Docker的运行机制

docker Engine（Docker引擎）是Docker的核心部分，使用的是客户端-服务器（C/S）架构模式，其主要组成部分如图1所示。

图1 Docker引擎

从图6-8可以看出，Docker Engine中包含了三个核心组件（docker CLI、REST API和docker daemon），这三个组件的具体说明如下。

● docker CLI（command line interface）：表示Docker命令行接口，开发者可以在命令行中使用Docker相关指令与Docker守护进程进行交互，从而管理诸如image（镜像）、container（容器）、network（网络）和data volumes（数据卷）等实体。

● REST API：表示应用程序API接口，开发者通过该API接口可以与Docker的守护进程进行交互，从而指示后台进行相关操作。

● docker daemon：表示Docker的服务端组件，他是Docker架构中运行在后台的一个守护进程，可以接收并处理来自命令行接口及API接口的指令，然后进行相应的后台操作。

对于开发者而言，既可以使用编写好的脚本文件通过REST API来实现与Docker进程交互，又可以直接使用Docker相关指令通过命令行接口来与Docker进程交互，而其他一些Docker应用则是通过底层的API和CLI进行交互的。

了解了Docker内部引擎及作用后，我们还需要通过Docker的具体架构，来了解Docker的整个运行流程。接下来借助Docker官网的架构图来对Docker架构进行详细说明，如图1所示。

图1 Docker架构

从图1中可以看出，Docker架构主要包括Client、DOCKER_HOST和Register三部分，关于这三部分的具体说明如下。

1．Client（客户端）

Client即Docker客户端，也就是上一小节Docker Engine中介绍的docker CLI。开发者通过这个客户端使用Docker的相关指令与Docker守护进程进行交互，从而进行Docker镜像的创建、拉取和运行等操作。

2．DOCKER_HOST（Docker主机）

DOCKER_HOST即Docker内部引擎运行的主机，主要指Docker daemon（Docker守护进程）。可以通过Docker守护进程与客户端还有Docker的镜像仓库Registry进行交互，从而管理Images（镜像）和Containers（容器）等。

3．Registry（注册中心）

Registry即Docker注册中心，实质就是Docker镜像仓库，默认使用的是Docker官方远程注册中心Docker Hub，也可以使用开发者搭建的本地仓库。Registry中包含了大量的镜像，这些镜像可以是官网基础镜像，也可以是其他开发者上传的镜像。

我们在实际使用Docker时，除了会涉及到图中的三个主要部分外，还会涉及到很多Docker Objects（Docker对象），例如Images（镜像）、Containers（容器）、Networks（网络）、Volumes（数据卷）、Plugins（插件）等。其中常用的两个对象Image和Containers的说明如下。

● Images（镜像）

Docker 镜像就是一个只读的模板，包含了一些创建Docker容器的操作指令。通常情况下，一个Docker镜像是基于另一个基础镜像创建的，并且新创建的镜像会额外包含一些功能配置。例如：开发者可以依赖于一个Ubuntu的基础镜像创建一个新镜像，并可以在新镜像中安装Apache等软件或其它应用程序。

● Containers（容器）

Docker容器属于镜像的一个可运行实例（镜像与容器的关系其实与Java中的类与对象相似），开发者可以通过API接口或者CLI命令行接口来创建、运行、停止、移动、删除一个容器，也可以将一个容器连接到一个或多个网络中，将数据存储与容器进行关联。

Docker使用了一系列的底层技术来充分发挥其技术特色，这些底层技术包括有Namespaces、Control groups、Union file systems和Container format等，其具体含义如下。

Namespaces（名称空间）

Docker使用名称空间来为容器提供隔离的工作空间。当一个容器运行时，Docker就会为该容器创建一系列的名称空间，并为名称空间提供一层隔离。每一个容器都运行在相对隔离的环境下，对其他名称空间是相对受限的。

2.Control groups（控制组）

基于Linux系统的Docker引擎也依赖于另一项叫做Control groups（cgroups，控制组）的技术。控制组可以对程序进行资源限定，并允许Docker引擎在容器间进行硬件资源共享以及随时进行限制和约束，例如，开发者可以限制某特定容器的可用内存。

3.Union file systems（联合文件系统）

联合文件系统（UnionFS）是一种分层、轻量级并且高性能的文件系统，它支持将文件系统的修改作为一次提交来一层层的叠加，同时可以将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下。不同Docker容器可以共享一些基础的文件系统层，与自己独有的改动层一起使用，可以大大的提高存储效率。Docker目前支持的联合文件系统包括AUFS、btrfs、 vfs 和 DeviceMapper。

4.Container format（容器格式）

Docker引擎将名称空间、控制组和联合文件系统组合成一个叫做容器格式的整体。当前默认的容器格式是libcontainer，未来Docker可能会通过与其他技术（如BSD Jails或者Solaris Zones）的集成使用来开发其他的容器格式。

Docker 容器

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