终于有人把 Docker 讲清楚了，万字详解！

终于有人把 Docker 讲清楚了，万字详解！

作者：乐章

链接：client2）docker daemon3）docker server4）engine5）job6）docker registry7）Graph8）driver9）libcontainer10）docker container四、docker简单使用

一、简介

1）了解Docker的前生LXC

LXC为Linux Container的简写。可以提供轻量级的虚拟化，以便隔离进程和资源，而且不需要提供指令解释机制以及全虚拟化的其他复杂性。相当于C++中的NameSpace。容器有效地将由单个操作系统管理的资源划分到孤立的组中，以更好地在孤立的组之间平衡有冲突的资源使用需求。

与传统虚拟化技术相比，它的优势在于：（1）与宿主机使用同一个内核，性能损耗小；（2）不需要指令级模拟；（3）不需要即时(Just-in-time)编译；（4）容器可以在CPU核心的本地运行指令，不需要任何专门的解释机制；（5）避免了准虚拟化和系统调用替换中的复杂性；（6）轻量级隔离，在隔离的同时还提供共享机制，以实现容器与宿主机的资源共享；

总结：Linux Container是一种轻量级的虚拟化的手段。

Linux Container提供了在单一可控主机节点上支持多个相互隔离的server container同时执行的机制。Linux Container有点像chroot，提供了一个拥有自己进程和网络空间的虚拟环境，但又有别于虚拟机，因为lxc是一种操作系统层次上的资源的虚拟化。

2）LXC与docker什么关系？

docker并不是LXC替代品，docker底层使用了LXC来实现，LXC将linux进程沙盒化，使得进程之间相互隔离，并且能对各进程资源合理分配。在LXC的基础之上，docker提供了一系列更强大的功能。

3）什么是docker

docker是一个开源的应用容器引擎，基于go语言开发并遵循了apache2.0协议开源。docker可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何流行的linux服务器，也可以实现虚拟化。容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口（类iphone的app），并且容器开销极其低。

4）docker官方文档

5）为什么docker越来越受欢迎

容器化越来越受欢迎，因为容器是：1）灵活：即使是最复杂的应用也可以集装箱化；2）轻量级：容器利用并共享主机内核；3）可互换：您可以即时部署更新和升级；4）便携式：您可以在本地构建，部署到云，并在任何地方运行；5）可扩展：您可以增加并自动分发容器副本；6）可堆叠：您可以垂直和即时堆叠服务；

1）镜像和容器（contalners）

通过镜像启动一个容器，一个镜像是一个可执行的包，其中包括运行应用程序所需要的所有内容包含代码，运行时间，库、环境变量、和配置文件。容器是镜像的运行实例，当被运行时有镜像状态和用户进程，可以使用docker ps 查看。

2）容器和虚拟机

容器是在linux上本机运行，并与其他容器共享主机的内核，它运行的一个独立的进程，不占用其他任何可执行文件的内存，非常轻量。

虚拟机运行的是一个完成的操作系统，通过虚拟机管理程序对主机资源进行虚拟访问，相比之下需要的资源更多。

6）docker版本

1）Docker Community Edition（CE）社区版2）Enterprise Edition(EE) 商业版

7）docker和openstack的几项对比

8）容器在内核中支持2种重要技术

docker本质就是宿主机的一个进程，docker是通过namespace实现资源隔离，通过cgroup实现资源限制，通过写时复制技术（copy-on-write）实现了高效的文件操作（类似虚拟机的磁盘比如分配500g并不是实际占用物理磁盘500g）

1）namespaces 名称空间

namespace的六项隔离：

2）control Group 控制组

cgroup的特点：1）cgroup的api以一个伪文件系统的实现方式，用户的程序可以通过文件系统实现cgroup的组件管理；2）cgroup的组件管理操作单元可以细粒度到线程级别，另外用户可以创建和销毁cgroup，从而实现资源的分配和再利用；3）所有资源管理的功能都以子系统的方式实现，接口统一子任务创建之初与其父任务处于同一个cgroup的控制组；

四大功能：

1）资源限制：可以对任务使用的资源总额进行限制； 2）优先级分配：通过分配的cpu时间片数量以及磁盘IO带宽大小，实际上相当于控制了任务运行优先级； 3）资源统计：可以统计系统的资源使用量，如cpu时长，内存用量等； 4）任务控制：cgroup可以对任务执行挂起、恢复等操作；

9）docker三个重要概念

1）image镜像

docker镜像就是一个只读模板，比如，一个镜像可以包含一个完整的centos，里面仅安装apache或用户的其他应用，镜像可以用来创建docker容器，另外docker提供了一个很简单的机制来创建镜像或者更新现有的镜像，用户甚至可以直接从其他人那里下一个已经做好的镜像来直接使用；

2）container容器

docker利用容器来运行应用，容器是从镜像创建的运行实例，它可以被启动，开始、停止、删除、每个容器都是互相隔离的，保证安全的平台，可以把容器看做是要给简易版的linux环境（包括root用户权限、镜像空间、用户空间和网络空间等）和运行在其中的应用程序；

3）repostory仓库

仓库是集中存储镜像文件的沧桑，registry是仓库主从服务器，实际上参考注册服务器上存放着多个仓库，每个仓库中又包含了多个镜像，每个镜像有不同的标签（tag）；

仓库分为两种：公有仓库、私有仓库，最大的公开仓库是docker Hub，存放了数量庞大的镜像供用户下载；

10）docker的主要用途

官方就是Bulid 、ship、run any app/any where，编译、装载、运行、任何app/在任意地方都能运行。就是实现了应用的封装、部署、运行的生命周期管理只要在glibc的环境下，都可以运行。

运维生成环境中：docker化。1）发布服务不用担心服务器的运行环境，所有的服务器都是自动分配docker，自动部署，自动安装，自动运行；2）再不用担心其他服务引擎的磁盘问题，cpu问题，系统问题了；3）资源利用更出色；4）自动迁移，可以制作镜像，迁移使用自定义的镜像即可迁移，不会出现什么问题；5）管理更加方便了；

11）docker改变了什么

1）面向产品：产品交付；2）面向开发：简化环境配置；3）面向测试：多版本测试；4）面向运维：环境一致性5）面向架构：自动化扩容（微服务）

二、docker架构

1）docker架构（一）

1）distribution 负责与docker registry交互，上传系统镜像以及v2 registry 有关的源数据；2）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；3）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；4）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；5）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；6）graghdriver是所有与容器镜像相关操作的执行者；

2）docker架构（二）

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。

3、docker架构（三）

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，这个不是C/S架构吗，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ishi一个包含了用户应用的RFS，容器在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计。

三、docker架构各个模块的功能

以第二步骤的docker架构（二）为例，主要的模块有：Docker Client、Docker Daemon、Docker Registry、Graph、Driver、libcontainer以及Docker container。

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，用户使用的可执行文件为docker，通过docker命令行工具可以发起众多管理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结束了，当需要继续发送容器管理请求时，用户必须再次通过docker可以执行文件创建docker client。

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

3）docker server

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。

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。

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。

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。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。

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。

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。

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。

其中，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。它仅仅实现了大多数图数据库所拥有的一个小的子集，但是提供了简单的接口表示节点之间的关系。

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。

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、networkdriver和execdriver。

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。

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。

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。

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。

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：1）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；2）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；3）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；4）用户通过指定运行的命令，使得Docker容器执行指定的工作；

四、docker简单使用

关于docker的基本操作请参考博文：Docker简介及安装配置详解

如需对docker详细了解请参考文章：https://yq.aliyun.com/articles/65145https://blog./10085711/2068290https://cnblogs.com/zuxing/articles/8717415.html

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