一起学docker系列之二深入理解Docker：基本概念、工作原理与架构

前言

在当今的软件开发和部署中，Docker已经成为一种不可或缺的工具。它简化了应用程序的打包、交付和运行，同时提供了强大的隔离性和可移植性。本文将介绍Docker的基本概念、工作原理和架构，帮助您更深入地理解这一技术。

1 Docker的基本概念

镜像（Image）
镜像可以看作是一个不可变的模板，包含了应用程序及其运行环境的所有内容，包括文件系统、库、配置等。镜像就像出版图书的书稿，包含了所有内容，但不直接阅读，也不能被修改。

容器（Container）
容器是从镜像创建的运行实例，可以独立运行在主机上。每个容器都有自己的文件系统和进程空间，但它们共享主机操作系统的内核。容器就像通过书稿打印之后的一本书，你可以打开、阅读，但不会影响其他人的阅读经验。

仓库（Repository）
仓库是用于存储和分享镜像的地方。仓库可以包含多个不同版本的镜像，每个镜像有一个唯一的标签。仓库就像出版社，存放了很多书稿，每个书稿都有自己的编号。

2 Docker的基本组成

Docker客户端、Docker守护进程（Docker Daemon）以及Docker镜像仓库（Registry）这三个关键要素。

Docker客户端

Docker客户端是用户与Docker系统交互的主要接口，可以是命令行工具（例如docker命令）或图形用户界面。
用户通过Docker客户端发送命令来管理Docker容器和镜像。这些命令可以包括构建、运行、停止、删除容器，以及拉取、推送、查看镜像等操作。

Docker守护进程

Docker守护进程是Docker的后台服务，负责管理容器的生命周期、资源隔离和网络设置。
当Docker守护进程启动时，它监听来自Docker客户端的命令和请求。
Docker守护进程的主要职责包括创建、运行、监控、停止容器，以及管理镜像、网络、存储等方面的功能。

Docker镜像仓库

Docker镜像仓库是用于存储和共享Docker镜像的地方，最著名的是Docker Hub，但也可以是私有或其他公共仓库。
用户可以通过Docker客户端命令从镜像仓库中拉取（pull）镜像到本地，或将本地镜像推送（push）到仓库。
每个镜像在仓库中都有一个唯一的标签，通常以版本号或描述标识。

3 docker工作原理

构建镜像

用户创建一个Dockerfile，其中包含了构建镜像所需的指令，如基础镜像、应用程序代码、依赖项等。
使用Docker客户端的docker build命令，用户指定Dockerfile的路径，并提交构建请求给Docker守护进程。
Docker守护进程按照Dockerfile中的指令逐步构建镜像，生成多个中间镜像层，最终将其合并成一个可用的镜像。

拉取镜像

用户通过Docker客户端的docker pull命令从Docker镜像仓库中获取所需的镜像。
Docker客户端向指定的仓库发送请求，获取镜像的元数据和文件层。
如果本地已经存在相同标签的镜像，Docker将检查镜像是否过期，如果需要，会拉取新版本。

运行容器

用户通过docker run命令创建一个新的容器，基于特定的镜像。
Docker客户端发送创建容器的请求给Docker守护进程。
Docker守护进程创建容器实例，分配文件系统、网络命名空间、资源限制等隔离环境。
容器开始运行，用户可以与之交互或访问应用程序。

这些步骤的协作使Docker能够实现容器化应用程序的构建、交付和运行，提供了可移植性、隔离性和资源管理的便利性。 Docker的工作原理确保了镜像的可重用性和容器的高效性能，成为现代应用开发、测试和部署的强大工具。

4 docker架构

Docker的架构是分层的，由多个组件协同工作，以便构建、运行和管理容器化应用程序。除了上文介绍的Docker客户端（Docker Client）、Docker守护进程（Docker Daemon）、Docker镜像仓库（Docker Image Registry）之外，还包括一些组件。

Docker对象存储（Docker Object Storage）

Docker对象存储用于存储Docker的各种对象，包括镜像、容器、卷等。它负责管理Docker对象的持久存储。
对象存储包括镜像层、容器元数据、网络配置等，确保这些对象的可靠存储和访问。

图形驱动程序（Graph Driver）

图形驱动程序用于管理镜像层和容器的文件系统。它负责将镜像层堆叠成一个完整的文件系统，以供容器使用。
不同的图形驱动程序可以支持不同的底层文件系统，如overlay2用于本地文件系统、btrfs用于存储驱动等。

libcontainer（Container Runtime）

libcontainer是Docker的一个组件，用于直接管理容器的底层功能，如创建命名空间、设置Linux特性等。
它充当了容器运行时的角色，与操作系统内核交互以创建容器。

5 Docker详细工作过程

• 用户通过Docker客户端发送命令，如docker run，以创建一个新的容器实例。
• Docker客户端将请求发送给Docker守护进程。
• Docker守护进程根据请求检查本地镜像存储，如果所需的镜像不存在，它将从Docker镜像仓库中拉取镜像。
• Docker守护进程使用libcontainer创建容器，分配文件系统、网络命名空间和其他隔离的资源。
• Docker守护进程运行容器，将应用程序启动在容器中。
• 用户可以与容器交互，访问应用程序，并监控容器的日志和状态。
• 用户可以使用Docker客户端命令来管理容器的生命周期，如停止、删除、暂停等操作。

这些组件和工作步骤一起构成了Docker的架构和工作原理，使容器化应用程序的构建、交付和运行变得高效和可靠。 Docker的可移植性、隔离性和资源管理使其成为现代应用程序开发和部署的首选解决方案。

结语

Docker的基本概念、工作原理和架构是理解这一技术的关键。镜像、容器和仓库的比喻有助于将复杂的概念变得容易理解。通过客户端-服务器架构，Docker提供了一种高效的方式来构建、交付和运行应用程序，使开发和运维工作更加简单和可靠。