Engine执行Docker内部的一系列工作，每一项工作都是以一个Job的形式的存在。

Job的运行过程中，当需要容器镜像时，则从Docker Registry中下载镜像，并通过镜像管理驱动graphdriver将下载镜像以Graph的形式存储；当需要为Docker创建网络环境时，通过网络管理驱动networkdriver创建并配置Docker容器网络环境；当需要限制Docker容器运行资源或执行用户指令等操作时，则通过execdriver来完成。

而libcontainer是一项独立的容器管理包，networkdriver以及execdriver都是通过libcontainer来实现具体对容器进行的操作。当执行完运行容器的命令后，一个实际的Docker容器就处于运行状态，该容器拥有独立的文件系统，独立并且安全的运行环境等。

再来看看另外一个架构，这个个架构就简单清晰指明了server/client交互，容器和镜像、数据之间的一些联系

这个架构图更加清晰了架构

docker daemon就是docker的守护进程即server端，可以是远程的，也可以是本地的，即C/S架构，客户端Docker client 是通过rest api进行通信

docker cli 用来管理容器和镜像，客户端提供一个只读镜像，然后通过镜像可以创建多个容器，这些容器可以只是一个RFS（Root file system根文件系统），也可以是一个包含了用户应用的RFS，容器再docker client中只是要给进程，两个进程之间互不可见

用户不能与server直接交互，但可以通过与容器这个桥梁来交互，由于是操作系统级别的虚拟技术，中间的损耗几乎可以不技

Docker各模块组件分析

1.docker client

• Docker Client是和Docker Daemon建立通信的客户端。用户使用的可执行文件为docker（类似可执行脚本的命令），docker命令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）。

• Docker Client可以通过以下三种方式和Docker Daemon建立通信：tcp://host:port，unix://path_to_socket和fd://socketfd。

• 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架构请求流程并无不同。

2.docker daemon

• docker daemon 是docker架构中一个常驻在后台的系统进程，功能是：接收处理docker client发送的请求。该守护进程在后台启动一个server，server负载接受docker client发送的请求；接受请求后，server通过路由与分发调度，找到相应的handler来执行请求。
• docker daemon启动所使用的可执行文件也为docker，与docker client启动所使用的可执行文件docker相同，在docker命令执行时，通过传入的参数来判别docker daemon与docker client。
• docker daemon的架构可以分为：docker server、engine、job。daemon

docker server

​ docker server在docker架构中时专门服务于docker client的server，该server的功能时：接受并调度分发docker client发送的请求，架构图如下：

　　　　

• 在Docker的启动过程中，通过包gorilla/mux（golang的类库解析），创建了一个mux.Router，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，每一个路由项由HTTP请求方法（PUT、POST、GET或DELETE）、URL、Handler三部分组成。
• 若Docker Client通过HTTP的形式访问Docker Daemon，创建完mux.Router之后，Docker将Server的监听地址以及mux.Router作为参数，创建一个httpSrv=http.Server{}，最终执行httpSrv.Serve()为请求服务。
• 在Server的服务过程中，Server在listener上接受Docker Client的访问请求，并创建一个全新的goroutine来服务该请求。在goroutine中，首先读取请求内容，然后做解析工作，接着找到相应的路由项，随后调用相应的Handler来处理该请求，最后Handler处理完请求之后回复该请求。
• 需要注意的是：Docker Server的运行在Docker的启动过程中，是靠一个名为serveapi的job的运行来完成的。原则上，Docker Server的运行是众多job中的一个，但是为了强调Docker Server的重要性以及为后续job服务的重要特性，将该serveapi的job单独抽离出来分析，理解为Docker Server。

engine

• 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，并且通过执行job的方式来操纵管理这些容器。
• 在Engine数据结构的设计与实现过程中，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，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。

job

• 一个Job可以认为是Docker架构中Engine内部最基本的工作执行单元。Docker可以做的每一项工作，都可以抽象为一个job。例如：在容器内部运行一个进程，这是一个job；创建一个新的容器，这是一个job，从Internet上下载一个文档，这是一个job；包括之前在Docker Server部分说过的，创建Server服务于HTTP的API，这也是一个job，等等。
• Job的设计者，把Job设计得与Unix进程相仿。比如说：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。

3.docker registry

• Docker Registry是一个存储容器镜像的仓库。而容器镜像是在容器被创建时，被加载用来初始化容器的文件架构与目录。
• 在Docker的运行过程中，Docker Daemon会与Docker Registry通信，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。
• 其中，在Docker架构中，Docker可以使用公有的Docker Registry，即大家熟知的Docker Hub，如此一来，Docker获取容器镜像文件时，必须通过互联网访问Docker Hub；同时Docker也允许用户构建本地私有的Docker Registry，这样可以保证容器镜像的获取在内网完成。

4.Graph

Graph在Docker架构中扮演已下载容器镜像的保管者，以及已下载容器镜像之间关系的记录者。一方面，Graph存储着本地具有版本信息的文件系统镜像，另一方面也通过GraphDB记录着所有文件系统镜像彼此之间的关系。Graph的架构如下：

　　

Repository

• 已下载镜像的保管者（包括下载镜像和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同标签或版本）。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系统使用devicemapper（早期使用）的存储类型。

• 同时在Graph的本地目录中，关于每一个的容器镜像，具体存储的信息有：该容器镜像的元数据，容器镜像的大小信息，以及该容器镜像所代表的具体rootfs。

GraphDB

• 已下载容器镜像之间关系的记录者。
• GraphDB是一个构建在SQLite之上的小型图数据库，实现了节点的命名以及节点之间关联关系的记录

5.driver

Driver是Docker架构中的驱动模块。通过Driver驱动，Docker可以实现对Docker容器执行环境的定制。由于Docker运行的生命周期中，并非用户所有的操作都是针对Docker容器的管理，另外还有关于Docker运行信息的获取，Graph的存储与记录等。因此，为了将Docker容器的管理从Docker Daemon内部业务逻辑中区分开来，设计了Driver层驱动来接管所有这部分请求。

在Docker Driver的实现中，可以分为以下三类驱动：graphdriver、networkdriver和execdriver。

graphdriver

graphdriver的架构如下：

​graphdriver主要用于完成容器镜像的管理，包括存储与获取。即当用户需要下载指定的容器镜像时，graphdriver将容器镜像存储在本地的指定目录；同时当用户需要使用指定的容器镜像来创建容器的rootfs时，graphdriver从本地镜像存储目录中获取指定的容器镜像。

​在graphdriver的初始化过程之前，有4种文件系统或类文件系统在其内部注册，它们分别是aufs、btrfs、vfs和devmapper。而Docker在初始化之时，通过获取系统环境变量DOCKER_DRIVER来提取所使用driver的指定类型。而之后所有的graph操作，都使用该driver来执行。

networkdriver

​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环境创建网桥；Docker容器创建时为其创建专属虚拟网卡设备；以及为Docker容器分配IP、端口并与宿主机做端口映射，设置容器防火墙策略等。networkdriver的架构如下：

execdriver

execdriver作为Docker容器的执行驱动，负责创建容器运行命名空间，负责容器资源使用的统计与限制，负责容器内部进程的真正运行等。在execdriver的实现过程中，原先可以使用LXC驱动调用LXC的接口，来操纵容器的配置以及生命周期，而现在execdriver默认使用native驱动，不依赖于LXC。具体体现在Daemon启动过程中加载的ExecDriverflag参数，该参数在配置文件已经被设为native。这可以认为是Docker在1.2版本上一个很大的改变，或者说Docker实现跨平台的一个先兆。execdriver架构如下：

6.libcontainer

​libcontainer是Docker架构中一个使用Go语言设计实现的库，设计初衷是希望该库可以不依靠任何依赖，直接访问内核中与容器相关的API。

正是由于libcontainer的存在，Docker可以直接调用libcontainer，而最终操纵容器的namespace、cgroups、apparmor、网络设备以及防火墙规则等。这一系列操作的完成都不需要依赖LXC或者其他包。libcontainer架构如下：

另外，libcontainer提供了一整套标准的接口来满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。又由于libcontainer使用Go这种跨平台的语言开发实现，且本身又可以被上层多种不同的编程语言访问，因此很难说，未来的Docker就一定会紧紧地和Linux捆绑在一起。而于此同时，Microsoft在其著名云计算平台Azure中，也添加了对Docker的支持，可见Docker的开放程度与业界的火热度。

暂不谈Docker，由于libcontainer的功能以及其本身与系统的松耦合特性，很有可能会在其他以容器为原型的平台出现，同时也很有可能催生出云计算领域全新的项目。

7.docker container

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

Docker按照用户的需求与指令，订制相应的Docker容器：

用户通过指定容器镜像，使得Docker容器可以自定义rootfs等文件系统； 用户通过指定计算资源的配额，使得Docker容器使用指定的计算资源； 用户通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； 用户通过指定运行的命令，使得Docker容器执行指定的工作。