Docker是Docker公司開源的一個基於輕量級虛擬化技術的容器引擎項目,整個項目基於Go語言開發，並遵從Apache 2.0協議。目前，Docker可以在容器內部快速自動化部署應用，並可以通過內核虛擬化技術（namespaces及cgroups等）來提供容器的資源隔離與安全保障等。由於Docker通過操作系統層的虛擬化實現隔離，所以Docker容器在運行時，不需要類似虛擬機（VM）額外的操作系統開銷，提高資源利用率，並且提升諸如IO等方面的性能。

由於眾多新穎的特性以及項目本身的開放性，Docker在不到兩年的時間裏迅速獲得諸多廠商的青睞，其中更是包括Google、Microsoft、VMware等業界行業領導者。Google在今年六月份推出了Kubernetes，提供Docker容器的調度服務，而今年8月

Docker 項目的目標是實現輕量級的操作系統虛擬化解決方案。 Docker 的基礎是 Linux 容器（LXC）等技術。

在 LXC 的基礎上 Docker 進行了進一步的封裝，讓用戶不需要去關心容器的管理，使得操作更為簡便。用戶操作 Docker 的容器就像操作一個快速輕量級的虛擬機一樣簡單。

下面對比了Docker 和傳統虛擬化（KVM、XEN等）方式的不同之處，容器是在操作系統層面上實現虛擬化，直接復用本地主機的操作系統，而傳統方式則是在硬件的基礎上，虛擬出自己的系統，再在系統上部署相關的APP應用。

下圖為傳統虛擬化方案：

如下為Docker虛擬化方案：

Docker虛擬化有三個概念需要理解，分別鏡像、容器、倉庫。

1) 鏡像：docker的鏡像其實就是模板，跟我們常見的ISO鏡像類似，是一個樣板。

2) 容器：使用鏡像常見的應用或者系統，我們稱之為一個容器。

3) 倉庫：倉庫是存放鏡像的地方，分為公開倉庫（Public）和私有倉庫（Private）兩種形式.

二. Docker虛擬化特點

跟傳統VM比較具有如下優點：

1) 操作啟動快

運行時的性能可以獲取極大提升，管理操作（啟動，停止，開始，重啟等等） 都是以秒或毫秒為單位的。

2) 輕量級虛擬化

你會擁有足夠的“操作系統”，僅需添加或減小鏡像即可。在一臺服務器上可以布署

100~1000個Containers容器。但是傳統虛擬化，你虛擬10-20個虛擬機就不錯了。

3) 開源免費

開源的，免費的，低成本的。由現代Linux內核支持並驅動。註* 輕量的Container必定可以在一個物理機上開啟更多“容器”，註定比VMs要便宜。

4) 前景及雲支持

正在越來越受歡迎，包括各大主流公司都在推動docker的快速發展，性能有很大的優勢。

三.為什麽要使用Docker

1、更高效的利用系統資源

由於容器不需要進行硬件虛擬及運行完整操作系統等額外開銷，Docker對系統資源的利用率更高。無論是應用執行速度、內存損耗或者文件存儲速度，都要比傳統的虛擬機技術更高效。因此，相比虛擬機技術，一個相同配置的主機，往往可以運行更多數量的應用。

2、輕量級啟動快速

傳統的虛擬機是基於hypervisor進行虛擬出來，而docker是內核級虛擬化，由於直接運行與宿主內核，無序啟動完整的操作系統，因此可以做到妙級，甚至毫秒級的啟動時間，大大的節約了開發，測試，部署的時間

3、快速部署，快速遷移

由於Docker確保了執行環境的一致性，使得應用的遷移更加容易，Docker可以在很多平臺上運行，無論是物理機，虛擬機，公有雲，私有雲，甚至是比較本，其運行結果是一致的，因此用戶可以很輕易的將在一個平臺上運行的應用，遷移到另一個平臺上，而不用擔心運行環境的變化導致應用無法正常運行的情況。

4、持續交付和部署

對於開發和運維人員來說，最希望的就是一次創建或配置，可以在任意地方正常運行。

使用Docker可以通過定制應用鏡像來實現持續集成，持續交付，部署。開發人員可以通過Dockerfile來進行鏡像構建，並結合持續集成系統進行集成測試，而運維人員則可以在生產環境中快速部署該鏡像，甚至結合持續部署系統進行自動部署

5、一致的運行環境

開發過程中一個常見的問題是環境一致性問題，由於開發環境，測試環境，生產環境不一致，導致有些bug並未在開發過程中被發現，而Docker的鏡像提供了除內核外完整的運行時環境，確保了應用運行環境一致性。從而不會再出現（這段代碼在我機器上運行沒問題啊）zz這類問題。

6、更輕松的維護和擴展

Docker使用的分層存數以及鏡像的技術，使得應用重復部分的復用更為容易，也使得應用的維護更新更加簡單，基於基礎鏡像進一步擴展鏡像也變得非常簡單，此外，Docker團隊同各個開源項目團隊一起維護了一大批高質量的官方鏡像，既可以直接在生產環境使用，又可以作為基礎進一步定制，大大的降低了應用服務的鏡像制作成本。

四.Docker 的體系結構

不難看出，用戶是使用Docker Client與Docker Daemon建立通信，並發送請求給後者。

而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；而後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。

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；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；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。

而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。

當執行完運行容器的命令後，一個實際的Docker容器就處於運行狀態，該容器擁有獨立的文件系統，獨立並且安全的運行環境等。

五、Docker 架構內各模塊的功能與實現分析

主要模塊

5.1 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命令後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發送容器管理請求後，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後，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。

5.2 docker daemon [後臺守護進程]

Docker Daemon架構圖

1、Docker Server [調度分發請求]

docker Server 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。接受請求後，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之後，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，然後做解析工作，接著找到相應的路由項，隨後調用相應的Handler來處理該請求，最後Handler處理完請求之後回復該請求。

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，有標準的輸入輸出，有錯誤處理，有返回狀態等。

5.3 docker registry [鏡像註冊中心]

1. Docker Registry是一個存儲容器鏡像的倉庫（註冊中心），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。

5.4 Graph [docker內部數據庫]

graph的架構圖

其中，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。它僅僅實現了大多數圖數據庫所擁有的一個小的子集，但是提供了簡單的接口表示節點之間的關系。

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。

5.5 dirver

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。在Docker Driver的實現中，可以分為以下三類驅動：graphdriver、networkdriver和execdriver。

1、graphdriver

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。

2、networkdriver

networkdriver的用途是完成Docker容器網絡環境的配置，其中包括

• 1、Docker啟動時為Docker環境創建網橋；

• 2、Docker容器創建時為其創建專屬虛擬網卡設備；

• 3、Docker容器分配IP、端口並與宿主機做端口映射，設置容器防火墻策略等。

3、execdriver

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。

5.6 libcontainer [函數庫]

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、網絡設備以及防火墻規則等。

3. libcontainer提供了一整套標準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。

5.7 docker container[服務交付的最終形式]

container架構圖

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：

• 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。

六.Docker 安裝配置

我們這裏主要講解如何在Centos6.x系列服務器安裝，默認docker只有在centos6.5以上機器才能使用yum直接安裝，如果其他版本需要安裝centos擴展源epel。

docker官方文檔說要求Linux kernel至少3.8以上，一般為centos6.5或者Ubuntu系統，那centos6.5如何來安裝呢？

在Centos6.x系列安裝docker軟件，首先要關閉selinux，然後需要安裝相應的epel源，如下：

阿裏源：wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-6.repo

sed -i '/SELINUX/s/enforcing/disabled/g' /etc/selinux/config

wget http://ftp.riken.jp/Linux/fedora/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm

rpm -ivh epel-release-6-8.noarch.rpm （安裝擴展源）

yum install lxc（容器） libcgroup（docker組） device-mapper-event-libs（docker的一個存儲引擎）

然後安裝docker：

#yum install docker-io

Cd /mnt/cdrom/Packages

Yum install device-map* –y 都是屬於dockers物理存儲，可以鏈接大數據平臺

安裝完後：

啟動docker進程：/etc/init.d/docker start

查看docker進程：ps -ef |grep docker

Docker簡單使用：

要使用docker虛擬化，首先我們需要去下載一個鏡像，然後使用docker命令啟動。

Docker 源碼架構部署篇（一）