Docker的運行機制

docker Engine（docker引擎）是Docker的核心部分，使用的是客戶端-服務器（C/S）架構模式，其主要組成部分如圖1所示。

圖1 Docker引擎

從圖6-8可以看出，Docker Engine中包含了三個核心組件（docker CLI、REST API和docker daemon），這三個組件的具體說明如下。

● docker CLI（command line interface）：表示Docker命令行接口，開發者可以在命令行中使用Docker相關指令與Docker守護進程進行交互，從而管理諸如image（鏡像）、container（容器）、network（網絡）和data volumes（數據卷）等實體。

● REST API：表示應用程序API接口，開發者通過該API接口可以與Docker的守護進程進行交互，從而指示后臺進行相關操作。

● docker daemon：表示Docker的服務端組件，他是Docker架構中運行在后臺的一個守護進程，可以接收并處理來自命令行接口及API接口的指令，然后進行相應的后臺操作。

對于開發者而言，既可以使用編寫好的腳本文件通過REST API來實現與Docker進程交互，又可以直接使用Docker相關指令通過命令行接口來與Docker進程交互，而其他一些Docker應用則是通過底層的API和CLI進行交互的。

了解了Docker內部引擎及作用后，我們還需要通過Docker的具體架構，來了解Docker的整個運行流程。接下來借助Docker官網的架構圖來對Docker架構進行詳細說明，如圖1所示。

圖1 Docker架構

從圖1中可以看出，Docker架構主要包括Client、DOCKER_HOST和Register三部分，關于這三部分的具體說明如下。

1．Client（客戶端）

Client即Docker客戶端，也就是上一小節Docker Engine中介紹的docker CLI。開發者通過這個客戶端使用Docker的相關指令與Docker守護進程進行交互，從而進行Docker鏡像的創建、拉取和運行等操作。

2．DOCKER_HOST（Docker主機）

DOCKER_HOST即Docker內部引擎運行的主機，主要指Docker daemon（Docker守護進程）。可以通過Docker守護進程與客戶端還有Docker的鏡像倉庫Registry進行交互，從而管理Images（鏡像）和Containers（容器）等。

3．Registry（注冊中心）

Registry即Docker注冊中心，實質就是Docker鏡像倉庫，默認使用的是Docker官方遠程注冊中心Docker Hub，也可以使用開發者搭建的本地倉庫。Registry中包含了大量的鏡像，這些鏡像可以是官網基礎鏡像，也可以是其他開發者上傳的鏡像。

我們在實際使用Docker時，除了會涉及到圖中的三個主要部分外，還會涉及到很多Docker Objects（Docker對象），例如Images（鏡像）、Containers（容器）、Networks（網絡）、Volumes（數據卷）、Plugins（插件）等。其中常用的兩個對象Image和Containers的說明如下。

● Images（鏡像）

Docker 鏡像就是一個只讀的模板，包含了一些創建Docker容器的操作指令。通常情況下，一個Docker鏡像是基于另一個基礎鏡像創建的，并且新創建的鏡像會額外包含一些功能配置。例如：開發者可以依賴于一個Ubuntu的基礎鏡像創建一個新鏡像，并可以在新鏡像中安裝Apache等軟件或其它應用程序。

● Containers（容器）

Docker容器屬于鏡像的一個可運行實例（鏡像與容器的關系其實與Java中的類與對象相似），開發者可以通過API接口或者CLI命令行接口來創建、運行、停止、移動、刪除一個容器，也可以將一個容器連接到一個或多個網絡中，將數據存儲與容器進行關聯。

Docker使用了一系列的底層技術來充分發揮其技術特色，這些底層技術包括有Namespaces、Control groups、Union file systems和Container format等，其具體含義如下。

Namespaces（名稱空間）

Docker使用名稱空間來為容器提供隔離的工作空間。當一個容器運行時，Docker就會為該容器創建一系列的名稱空間，并為名稱空間提供一層隔離。每一個容器都運行在相對隔離的環境下，對其他名稱空間是相對受限的。

2.Control groups（控制組）

基于Linux系統的Docker引擎也依賴于另一項叫做Control groups（cgroups，控制組）的技術。控制組可以對程序進行資源限定，并允許Docker引擎在容器間進行硬件資源共享以及隨時進行限制和約束，例如，開發者可以限制某特定容器的可用內存。

3.Union file systems（聯合文件系統）

聯合文件系統（UnionFS）是一種分層、輕量級并且高性能的文件系統，它支持將文件系統的修改作為一次提交來一層層的疊加，同時可以將不同目錄掛載到同一個虛擬文件系統下。不同Docker容器可以共享一些基礎的文件系統層，與自己獨有的改動層一起使用，可以大大的提高存儲效率。Docker目前支持的聯合文件系統包括AUFS、btrfs、 vfs 和 DeviceMapper。

4.Container format（容器格式）

Docker引擎將名稱空間、控制組和聯合文件系統組合成一個叫做容器格式的整體。當前默認的容器格式是libcontainer，未來Docker可能會通過與其他技術（如BSD Jails或者Solaris Zones）的集成使用來開發其他的容器格式。

Docker 容器

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