Docker工作原理

Posted 2021-03-23

Docker架构的工作原理

对Docker不太熟悉的朋友可以参考博文：Docker简介及安装配置详解
首先Docker是基于Go语言进行开发的，而且是基于C/S结构进行工作的，如图：

从图中可以看出：
（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 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（引擎）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；
（3）Job的运行过程中，当需要容器镜像时，则从Docker Registry（docker仓库）中下载镜像，并通过graphdriver（镜像管理驱动）将下载镜像以Graph（图像）的形式存储；当需要为Docker创建网络环境时，通过networkdriver（网络管理驱动）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（执行管理驱动）来完成。
（4）libcontainer（容器库）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。

各个模块的功能

（1）docker client

docker client是docker架构中用户用来和docker daemon建立通信的客户端，用户可以通过dicker命令行工具发起众多管理docker container的请求。

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已经结束了。

（2）docker daemon

docker daemon 是docker架构中一个常驻在后台的系统进程，功能就是：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（处理器）来执行请求。

（3）docker server

　docker server在docker架构中是专门服务于docker client的server，该server的功能就是：接受并调度分发docker client发送的请求。

（4）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。

（5）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。

（6）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。

（7）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。

（8）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；
• 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；
• 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”；

（9）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。

（10）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。

如果想对Docker有更加深入的研究可以参考博文：Docker架构原理及简单使用

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