Docker 架构及使用场景

稻哥说编程

已于 2022-03-01 12:16:13 修改

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分类专栏： Linux运维文章标签： docker 容器

于 2022-02-18 00:28:06 首次发布

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1、Docker背景

在正式开始前，我们首先需要了解容器是什么，以及它为什么会变得如此流行；然后介绍Docker的发展历程，以及为什么需要使用这么一项容器化技术。
Docker背景

Docker出现的背景？

环境配置很麻烦，每个机器都要部署，费时费力。
发布一个项目，在这个环境好使，换一个不好使，发布包能不能带着环境来打包？
配置应用环境不能跨平台。
多个应用安装到环境中可能会冲突（比如：端口冲突、软件版本冲突等）。

Docker为了解决上述问题而出现！

没用docker前的软件部署流程：软件包–>发布（应用商店）–>下载包->安装可用
Docker软件部署流程：软件包–>带上环境打包（镜像）–>Docker仓库–>下载发布的镜像–>直接运行镜像

那么什么是容器呢？

容器化是软件开发的一种方法，在这种方法中，程序和它所依赖的组件和集合包，以及相关的环境变量配置文件都会被完全打包成容器镜像，进行单元测试，最后将这个容器部署到服务器的操作系统中。

举个例子：这个与现实生活中的货运集装箱类似，集装箱里面有各种货物(如：衣服、电脑、冰箱等)，它们都分门别类的装好了，我们可以通过汽车、火车、飞机来搬运他们。

程序的容器也是一个个标准的单位。无关它们的代码、语言、软件/框架及的依赖关系是怎样的。

Docker 又是什么呢？

Docker 是一个开源的应用容器引擎，基于 Go 语言并遵从 Apache2.0 协议开源。Docker 最初是 dotCloud 公司创始人 Solomon Hykes 在法国期间发起的一个公司内部项目，并于 2013 年 3 月在GitHub上开源。Docker 自开源后受到广泛的关注和讨论，后来由于 Docker 项目的火爆，在 2013 年底，dotCloud 公司决定改名为 Docker。

Docker使用集装箱的思想，自带隔离机制。
Docker容器可以被理解为一个个轻量级的虚拟机，因为它和虚拟机一样拥有一个被隔离的操作系统实例，用来运行应用程序。
Docker 在容器的基础上，进行了进一步的封装，从文件系统、网络互联到进程隔离等等，极大的简化了容器的创建和维护。使得 Docker 技术比虚拟机技术更为轻便、快捷。

2、Docker特点

Docker的特点：

Docker容器是完全使用沙箱机制（是对进程进行封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术），容器间相互是不会有任何接口。
Docker 可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个轻量级、可移植的容器中，然后就可以发布到任何Linux、Windows、Mac等机器上实现虚拟化。
Docker容器性能开销极低，能够更高效的利用系统资源。
Docker更轻松的维护和扩展，由于Docker使用的分层存储以及镜像的技术，从而可以使得应用重复部分的复用更为容易、维护更新更加简单，我们可以在基础镜像上作进一步扩展来形成新的镜像。

Docker的意义：

对于开发人员：可以为开发团队提供一个完全一致的开发环境。
对于测试人员：可以直接拿开发时所构建的镜像或通过dockerfile文件构建一个新的镜像开始工作了。
对于运维人员：在部署时，可以实现应用的无缝移植。

简单来说，通过docker，我们可以在不同的硬件设备上使用同样的软件环境和配置。在实际的开发场景中，开发人员、测试人员往往不共用一套环境，这导致产品开发完成在转测后出现各种环境不适配、缺少依赖的问题，给测试人员带来了巨大的工作量。而通过docker，开发人员只要定义一个docker镜像，测试人员拉取该镜像并在其中进行相应产品的测试，就可以完全解决运行项目时的环境适配难题。

二、Docker 架构

一个完整的Docker有以下几个部分组成：

DockerClient客户端
Docker Daemon守护进程
Docker Image镜像
DockerContainer容器

Docker 架构
说明：

Docker 使用客户端/服务器 (C/S) 架构模式，使用远程API来管理和创建Docker容器。
Docker daemon 是一个常驻在宿主机后台的系统进程（作为服务端在后台运行），负责接收和响应客户请求（如：创建容器、运行容器、分发容器等）。
Docker 客户端，则为用户提供一系列可执行命令，用户用这些命令实现跟 Docker daemon 交互（用户可以很方便的从本地docker客户端连接到远程docker服务器或远程服务器上运行着的docker守护进程）。
Docker客户端和 Docker服务端既可以运行在一个机器上，也可以运行在不同的机器上。他们之间可通过 socket 或 RESTful API 来进行通信。
Docker 容器通过 Docker 镜像来创建，容器与镜像的关系类似于面向对象编程中的对象与类的关系。

Docker 几个重要的概念：

Docker 镜像（Image）
Docker 镜像（Image）是用于创建 Docker 容器的模板， Docker镜像相当于是一个 root 文件系统。比如：官方镜像 ubuntu:16.04 就包含了完整的一套 Ubuntu16.04 最小系统的 root 文件系统。
Docker 容器（Container）
镜像（Image）和容器（Container）的关系，就像是面向对象程序设计中的类和实例一样，镜像是静态的定义，容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。Docker 容器通过 Docker 镜像来创建。
Docker 仓库（Repository）
Docker 仓库用来保存镜像，可以理解为代码控制中的代码仓库。Docker Hub(https://hub.docker.com) 提供了庞大的镜像集合供使用。一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库（Repository）；每个仓库可以包含多个标签（Tag）；每个标签对应一个镜像。通常，一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像，而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签>的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签，将以 latest 作为默认标签。
Docker 客户端(Client)
Docker 客户端通过命令行或者其他工具使用 Docker SDK (https://docs.docker.com/develop/sdk/) 与 Docker 的守护进程通信。
Docker 主机(Host)
一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker 守护进程和容器。
Docker Machine
Docker Machine是一个简化Docker安装的命令行工具，通过一个简单的命令行即可在相应的平台上安装Docker，比如VirtualBox、 Digital Ocean、Microsoft Azure。

三、Docker详细架构

Docker详细架构

Docker Client
Docker是一个C/S架构程序，通过客户端Client发送请求至服务器或守护进程，而后服务器或守护进程将完成所有的工作后返回结果给客户端。Docker提供了一整套的Restful接口供客户端和服务端通信使用；此外，docker还提供了命令行工具。用户可以很方便的从本地docker客户端连接到远程docker服务器或远程服务器上运行着的docker守护进程。
Docker daemon
Docker daemon 守护进程在后台启动一个server，server负载接受docker client发送的请求；接受请求后，server通过路由与分发调度，找到相应的handler来执行请求。
Docker server
Docker server专门服务于client，接受并调度分发client的请求。
Engine
Engine是docker架构中的运行引擎，也是核心模块。Engine承担着docker容器存储仓库的责任，通过执行job的方式管理操作容器。
Job
Job是engine内部最基本的工作执行单元。Docker可以做的每一项工作，都可以抽象为一个job。例如：在容器内部运行一个进程，这是一个job；创建一个新的容器，这是一个job，从Internet上下载一个文档，这是一个job。
Job的设计者，把Job设计得与Unix进程相仿。比如说：Job有一个名称，有参数，有环境变量，有标准的输入输出，有错误处理，有返回状态等。
Docker Registry
Docker Registry是一个存储镜像的仓库。而镜像是在容器被创建时，被加载用来初始化容器的文件架构与目录。在docker的运行过程中，docker daemon会与docker registry通信，实现搜索、下载和上传镜像的功能。
Graph
Graph是docker已下载镜像的管理者，以及已下载镜像之间关系的记录者。一方面，Graph存储着本地具有版本信息的文件系统镜像，另一方面也通过GraphDB记录着所有文件系统镜像彼此之间的关系。
Driver
Driver是驱动模块，主要可以分为三类：graphdriver、networkdriver和execdriver。
1）Graphdriver用于完成镜像的管理，包括存储和获取。
2）Networkdriver用于完成docker容器网络环境的配置。
3）Execdriver则负责创建容器运行命名空间，负责容器资源使用的统计与限制，负责容器内部进程的真正运行等。
Libcontainer
libcontainer是Docker架构中一个使用Go语言设计实现的库，该库可以不依靠任何依赖，直接访问内核中与容器相关的API。Docker可以直接调用libcontainer实现对容器namespace、cgroups、apparmor、网络设备以及防火墙规则等的操纵。另外，libcontainer提供了一整套标准的接口来满足上层对容器管理的需求。或者说，libcontainer屏蔽了Docker上层对容器的直接管理。
Docker Container
Docker容器是docker架构服务最终交付的形式。用户通过指定容器镜像，使得Docker容器可以自定义rootfs等文件系统；用户通过指定计算资源的配额，使得Docker容器使用指定的计算资源；用户通过配置网络及其安全策略，使得Docker容器拥有独立且安全的网络环境；用户通过指定运行的命令，使得Docker容器执行指定的工作。