Docker核心架构

1. Docker架构示意图

2. Docker架构的工作流程

Docker 的工作流程涵盖从‌构建镜像‌到‌运行容器‌再到‌镜像分发‌的完整闭环，各环节由客户端、守护进程、仓库协同完成。

1. 整体流程概览

编写Dockerfile → 构建镜像(Build) → 推送仓库(Push) → 拉取镜像(Pull) → 创建运行容器(Run)

2. 分阶段详解

• 镜像构建阶段（Build）
  • 开发者编写 ‌Dockerfile‌，定义基础镜像、依赖安装、代码拷贝、启动命令等指令。
  • 客户端发送 docker build 指令给守护进程。
  • 守护进程逐层执行指令，每一步生成一个只读镜像层，最终叠加为完整镜像。
  • 构建完成后镜像存储在本地镜像库中。
• 镜像分发阶段（Push / Pull）
  • ‌Push‌：将本地镜像推送到远程仓库（如 Docker Hub、Harbor），便于团队共享
  • ‌Pull‌：从远程仓库拉取所需镜像到本地，为运行做准备
  • 守护进程通过 Registry API 与仓库交互，完成镜像的上传下载
• 容器运行阶段（Run）
  • 客户端发送 docker run 指令
  • 守护进程在本地找到对应镜像，基于镜像创建一个‌可读写容器层‌
  • 利用 ‌Linux Namespaces‌ 隔离进程、网络、文件系统
  • 利用 ‌Cgroups‌ 限制容器的 CPU、内存、磁盘等资源
  • 容器启动后以独立进程运行在宿主机上
• 容器管理阶段
  • ‌启停‌：docker start / stop / restart 控制容器生命周期 -‌ 监控‌：docker stats 查看资源使用情况
  • ‌日志‌：docker logs 查看容器输出
  • ‌删除‌：docker rm 移除停止的容器，释放资源

3. Docker的核心组件

Docker 的核心组件围绕‌镜像、容器、仓库、网络、存储‌五大模块构建，各组件协同支撑从开发到运行的完整容器生命周期。

1. Docker 客户端（Docker Client）： Docker 客户端是用户与 Docker 守护进程交互的命令行界面（CLI）。它是用户与 Docker 系统的主要交互方式，用户通过 Docker CLI 发出命令，这些命令被发送到 Docker 守护进程，由守护进程执行相应的操作。
   • 功能：允许用户使用命令与 Docker 守护进程通信，如创建容器、构建镜像、查看容器状态等。
   • 交互方式：Docker 客户端与 Docker 守护进程之间通过 REST API 或 Unix 套接字通信。常用的命令行工具是 docker，通过它，用户可以发出各种 Docker 操作命令。
2. Docker 守护进程（Docker Daemon）： Docker 守护进程（通常是 dockerd）是 Docker 架构的核心，负责管理容器生命周期、构建镜像、分发镜像等任务。守护进程通常以后台进程的方式运行，等待来自 Docker 客户端的 API 请求。
   • 功能：
     • 启动和停止容器。
     • 构建、拉取和推送镜像。
     • 管理容器的网络和存储。
     • 启动、停止、查看容器日志等。
     • 与 Docker 注册表进行通信，管理镜像的存储与分发。
   • 交互方式：Docker 守护进程监听来自 Docker 客户端的请求，并且通过 Docker API 执行这些请求。守护进程将负责容器、镜像等 Docker 对象的管理，并根据请求的参数启动容器、删除容器、修改容器配置等。
3. Docker Engine API： Docker 引擎 API 是 Docker 提供的 RESTful 接口，允许外部客户端与 Docker 守护进程进行通信。通过这个 API，用户可以执行各种操作，如启动容器、构建镜像、查看容器状态等。API 提供了 HTTP 请求的接口，支持跨平台调用。
   • 功能：
     • 向 Docker 守护进程发送 HTTP 请求，实现容器、镜像的管理。
     • 提供 RESTful 接口，允许通过编程与 Docker 进行交互。
   • 交互方式：可以通过 curl 或其他 HTTP 客户端访问 Docker 引擎 API。例如，查询当前 Docker 守护进程的版本：

   curl --unix-socket /var/run/docker.sock http://localhost/version
   

4. Docker 容器（Docker Containers）： 容器是 Docker 的执行环境，它是轻量级、独立且可执行的软件包。容器是从 Docker 镜像启动的，包含了运行某个应用程序所需的一切——从操作系统库到应用程序代码。容器在运行时与其他容器和宿主机共享操作系统内核，但容器之间的文件系统和进程是隔离的。
   • 功能：
     • 提供独立的运行环境，确保应用程序在不同的环境中具有一致的行为。
     • 容器是临时的，通常在任务完成后被销毁。
   • 交互方式：容器的生命周期是由 Docker 守护进程管理的。容器可以在任何地方运行，因为它们不依赖于底层操作系统的配置，所有的运行时依赖已经封装在镜像中。
5. Docker 镜像（Docker Images）： Docker 镜像是容器的只读模板。每个镜像都包含了应用程序运行所需的操作系统、运行时、库、环境变量和应用代码等。镜像是静态的，用户可以根据镜像启动容器。
   • 功能：
     • 镜像是构建容器的基础，每个容器实例化时都会使用镜像。
     • 镜像是只读的，不同容器使用同一个镜像时，容器中的文件系统层是独立的。
   • 交互方式：Docker 镜像可以通过 docker pull 从 Docker Hub 或私有注册表拉取，也可以通过 docker build 从 Dockerfile 构建。
6. Docker 仓库（Docker Registries）： Docker 仓库是用来存储 Docker 镜像的地方，最常用的公共仓库是 Docker Hub。用户可以从 Docker Hub 下载镜像，也可以上传自己的镜像分享给其他人。除了公共仓库，用户也可以部署自己的私有 Docker 仓库来管理企业内部的镜像。
   • 功能：
     • 存储 Docker 镜像。
     • 提供镜像的上传和下载功能。
   • 交互方式：Docker Hub 提供了大量官方和社区维护的镜像，如 Ubuntu、Nginx、MySQL 等，Docker 镜像可以通过 docker pull 从 Docker Hub 或私有注册表拉取。
7. Docker Compose： Docker Compose 是一个用于定义和运行多容器 Docker 应用的工具。通过 Compose，用户可以使用一个 docker-compose.yml 配置文件定义多个容器（服务），并可以通过一个命令启动这些容器。Docker Compose 主要用于开发、测试和部署多容器的应用。
   • 功能：
     • 定义和运行多个容器组成的应用。
     • 通过 YAML 文件来配置应用的服务、网络和卷等。
   • 示例：创建一个简单的 docker-compose.yml 文件来配置一个包含 Web 服务和数据库服务的应用：

   version: '3'
   services:
   web:
       image: nginx
       ports:
       - "8080:80"
   db:
       image: mysql
       environment:
       MYSQL_ROOT_PASSWORD: example
   

   • 启动服务：启动 Compose 定义的所有服务

   docker-compose up
   

8. Docker Swarm： Docker Swarm 是 Docker 提供的集群管理和调度工具。它允许将多个 Docker 主机（节点）组织成一个集群，并通过 Swarm 集群管理工具来调度和管理容器。Swarm 可以实现容器的负载均衡、高可用性和自动扩展等功能。
   • 功能：
     • 管理多节点 Docker 集群。
     • 通过调度器管理容器的部署和扩展。
   • 初始化 Swarm 集群：

   docker swarm init
   

9. Docker 网络（Docker Networks）: Docker 网络允许容器之间相互通信，并与外部世界进行连接。Docker 提供了多种网络模式来满足不同的需求，如 bridge 网络（默认）、host 网络和 overlay 网络等。
   • 功能：
     • 管理容器间的网络通信。
     • 支持不同的网络模式，以适应不同场景下的需求。
   • 创建一个自定义网络并将容器连接到该网络：

   docker network create my_network
   docker run -d --network my_network ubuntu
   

10. Docker 卷（Docker Volumes）: Docker 卷是一种数据持久化机制，允许数据在容器之间共享，并且独立于容器的生命周期。与容器文件系统不同，卷的内容不会随着容器的销毁而丢失，适用于数据库等需要持久存储的应用。
    • 功能：
      • 允许容器间共享数据。
      • 保证数据持久化，独立于容器的生命周期。
    • 创建并挂载卷：

    docker volume create my_volume
    docker run -d -v my_volume:/data ubuntu