一、Docker的總架構圖 

docker是一個C/S模式的架構，後端是一個鬆耦合架構，模組各司其職。

1. 使用者是使用Docker Client與Docker Daemon建立通訊，併發送請求給後者。
2. 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；
3. 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。
4. Job的執行過程中，當需要容器映象時，則從Docker Registry中下載映象，並通過映象管理驅動graphdriver將下載映象以Graph的形式儲存；
5. 當需要為Docker建立網路環境時，通過網路管理驅動networkdriver建立並配置Docker容器網路環境；
6. 當需要限制Docker容器執行資源或執行使用者指令等操作時，則通過execdriver來完成。
7. 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。

二、Docker各模組元件分析

（一）Docker Client【發起請求】

1. Docker Client是和Docker Daemon建立通訊的客戶端。使用者使用的可執行檔案為docker（類似可執行指令碼的命令），docker命令後接引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為引數可變）。

2. Docker Client傳送容器管理請求後，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一次完整的生命週期就結束了。[一次完整的請求：傳送請求→處理請求→返回結果]，與傳統的C/S架構請求流程並無不同。

（二）Docker Daemon【後臺守護程序】

• Docker Daemon的架構圖

  

1. Docker Server【排程分發請求】

   • Docker Server的架構圖

   

   1. Docker Server相當於C/S架構的服務端。功能為接受並排程分發Docker Client傳送的請求。接受請求後，Server通過路由與分發排程，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，建立了一個mux.Router，提供請求的路由功能。在Golang中，gorilla/mux是一個強大的URL路由器以及排程分發器。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. 建立完mux.Router之後，Docker將Server的監聽地址以及mux.Router作為引數，建立一個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，並建立一個全新的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，隨後呼叫相應的Handler來處理該請求，最後Handler處理完請求之後回覆該請求。

2. Engine

   1. Engine是Docker架構中的執行引擎，同時也Docker執行的核心模組。它扮演Docker container儲存倉庫的角色，並且通過執行job的方式來操縱管理這些容器。

   2. 在Engine資料結構的設計與實現過程中，有一個handler物件。該handler物件儲存的都是關於眾多特定job的handler處理訪問。舉例說明，Engine的handler物件中有一項為：{"create": daemon.ContainerCreate,}，則說明當名為"create"的job在執行時，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：在容器內部執行一個程序，這是一個job；建立一個新的容器，這是一個job。Docker Server的執行過程也是一個job，名為serveapi。

   2. Job的設計者，把Job設計得與Unix程序相仿。比如說：Job有一個名稱，有引數，有環境變數，有標準的輸入輸出，有錯誤處理，有返回狀態等。

（三）Docker Registry【映象註冊中心】

1. Docker Registry是一個儲存容器映象的倉庫（註冊中心），可理解為雲端映象倉庫，按repository來分類，docker pull 按照[repository]:[tag]來精確定義一個image。

2. 在Docker的執行過程中，Docker Daemon會與Docker Registry通訊，並實現搜尋映象、下載映象、上傳映象三個功能，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。

（四）Graph【docker內部資料庫】

• Graph的架構圖

  

1. Repository

   1. 已下載映象的保管者（包括下載映象和dockerfile構建的映象）。

   2. 一個repository表示某類映象的倉庫（例如Ubuntu），同一個repository內的映象用tag來區分（表示同一類映象的不同標籤或版本）。一個registry包含多個repository，一個repository包含同類型的多個image。

   3. 映象的儲存型別有aufs，devicemapper,Btrfs，Vfs等。其中centos系統使用devicemapper的儲存型別。

   4. 同時在Graph的本地目錄中，關於每一個的容器映象，具體儲存的資訊有：該容器映象的元資料，容器映象的大小資訊，以及該容器映象所代表的具體rootfs。

2. GraphDB

   1. 已下載容器映象之間關係的記錄者。

   2. GraphDB是一個構建在SQLite之上的小型圖資料庫，實現了節點的命名以及節點之間關聯關係的記錄

（五）Driver【執行部分】

Driver是Docker架構中的驅動模組。通過Driver驅動，Docker可以實現對Docker容器執行環境的定製。即Graph負責映象的儲存，Driver負責容器的執行。

1. graphdriver

   • graphdriver架構圖

      

   1. graphdriver主要用於完成容器映象的管理，包括儲存與獲取。

   2. 儲存：docker pull下載的映象由graphdriver儲存到本地的指定目錄（Graph中）。

   3. 獲取：docker run（create）用映象來建立容器的時候由graphdriver到本地Graph中獲取映象。

1. networkdriver

   • networkdriver的架構圖

      

   1. networkdriver的用途是完成Docker容器網路環境的配置，其中包括

      • Docker啟動時為Docker環境建立網橋；

      • Docker容器建立時為其建立專屬虛擬網絡卡裝置；

      • Docker容器分配IP、埠並與宿主機做埠對映，設定容器防火牆策略等。

2. execdriver

   • execdriver的架構圖

      

   1. execdriver作為Docker容器的執行驅動，負責建立容器執行名稱空間，負責容器資源使用的統計與限制，負責容器內部程序的真正執行等。

   2. 現在execdriver預設使用native驅動，不依賴於LXC。

（六）libcontainer【函式庫】

• libcontainer的架構圖

   

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，直接訪問核心中與容器相關的API。

2. Docker可以直接呼叫libcontainer，而最終操縱容器的namespace、cgroups、apparmor、網路裝置以及防火牆規則等。

3. libcontainer提供了一整套標準的介面來滿足上層對容器管理的需求。或者說，libcontainer遮蔽了Docker上層對容器的直接管理。

（七）docker container【服務交付的最終形式】

• container架構

  

1. Docker container（Docker容器）是Docker架構中服務交付的最終體現形式。

2. Docker按照使用者的需求與指令，訂製相應的Docker容器：

   • 使用者通過指定容器映象，使得Docker容器可以自定義rootfs等檔案系統；

   • 使用者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；

   • 使用者通過配置網路及其安全策略，使得Docker容器擁有獨立且安全的網路環境；

   • 使用者通過指定執行的命令，使得Docker容器執行指定的工作。

文章參考：

《Docker原始碼分析》