01Docker的整体架构Docker是C/S模型架构，后端是松耦合架构，各模块各司其职。下图是它的整体架构：1.用户使用DockerClient与DockerDaemon建立通信，向后者发送请求。2.DockerDaemon作为Docker架构的主体部分，首先提供了DockerServer的功能，使其能够接受来自DockerClient的请求。3DockerEngine在Docker内部执行一系列作业，每个作业以Job的形式存在。4在Job运行过程中，当需要容器镜像时，从DockerRegistry下载镜像，通过镜像管理驱动Graphdriver将下载的镜像以Graph的形式存储。5当需要为Docker创建网络环境时，通过网管驱动Networkdriver创建并配置Docker容器网络环境。6当需要限制Docker容器的运行资源或执行用户指令等操作时，通过Execdriver完成。7Libcontainer是一个独立的容器管理包。Networkdriver和Execdriver都是通过Libcontainer实现对容器的具体操作。02Docker各模块组件解析2.1DockerClient“发起请求”1DockerClient是与DockerDaemon建立通信的客户端。用户使用的可执行文件是docker（一个命令行可执行文件）。docker命令使用后续参数的形式来实现一个完整的请求命令（例如：dockerimages，docker是不可变命令，images是可变参数）。2DockerClient可以通过以下三种方式与DockerDaemon建立通信：tcp://host:port、unix://pathtosocket和fd://socketfd3DockerClient发送容器管理请求后，DockerDaemon接受并处理该请求，当DockerClient收到并响应返回的请求并简单处理后，DockerClient一个完整的生命周期就结束了。（一个完整的请求：发送请求→处理请求→返回结果），与传统的C/S架构请求流程没有区别。2.2DockerDaemon（后台守护进程）Dockerdaemon架构图DockerServer架构图1DockerServer相当于C/S架构的服务器。功能是接受和调度DockerClient发送的请求。DockerServer接受请求后，通过路由和分发调度找到对应的Handler执行请求。2Docker在启动过程中，通过包gorilla/mux创建了一个mux.Router，提供请求的路由功能。gorilla/mux是Golang中功能强大的URL路由器和调度程序。mux.Router中添加了很多路由项，每个路由项由三部分组成：HTTP请求方法（PUT、POST、GET或DELETE）、URL、Handler。3创建mux.Router后，Docker以服务器的监听地址和mux.Router为参数，创建一个httpSrv=http.Server{}，最后执行httpSrv.Serve()为请求服务。4在DockerServer的服务过程中，DockerServer在listener上接受DockerClient的访问请求，并创建一个全新的goroutine来为请求服务。在goroutine中，首先读取请求内容并做解析工作，然后找到对应的路由项并调用对应的Handler处理请求，最后Handler处理完请求后回复请求。2.3DockerEngine5DockerEngine是Docker架构中的运行引擎，也是Docker运行的核心模块。它扮演着一个DockerContainer存储仓库的角色，通过执行Jobs来操作和管理这些容器。6在设计和实现DockerEngine数据结构的过程中，有一个Handler对象。Handler对象存储特定Job的所有Handler处理访问。例子：DockerEngine的Handler对象中有一项：{“create”:daemon.ContainerCreate,}，意思是当名为“create”的Job运行时，会执行daemon.ContainerCreate的Handler。Job1Job可以认为是Docker架构中DockerEngine内部最基本的工作执行单元。Docker可以做的每一个工作都可以抽象成一个Job。例如：在容器内运行进程是一项工作；创建一个新容器是一项工作。DockerServer的运行进程也是一个名为ServeApi的Job。2作业的设计者将作业设计为类似于Unix进程。例如：Job有名称、参数、环境变量、标准输入输出、错误处理、返回状态。2.4DockerRegistry（镜像注册中心）1DockerRegistry是存放容器镜像的仓库（注册中心），可以理解为云镜像仓库。按Repository分类，dockerpull根据[repository]:[tag]精确定义一个具体的Image。2Docker运行过程中，DockerDaemon会与DockerRegistry通信，实现搜索镜像、下载镜像、上传镜像三个功能。这三个功能对应的工作名称分别是：“search”、“pull”和“push”。3DockerRegistry可以分为公共仓库（DockerHub）和私有仓库。2.5Graph“DockerInternalDatabase”GraphArchitectureDiagramRepository1下载镜像（包括下载镜像和通过Dockerfile构建的镜像）的保管者。2一个Repository代表某种类型的镜像仓库（例如：Ubuntu），同一个Repository中的镜像通过Tag来区分（代表同一类镜像的不同标签或版本）。一个Registry包含多个Repositories，一个Repository包含多个相同类型的Images。3镜像存储类型有Aufs、Devicemapper、Btrfs、Vfs等，其中CentOS7.x以下版本使用Devicemapper存储类型。4同时，在Graph的本地目录中存储了每个容器镜像的具体信息，包括：容器镜像的元数据、容器镜像的大小信息、容器镜像所代表的具体rootfs。GraphDB1是下载的容器镜像之间关系的记录器。2GraphDB是建立在SQLite之上的小型数据库，实现了节点的命名和节点间关系的记录。2.6Driver“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Docker容器执行环境的定制化。即Graph负责图片存储，Driver负责容器执行。GraphdriverGraphdriver架构图1Graphdriver主要用于完成容器镜像的管理，包括存储和获取。2存储：通过dockerpull下载的镜像，由Graphdriver存储在指定的本地目录（Graph中）。3获取：dockerrun(create)使用镜像创建容器时，Graphdriver从本地Graph获取镜像。NetworkdriverNetworkdriverArchitectureDiagramNetworkdriver的目的是完成Docker容器网络环境的配置，包括：在Docker启动时为Docker环境创建网桥。Docker容器在创建时会为其创建一个专用的虚拟NIC设备。Docker容器分配IP、端口并与宿主机进行端口映射，设置容器防火墙策略等。ExecdriverExecdriverArchitecture图1Execdriver作为Docker容器的执行驱动，负责创建容器运行命名空间，统计和限制容器资源的使用，以及容器内部进程的实际运行。2现在Execdriver默认使用Native驱动，不依赖LXC。2.7Libcontainer“函数库”Libcontainer架构图1Libcontainer是Docker架构下用Go语言设计实现的库。设计的初衷是希望库可以直接访问内核中容器相关的API，而不需要依赖任何依赖。2Docker可以直接调用Libcontainer来操作容器的Namespace、Cgroups、Apparmor、网络设备、防火墙规则。3Libcontainer提供了一套标准的接口来满足上层对容器管理的需求。也就是说，Libcontainer屏蔽了Docker上层直接管理容器的功能。2.8DockerContainer《服务交付的终极形态》DockerContainer架构1DockerContainer（Docker容器）是Docker架构中服务交付的最终形态。2、Docker根据用户的需求和指令定制相应的Docker容器：用户指定容器镜像，这样Docker容器就可以定制rootfs等文件系统。用户通过指定计算资源的配额，使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Docker容器拥有独立、安全的网络环境。用户通过指定要运行的命令，使Docker容器执行指定的工作。附：本文根据《docker源码分析》整理。
