[转载]图解 Docker 架构

Leefs 2020-11-27 AM 3023℃ 2条

## 【转载】图解 Docker 架构

### 一、Docker 的总体架构

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。下图是它的总体架构图：

![01.图解Docker架构01.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/11/4163552570.jpg)

1. 用户是使用Docker Client与Docker Daemon建立通信，并发送请求给后者。

2. Docker Demon作为Docker架构中的主体部分，首先提供Docker Server的功能使其可以接受Docker Client的请求。
3. Docker Engine执行Docker内部的一系列工作，每一项工作都是以一个Job的形式存在。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。

### 二、Docker各模块组件分析

**2.1 Docker Client【发起请求】**

1. 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（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可以通过以下三种方式和Docker Daemon建立通信：`tcp://host:port、unix://pathtosocket 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 接收到返回的请求响应并简单处理后，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。

**2.2 Docker Daemon（后台守护进程）**

Docker daemon 架构图

![01.图解Docker架构02.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/11/1235757751.jpg)

Docker Server 架构图

![01.图解Docker架构03.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/11/358181120.jpg)

1. Docker Server 相当于 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 通过路由与分发调度，找到相应的 Handler 来执行请求。
2. 在 Docker 的启动过程中，通过包 gorilla/mux 创建了一个 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，每一个路由项由 HTTP 请求方法（PUT、POST、GET 或DELETE）、URL、Handler 三部分组成。
3. 创建完 mux.Router 之后，Docker 将 Server 的监听地址以及 mux.Router 作为参数来创建一个 httpSrv=http.Server{}，最终执行 httpSrv.Serve() 为请求服务。
4. 在 Docker Server 的服务过程中，Docker 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，首先读取请求内容并做解析工作，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 处理完请求之后回复该请求。

**2.3 Docker Engine**

5. Docker Engine 是 Docker 架构中的运行引擎，同时也是 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。
6. 在 Docker 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: 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。

**Job**

1. 一个 Job 可以认为是 Docker 架构中 Docker 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。Docker Server 的运行过程也是一个 Job，名为 ServeApi。
2. 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。

**2.4 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] 来精确定义一个具体的 Image。
2. 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”。

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

**2.5 Graph【Docker 内部数据库】**

Graph 架构图

![01.图解Docker架构04.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/11/3475078991.jpg)

**Repository**

1. 已下载镜像的保管者（包括下载的镜像和通过 Dockerfile 构建的镜像）。
2. 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。
3. 镜像的存储类型有 Aufs、Devicemapper、Btrfs、Vfs等。其中 CentOS 系统 7.x 以下版本使用 Devicemapper 的存储类型。
4. 同时在 Graph 的本地目录中存储有关于每一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、以及该容器镜像所代表的具体 rootfs。

**GraphDB**

1. 已下载容器镜像之间关系的记录者。
2. 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。

**2.6 Driver【执行部分】**

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。即 Graph 负责镜像的存储，Driver 负责容器的执行。

**Graphdriver**

Graphdriver 架构图

![01.图解Docker架构05.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/11/1187707560.jpg)

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

**Networkdriver**

Networkdriver 架构图

![01.图解Docker架构06.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/11/4211434724.jpg)

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。
+ 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。

**Execdriver**

Execdriver 架构图

![01.图解Docker架构07.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/11/3028975121.jpg)

1. Execdriver 作为 Docker 容器的执行驱动，负责创建容器运行命名空间、容器资源使用的统计与限制、容器内部进程的真正运行等。
2. 现在 Execdriver 默认使用 Native 驱动，不依赖于 LXC。

**2.7 Libcontainer 【函数库】**

Libcontainer 架构图

![01.图解Docker架构08.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/11/4232180592.jpg)

1. 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。
2. Docker 可以直接调用 Libcontainer 来操纵容器的 Namespace、Cgroups、Apparmor、网络设备以及防火墙规则等。
3. 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。

2.8 Docker Container 【服务交付的最终形式】

Docker Container 架构

![01.图解Docker架构09.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2020/11/1059470831.jpg)

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

*附：*

[原文链接地址](https://mp.weixin.qq.com/s/E5EF-bTIJkXFa_KdcRrwXw)

标签: Docker

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