Docker原理之架构篇 --- 总体架构

架构

Docker是典型的C/S架构，主要由docker-client和docker-daemon组成。docker-daemon的架构在不断演进中，将不同功能抽离成独立的模块，降低docker-daemon的复杂度。因此，不同版本docker对应的架构图、源码等可能都有所差异。文中出现的相关架构图、源码等都以Docker 1.10版本为主。

我们以一个下面我们以容器的创建过程为例，简单介绍下各个模块的协作关系。

1. 输入 docker run -it ubuntu bash 命令运行一个容器时，首先会通过docker client 向 docker daemon发起创建命令。
2. 此时daemon会向image management模块发起请求，如果本地没有镜像，则由其中的distribution和register模块从远端的镜像仓库获取镜像，然后通过image、reference、layer等存储镜像的元数据，最后交由graphdriver模块存入操作系统的文件系统中。
3. 此时docker daemon会通过libnetwork创建对应的网络、通过libcontainer模块创建对应的namespace、CGroups等所需的资源隔离和限制资源、通过volume 创建对应的volume资源等
4. 最后返回客户端结果

Docker client

Docker client用来向docker daemon发起请求，所有实现了Docker全部或部分API的都可以称为docker client。

Docker daemon

Docker daemon是Docker架构中主要的用户接口，他提供了API Server模块，对Docker client暴露对应的操作API，并根据操作的不同，分发给不同模块执行相应的功能。在之前的老版本中，Docker daemon实现了Docker拥有的大部分功能。但是社区一直在对Docker daemon进行解耦，在1.10版本中，Docker已将容器运行时、volume、镜像管理模块独立到其他模块或者项目中。

libcontainer

针对Linux操作系统namespace和cgroups的封装，提供上层对于容器运行时的管理。

libnetwork

在Docker1.9之前，容器的网络是由docker的networkdriver模块和libcontainer模块共同完成，从Docker1.10开始，由libnetwork库独立负责。他抽象出了容器网络模型（Container Network Model，CNM），对外提供统一的调用接口。CNM模型中，抽象了sandbox、endpoint、network三类资源，具体的实现交由具体的网络驱动实现，包括创建namespace、虚拟网卡、分配ip、端口映射、hosts、域名、iptables等。

Image Management

Image Management主要的功能是提供镜像管理的相关接口和实现，主要由distribution、register、layer、image、reference等模块组成。

• distribution：主要负责与镜像仓库（Docker register模块）交互，负责上传和下载镜像以及保存一些和仓库相关的元信息
• register：该模块主要与镜像仓库（Docker register模块）交互，进行身份认证、镜像查找及验证等操作
• image：负责镜像元数据相关的查找、存储等，负责镜像层的索引、查找以及镜像tar包的导入和导出等
• reference：负责存储本地镜像的repo和tag名，维护其和镜像ID的映射关系
• layer：负责镜像层元数据的增删改查，并将对应的操作映射到graphdriver相关的文件操作

*driver

Docker为了对docker daemon屏蔽底层操作的差异、提供统一接口，Docker对于主要功能做了抽象，定义了一些驱动，根据功能类型的不同，Docker定义了三种驱动（镜像存储驱动、执行驱动、挂载卷驱动）：

• graphdriver：所有镜像相关管理操作在操作系统层面的执行者，通过Image Management的相关镜像的CURD都会转换成 graphdriver 对于文件系统的操作。graphdriver通过维护一组目录或者文件和对应的镜像层的关系，将底层文件系统的细节屏蔽掉，对于上层Image Management来说，只需要针对元数据进行CURD，并不需要关心底层文件系统的具体差异，例如：屏蔽底层文件系统vfs、overlay差异和操作细节等。
• execdriver：对于容器运行时的封装，主要封装了Linux中的namespace、cgroups、SELinux等容器运行所需要的系统操作。最主要的实现，也是Docker默认使用的实现就是libcontainer模块。
• volumedriver：提供挂载卷的操作接口，对上层docker daemon屏蔽底层文件系统差异，其主要通过插件实现，docker中默认实现是local vloume，其他实现通过volume 插件的形式实现。