Docker核心架构原理的深入分析

一、前言

由于平常工作中对Docker使用还是比较频繁的，但是一般都是基础的功能使用，并未对其核心架构原理做梳理，因此抽空简单总结一下这玩意的一些核心概念点知识，以备后面求职工作时可以更为深入地了解这个容器化工具。

二、Docker简介

这个就再简单说一下，因为以前的一些文章也经常提到过基础介绍了。

Docker的英文翻译是”搬运工“的意思，他搬运的东西就是我们常说的集装箱Container，Container 里面装的是任意类型的App，我们的开发人员可以通过Docker 将App变成一种标准化的、可移植的、自管理的组件，我们可以在任何主流的操作系统中开发、调试和运行。

从他的官方介绍图也就不难看出了：一个运货物的鲸鱼 。可以说非常形象，从概念上来看Docker和我们传统的虚拟机比较类似，只是更加轻量级，更加方便使用，非常适合高密度环境以及中小型部署，可以让我们用更少的资源做更多的事情。

和传统虚拟机相比较他主要有以下几点区别：

1. 传统的虚拟机需要模拟整台机器包括硬件，每台虚拟机都需要有自己的操作系统，虚拟机一旦被开启，预分配给他的资源将全部被占用，每一个虚拟机包括应用，必要的二进制和库，以及一个完整的用户操作系统；而容器技术是和我们的宿主机共享硬件资源及操作系统可以实现资源的动态分配。
2. 虚拟化技术依赖的是物理CPU和内存，是硬件级别的；而我们的Docker是构建在操作系统层面的，利用操作系统的容器化技术，所以Docker同样的可以运行在虚拟机上面
3. 虚拟机中的系统就是我们常说的操作系统镜像，比较复杂；而Docker比较轻量级，我们可以使用Docker部署一个独立的MySQL，就像类似于在虚拟机当中安装一个MySQL应用，但是我们用Docker部署的应用是完全隔离的。
4. 在传统的虚拟化技术是通过快照来保存的；而Docker引用了类似于源码的管理机制，将容器的快照历史版本一一记录下来，切换成本之低
5. 传统的虚拟化技术在构建系统的时候非常复杂；而Docker可以通过一个简单的Dockerfile文件来构建整个容器，更重要的是Dockerfile可以手动编写，这样应用开发人员可以通过发布Dockerfile来定义应用的环境和依赖，这样对于持续交付非常有利。

这些区别我们可以通过二者的结构图来看看：

不难看出，虚拟机和容器都是在硬件和操作系统以上的，虚拟机有 Hypervisor 层，Hypervisor 是整个虚拟机的核心所在。它为虚拟机提供了虚拟的运行平台，管理虚拟机的操作系统运行。每个虚拟机都有自己的系统和系统库以及应用。

而容器没有 Hypervisor 这一层，并且每个容器是和宿主机共享硬件资源及操作系统，那么由 Hypervisor 带来性能的损耗，在 linux 容器这边是不存在的。

但是虚拟机技术也有其优势，能为应用提供一个更加隔离的环境，不会因为应用程序的漏洞给宿主机造成任何威胁。同时还支持跨操作系统的虚拟化，例如你可以在 linux 操作系统下运行 windows 虚拟机。

从虚拟化层面来看，传统虚拟化技术是对硬件资源的虚拟，容器技术则是对进程的虚拟，从而可提供更轻量级的虚拟化，实现进程和资源的隔离。

从架构来看，Docker 比虚拟化少了两层，取消了 hypervisor 层和 GuestOS 层，使用 Docker Engine 进行调度和隔离，所有应用共用主机操作系统，因此在体量上，Docker 较虚拟机更轻量级，在性能上优于虚拟化，接近裸机性能。

Docker Engine

这个应该是我们安装docker经常都能见到的一个东西，那他具体是个啥呢？

实际上Docker Engine是一种开源容器化技术，用于构建和容器化我们的应用程序。Docker Engine充当具有以下功能的客户端服务器应用程序，他主要包含下面几个组件：

• 常驻运行的守护进程的服务器Dockerd
• API，用于指定程序可以用来与Docker守护程序进行对话和指示的接口。
• 命令行界面CLI，通过和REST API进行交互

CLI使用Docker API通过脚本或直接CLI命令来控制Docker守护程序或与Docker守护程序进行交互。许多其他Docker应用程序都使用基础API和CLI。守护程序创建和管理Docker对象，例如映像，容器，网络和卷。

 

Docker架构 

Docker使用了C/S体系架构，Docker客户端与Docker守护进程通信，Docker守护进程负责构建，运行和分发Docker容器。Docker客户端和守护进程可以在同一个系统上运行，也可以将Docker客户端连接到远程Docker守护进程。Docker客户端和守护进程使用REST API通过UNIX套接字或网络接口进行通信。

1. Docker Damon DockerD用来监听Docker API的请求和管理Docker对象，比如镜像、容器、网络和Volume。
2. Docker Client docker client是我们和Docker进行交互的最主要的方式方法，比如可以通过docker run来运行一个容器，然后我们的这个client会把命令发送给上面的Docker。
3. Docker Registry 用来存储Docker镜像的仓库，Docker Hub是Docker官方提供的一个公共仓库，而且Docker默认也是从Docker Hub上查找镜像的，当然你也可以很方便的运行一个私有仓库，当我们使用docker