Docker 架构 - 基于 1.2 版本

标签（空格分隔）： Docker 架构 Architecture CGroups Namespaces aufs vfs devmapper container

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注：该文作者是 rajdeep，原文地址 Docker Architecture (v1.2)

注：该文是由一篇 slide 翻译而来。

在开始之前，我们需要了解

什么是容器？

• 一组进程包含在隔离的环境
• 通过类似 cgroups 和 namespaces 的概念提供隔离

什么是 Docker？

• 使用镜像的概念实现一个轻便的容器
• 镜像是轻便且可发布的

CGroups

• 限制、记录（account）和隔离一组进程的资源使用（CPU，内存，磁盘 I/O，等等。）
• 资源限制：组可以被设置不超过一组内存限制 - 这也包括文件系统 cache。
• 优先级：一些组可能获得更大的 CPU 分配和磁盘 I/O 吞吐量
• 记录（account）：为了测量某些系统使用了多少资源
• 控制：冻结组或检查点和重起。

Namespace

• 分区必不可少的内核结构来创建虚拟环境

• 不同的 Namespaces

  • pid（进程）
  • net（网络接口，路由。。。）
  • ipc（System V IPC）
  • mnt（挂载点，文件系统）
  • uts（hostname）

  • user（UIDs）

Docker

• 管理镜像和运行期容器
• 后端支持多样的文件系统
• 多个 Execdriver 容器实现
• 客户端和服务器端组件 - 使用 HTTP 和 unix sockets 配合

Docker 运行期组件

Docker 引擎

• Docker 核心：容器存储
• 使用任务管理容器（类似 unix 的任务）
• 容器处理封装了任务的函数
• 所有的动作使用任务执行

Docker 初始化

• Docker 的主函数：docker.main()
• 调用：mainDaemon()
• 实例化引擎：eng := engine.New()
• 内部注册：built-­‐ins builtsin.Register(eng)
• 实例化任务：job := eng.Job(“initserver”)
• 为任务设置变量
• 运行任务： job.run()
• 启动接受的连接：eng.Job(“AcceptConnections”).run()

• 内部注册：

  nstantiate daemon(eng) 
  eng.Register("initserver", server.InitServer) 
  eng.Register(“init_networkdriver”, bridge.InitDriver)
  

  注：感觉作者这里凌乱了，处女座受不了啊。见图
  
  
  

Daemon

• 主入口点管理容器的所有请求
• 维护以下引用的数据结构：
  
  
  • ImageGraph
  • Volume Graph
  • Engine
  • ExecDriver
  • Server
  • ContainerStore
    

Daemon - Graph

• Graph 是一个存储系统文件版本和镜像关系的数据结构
• 为每一个容器实例化一个 Graph
• 引用一个 graphdriver.Driver
• 在一个 Graph 上的动作：
  
  
  • 创建一个新的 Graph
  • 从一个 Graph 中获取镜像
  • 恢复一个 Graph
  • 创建一个镜像并且注册进 Graph
  • 在 Graph 上注册一个预先存在的镜像

在 Docker 中镜像和容器的概念

• Docker 镜像是文件系统中的一层
• 容器是两层：
  
  
  • 层一是基于镜像的初始化层
  • 层二是实际的容器内容

Graph Driver

• 被 Daemon 引用
• 用于抽象多种后端存储
• 加载以下后端文件系统：
  
  
  • aufs
  • Device mapper（devmapper）
  • vfs
  • btrfs

容器存储

• 持久化后端的容器数据
• 使用 SQLite 实现
• 从 Daemon 引用
• containGraph：graph
• 在 Daemon 恢复期间用于加载容器信息

Volume Graph

• 基于 Graph 的简单 vfs，为了与容器卷保持联系
• Volumes 使用在 Daemon 中的卷驱动器来创建和连接容器的卷
• 每个容器被分配一个或多个卷

ExecDriver

• 对底层 Linux 控制的抽象
• 从 daemon 调用
• 支持以下实现
  
  
  • LXC
  • Native

驱动接口

• 抽象接口与底层实现交互

驱动接口 - 网络

• 抽象接口与底层实现交互

libcontainer

• 容器的底层原生实现
• 被原生的驱动使用
• Container.config - 一个容器数据的表示
• 包装过的 cgroups 和 Namespaces

原生的驱动实现

创建容器的步骤

1. Engine -­‐> Daemon -­‐> ContainerCreate

2. ContainerCrea

   2.1 检查定义在配置文件中的内存是比 512k 大还是系统定义的限制小
   2.2 检查 SwapLimit
   2.3 调用 Daemon -­‐> Create

     2.3.1 daemon.repositories.LookupImage -­‐> tagStore.getImage()
     2.3.2 daemon.newContainer() 
         2.3.2.1 NewContainerMonitor()
     2.3.3 daemon.createRootFs()
         2.3.3.1 daemon.container.driver.Create()[Graph Driver -­‐ aufs, btrfs, devicemapper]
         2.3.3.2 container.ToDisk()//持久化容器
   

总结

• Linux 控制原则
• Docker 架构组件
• 原生的驱动实现
• libcontainer
• 容器创建