[Docker] Docker整體架構圖

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一、Docker的總架構圖

docker是一個C/S模式的架構，后端是一個松耦合架構，模塊各司其職。

1. 用戶是使用Docker Client與Docker Daemon建立通信，並發送請求給后者。
2. Docker Daemon作為Docker架構中的主體部分，首先提供Server的功能使其可以接受Docker Client的請求；
3. Engine執行Docker內部的一系列工作，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，當需要容器鏡像時，則從Docker Registry中下載鏡像，並通過鏡像管理驅動graphdriver將下載鏡像以Graph的形式存儲；
5. 當需要為Docker創建網絡環境時，通過網絡管理驅動networkdriver創建並配置Docker容器網絡環境；
6. 當需要限制Docker容器運行資源或執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來實現具體對容器進行的操作。

二、Docker各模塊組件分析

（一）Docker Client[發起請求]

1. Docker Client是和Docker Daemon建立通信的客戶端。用戶使用的可執行文件為docker（類似可執行腳本的命令），docker命令后接參數的形式來實現一個完整的請求命令（例如docker images，docker為命令不可變，images為參數可變）。
2. Docker Client可以通過以下三種方式和Docker Daemon建立通信：tcp://host:port，unix://path_to_socket和fd://socketfd。
3. Docker Client發送容器管理請求后，由Docker Daemon接受並處理請求，當Docker Client接收到返回的請求相應並簡單處理后，Docker Client一次完整的生命周期就結束了。[一次完整的請求：發送請求→處理請求→返回結果]，與傳統的C/S架構請求流程並無不同。

（二）Docker Daemon[后台守護進程]

• Docker Daemon的架構圖

  

1. Docker Server[調度分發請求]

   • Docker Server的架構圖
   
   1. Docker Server相當於C/S架構的服務端。功能為接受並調度分發Docker Client發送的請求。接受請求后，Server通過路由與分發調度，找到相應的Handler來執行請求。
   2. 在Docker的啟動過程中，通過包gorilla/mux，創建了一個mux.Router，提供請求的路由功能。在Golang中，gorilla/mux是一個強大的URL路由器以及調度分發器。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. 創建完mux.Router之后，Docker將Server的監聽地址以及mux.Router作為參數，創建一個httpSrv=http.Server{}，最終執行httpSrv.Serve()為請求服務。
   4. 在Server的服務過程中，Server在listener上接受Docker Client的訪問請求，並創建一個全新的goroutine來服務該請求。在goroutine中，首先讀取請求內容，然后做解析工作，接着找到相應的路由項，隨后調用相應的Handler來處理該請求，最后Handler處理完請求之后回復該請求。

2. Engine

   1. Engine是Docker架構中的運行引擎，同時也Docker運行的核心模塊。它扮演Docker container存儲倉庫的角色，並且通過執行job的方式來操縱管理這些容器。
   2. 在Engine數據結構的設計與實現過程中，有一個handler對象。該handler對象存儲的都是關於眾多特定job的handler處理訪問。舉例說明，Engine的handler對象中有一項為：{“create”: daemon.ContainerCreate,}，則說明當名為"create"的job在運行時，執行的是daemon.ContainerCreate的handler。

3. job

   1. 一個Job可以認為是Docker架構中Engine內部最基本的工作執行單元。Docker可以做的每一項工作，都可以抽象為一個job。例如：在容器內部運行一個進程，這是一個job；創建一個新的容器，這是一個job。Docker Server的運行過程也是一個job，名為serveapi。
   2. Job的設計者，把Job設計得與Unix進程相仿。比如說：Job有一個名稱，有參數，有環境變量，有標准的輸入輸出，有錯誤處理，有返回狀態等。

（三）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），可理解為雲端鏡像倉庫，按repository來分類，docker pull 按照[repository]:[tag]來精確定義一個image。
2. 在Docker的運行過程中，Docker Daemon會與Docker Registry通信，並實現搜索鏡像、下載鏡像、上傳鏡像三個功能，這三個功能對應的job名稱分別為"search"，“pull” 與 “push”。
3. 可分為公有倉庫（docker hub）和私有倉庫。

（四）Graph[docker內部數據庫]

• Graph的架構圖

  

1. Repository

   1. 已下載鏡像的保管者（包括下載鏡像和dockerfile構建的鏡像）。
   2. 一個repository表示某類鏡像的倉庫（例如Ubuntu），同一個repository內的鏡像用tag來區分（表示同一類鏡像的不同標簽或版本）。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系統使用devicemapper的存儲類型。
   4. 同時在Graph的本地目錄中，關於每一個的容器鏡像，具體存儲的信息有：該容器鏡像的元數據，容器鏡像的大小信息，以及該容器鏡像所代表的具體rootfs。

2. GraphDB

   1. 已下載容器鏡像之間關系的記錄者。
   2. GraphDB是一個構建在SQLite之上的小型圖數據庫，實現了節點的命名以及節點之間關聯關系的記錄

（五）Driver[執行部分]

Driver是Docker架構中的驅動模塊。通過Driver驅動，Docker可以實現對Docker容器執行環境的定制。即Graph負責鏡像的存儲，Driver負責容器的執行。

1. graphdriver

   • graphdriver架構圖

     
   1. graphdriver主要用於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）用鏡像來創建容器的時候由graphdriver到本地Graph中獲取鏡像。

1. networkdriver

   • networkdriver的架構圖

     
   1. networkdriver的用途是完成Docker容器網絡環境的配置，其中包括
      • Docker啟動時為Docker環境創建網橋；
      • Docker容器創建時為其創建專屬虛擬網卡設備；
      • Docker容器分配IP、端口並與宿主機做端口映射，設置容器防火牆策略等。

2. execdriver

   • execdriver的架構圖

     
   1. execdriver作為Docker容器的執行驅動，負責創建容器運行命名空間，負責容器資源使用的統計與限制，負責容器內部進程的真正運行等。
   2. 現在execdriver默認使用native驅動，不依賴於LXC。

（六）libcontainer[函數庫]

• libcontainer的架構圖

  

1. libcontainer是Docker架構中一個使用Go語言設計實現的庫，設計初衷是希望該庫可以不依靠任何依賴，直接訪問內核中與容器相關的API。
2. Docker可以直接調用libcontainer，而最終操縱容器的namespace、cgroups、apparmor、網絡設備以及防火牆規則等。
3. libcontainer提供了一整套標准的接口來滿足上層對容器管理的需求。或者說，libcontainer屏蔽了Docker上層對容器的直接管理。

（七）docker container[服務交付的最終形式]

• container架構

  

1. Docker container（Docker容器）是Docker架構中服務交付的最終體現形式。

2. Docker按照用戶的需求與指令，訂制相應的Docker容器：

3. • 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；
   • 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；
   • 用戶通過配置網絡及其安全策略，使得Docker容器擁有獨立且安全的網絡環境；
   • 用戶通過指定運行的命令，使得Docker容器執行指定的工作。

附：本文在《docker源碼分析》基礎上進行整理。