图解Docker的整体架构

已于 2022-02-20 18:22:41 修改
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分类专栏： Docker是如何运行的 文章标签： docker 容器 运维
于 2022-02-19 02:33:58 首次发布
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本文通过启动Tomcat容器，详细解析Docker的镜像、容器和仓库三大组件及其作用。从dockerbuild制作镜像，dockerpush推送到仓库，再到dockerrun启动容器，层层深入，帮助读者理解Docker的工作机制和架构。同时，介绍了Docker的C/S架构，强调了Docker守护进程的重要角色。

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本文将从启动一个Tomcat容器说起，逐步剖析Docker的整体架构，并详细介绍Docker的三大组件镜像容器和仓库的作用，以及在架构中扮演的角色！

1. 从最简单的例子说起

前面章节中分享了 Docker Hello World 和 Docker通过Apache显示网页 的例子。

1.1 启动Tomcat容器

这里我们用一个tomcat的例子再回顾一下。
要启动一个tomcat容器，我们只需一条命令即可！

docker run -d -p 8080:8080 tomcat:alpine

等上一会，我们打开浏览器，输入：http://localhost:8080/，于是看了非常熟悉的画面：
在这里插入图片描述这表示我们的容器启动成功，并且可以正常访问！

1.2 观察容器启动日志

一个命令，就安装好了系统并部署启动了Tomcat，实在是简单快速得惊人。那么这背后又发生了多少不为人知的事呢？
像破案一样，首先要勘察现场，那么这个命令打印出的日志，就是第一份线索。
我们先看看docker run运行后打印的日志。
在这里插入图片描述我们可以看到大概分三步走：

  1. 首先Docker尝试去本地查找tomcat镜像，结果没找到（因为是第一次下载，本地肯定没有）
  2. 然后Docker去远程仓库拉取tomcat镜像，找到了，于是开始下载
  3. 下载完成后，根据tomcat镜像启动容器，并打印出容器ID

我们把这个容器删除，然后再次docker run启动试试：
在这里插入图片描述
可以看到，只打印出了新启动的容器ID！因为之前镜像已经下载到了本地，所有跳过了拉镜像的环节。

注意要先停止旧的容器，否则会端口冲突！
docker stop b8fef7 (容器ID不需要输完整，只需要前几位，保证是唯一的就行！和Git的commitId类似)


2. 剖析Docker架构

通过前面启动Tomcat容器的过程，我们可以看到Docker三大组件的身影：

  1. 镜像（image）
  2. 容器（container）
  3. 仓库（repository）

让我们来看看Docker的架构图
在这里插入图片描述请结合下面的章节仔细观察这个架构图，这是我们理解Docker运行机制的关键！

2.1 Docker镜像

我们可以从0开始说。
很久很久以前，没有什么仓库，也没有什么镜像，什么也没有，只有一个安装了docker应用的主机。

制作镜像（docker build）

有人在host上通过docker build命令制作了第一个镜像

本文中为了简化，我们暂且不去用关心Dockerfile具体的内容，也不用关心它的具体构建过程。后面的文章会深入分析！

docker build -t tomcat:alpine .

于是，在这个host上就有了一个名词为tomcat，标签为alpine的镜像。
这就是上面架构图中的红色线条部分！
我们用docker images命令可以查看刚刚构建的镜像：

$ docker images
REPOSITORY    TAG       IMAGE ID       CREATED       SIZE
tomcat        alpine    8b8b1eb786b5   2 years ago   106MB

2.2 Docker仓库

为什么要有仓库

这个镜像现在还在主机上，只能自己使用，要想分享给别人也用怎么办？拿个U盘过来拷或者QQ文件传输？当然也可以！不过太麻烦。
最好是找个地方存起来，让有需要的人直接去那里下载就行了。
存储镜像的地方，就叫Docker镜像仓库！

作为程序员，我们见过太多太多的仓库

  • git仓库：存储我们代码的地方
  • maven仓库：存储我们jar包的地方

Docker官方默认的仓库，就是DockerHub！
听名字就知道，和GitHub异曲同工，只不过一个存的是代码，一个存的是镜像！

推送镜像（docker push）

要把前面本地构建好的镜像，推送到仓库去，使用命令：

docker push tomcat:alpine

当然，前提是要先登录仓库

这就是架构图中的绿色线条部分！

拉取镜像（docker pull）

上面路人甲已经把镜像推送到仓库去了，接下来路人乙也想拿来主义直接用，于是需要拉取镜像：

docker pull tomcat:alpine

这样，就把镜像从仓库拉取到了路人乙的主机上去了。
这就是架构图中的蓝色线条部分！

也不一定要显式地通过pull命令拉，前面的例子也说过docker run时本地没有时也会去隐式的拉取！

拉完后，路人乙也可以在本地看到下载好的镜像了：

$ docker images
REPOSITORY    TAG       IMAGE ID       CREATED       SIZE
tomcat        alpine    8b8b1eb786b5   2 years ago   106MB

2.3 Docker容器

前两小节中，镜像也构建了，存储镜像的仓库也有了。那么接下来，该来看看镜像的作用了。

启动容器（docker run）

别人制作的镜像，我们拿来直接用，用镜像创建容器

docker run -d -p 8080:8080 tomcat:alpine

容器和镜像的关系

说到镜像和容器的关系，我想起了两个例子来打比方！不一定完全准确，希望可以帮助大家理解！

a. Docker类比面向对象（OOP）

在OOP中，类是创建对象的模板，对象是类的实例！
同样的在Docker中，镜像是创建容器的模板，容器是创建对象的实例！
细想一下，Docker和OOP还真有点像失散多年的兄弟！

OOPDocker
类镜像
对象容器
设置字段的值安装的包
执行方法Dockerfile中声明的CMD
用类作为模板创建对象用镜像作为模板创建容器
一个类可以创建多个对象一个镜像可以创建多个容器
继承类（extends）基于镜像（FROM）
b. Docker容器类比虚拟机

必须首先强调一点的是，docker容器不是虚拟机。

以后的文章会单独研究这一点。

不过为了理解镜像和容器的关系，我们可以简单类比，只看类似的部分：

  1. 把Docker镜像类比成VirtualBox的虚拟机镜像文件
  2. 把Docker容器类比成VirtualBox的虚拟机
VirtualBoxDocker
VM镜像文件Docker镜像
VirtualBox加载镜像文件Docker加载镜像
用VM镜像文件创建虚拟机用Docker镜像创建容器
虚拟机可以启动、退出、删除容器可以启动、退出、删除
在虚拟机中部署应用在容器中部署应用
可以端口映射-p 端口映射
和主机共享文件夹-v 数据卷

3. 再次Docker架构图

前面主要围绕架构图分析了Docker的三大组件：

  • Docker镜像
  • Docker仓库
  • Docker容器
    相比大家已经对总体有很更清晰的认识。

下面让我们再次聚焦Docker的架构图，看看遗漏的部分。
在这里插入图片描述

客户端和服务端

Docker使用的是C/S架构模式，也就是说分为Client客户端和Server服务端。

  • 上面架构图的左边部分就是客户端，通常执行在它上面执行docker的各种命令
  • 上面架构图的中间部分就是服务端，特别注意它有一个守护进程（Docker daemon），来接收来自客户端的请求
  • 上面架构图的Client通过调用API发送请求给守护进程
  • 上面架构图的中守护进程会接收来自Client的请求，对镜像、仓库、容器等进行各种操作！

在这里插入图片描述
可以看到守护进程就是Docker的CPU 中央处理器！

查看守护进程

下面的dockerd就是Docker daemon守护进程！

# ps -ef | grep dockerd
root      6092     1 18 06:06 ?        00:44:36 /usr/bin/dockerd --graph=/var/lib/docker
查看客户端和服务端

大部分时候，我们的服务端也安装了客户端，当然也可以只安装Client。
查看客户端和服务端的版本

# docker version
Client:
 Version:           18.09.9
 API version:       1.39
 Go version:        go1.11.13
 Git commit:        039a7df9ba
 Built:             Wed Sep  4 16:51:21 2019
 OS/Arch:           linux/amd64
 Experimental:      false

Server: Docker Engine - Community
 Engine:
  Version:          18.09.9
  API version:      1.39 (minimum version 1.12)
  Go version:       go1.11.13
  Git commit:       039a7df
  Built:            Wed Sep  4 16:22:32 2019
  OS/Arch:          linux/amd64
  Experimental:     false

如果服务端的守护进程停止了，我们执行客户端命令会报错！

同时，下面的报错，也再次证实了docker客户端使用的HTTP API与服务端交互！

docker images
error during connect: This error may indicate that the docker daemon is not running.: Get "http://%2F%2F.%2Fpipe%2Fdocker_engine/v1.24/images/json": open //./pipe/docker_engine: The system cannot find the file specified
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