基本架构

Docker 采用了 C/S架构,包括客户端和服务端。 Docker daemon 作为服务端接受来自客户的请求,并处理这些请求(创建、运行、分发容器)。 客户端和服务端既可以运行在一个机器上,也可通过 socket 或者 RESTful API 来进行通信

Docker daemon 一般在宿主主机后台运行,等待接收来自客户端的消息。 Docker 客户端则为用户提供一系列可执行命令,用户用这些命令实现跟 Docker daemon 交互


名字空间

名字空间是 Linux 内核一个强大的特性。每个容器都有自己单独的名字空间,运行在其中的应用都像是在独立的操作系统中运行一样。名字空间保证了容器之间彼此互不影响。

pid 名字空间

不同用户的进程就是通过 pid 名字空间隔离开的,且不同名字空间中可以有相同 pid。所有的 LXC 进程在 Docker 中的父进程为Docker进程,每个 LXC 进程具有不同的名字空间。同时由于允许嵌套,因此可以很方便的实现嵌套的 Docker 容器。

net 名字空间

有了 pid 名字空间, 每个名字空间中的 pid 能够相互隔离,但是网络端口还是共享 host 的端口。网络隔离是通过 net 名字空间实现的, 每个 net 名字空间有独立的 网络设备, IP 地址, 路由表, /proc/net 目录。这样每个容器的网络就能隔离开来。Docker 默认采用 veth 的方式,将容器中的虚拟网卡同 host 上的一 个Docker 网桥 docker0 连接在一起。

ipc 名字空间

容器中进程交互还是采用了 Linux 常见的进程间交互方法(interprocess communication - IPC), 包括信号量、消息队列和共享内存等。然而同 VM 不同的是,容器的进程间交互实际上还是 host 上具有相同 pid 名字空间中的进程间交互,因此需要在 IPC 资源申请时加入名字空间信息,每个 IPC 资源有一个唯一的 32 位 id。

mnt 名字空间

类似 chroot,将一个进程放到一个特定的目录执行。mnt 名字空间允许不同名字空间的进程看到的文件结构不同,这样每个名字空间 中的进程所看到的文件目录就被隔离开了。同 chroot 不同,每个名字空间中的容器在 /proc/mounts 的信息只包含所在名字空间的 mount point。

uts 名字空间

UTS("UNIX Time-sharing System") 名字空间允许每个容器拥有独立的 hostname 和 domain name, 使其在网络上可以被视作一个独立的节点而非 主机上的一个进程。

user 名字空间

每个容器可以有不同的用户和组 id, 也就是说可以在容器内用容器内部的用户执行程序而非主机上的用户


控制组

控制组(cgroups)是 Linux 内核的一个特性,主要用来对共享资源进行隔离、限制、审计等。只有能控制分配到容器的资源,才能避免当多个容器同时运行时的对系统资源的竞争。

控制组技术最早是由 Google 的程序员 2006 年起提出,Linux 内核自 2.6.24 开始支持。

控制组可以提供对容器的内存、CPU、磁盘 IO 等资源的限制和审计管理


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,它支持对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(unite several directories into a single virtual filesystem)。

联合文件系统是 Docker 镜像的基础。镜像可以通过分层来进行继承,基于基础镜像(没有父镜像),可以制作各种具体的应用镜像。

另外,不同 Docker 容器就可以共享一些基础的文件系统层,同时再加上自己独有的改动层,大大提高了存储的效率。

Docker 中使用的 AUFS(AnotherUnionFS)就是一种联合文件系统。 AUFS 支持为每一个成员目录(类似 Git 的分支)设定只读(readonly)、读写(readwrite)和写出(whiteout-able)权限, 同时 AUFS 里有一个类似分层的概念, 对只读权限的分支可以逻辑上进行增量地修改(不影响只读部分的)。

Docker 目前支持的联合文件系统种类包括 AUFS, btrfs, vfs 和 DeviceMapper


容器格式

最初,Docker 采用了 LXC 中的容器格式。自 1.20 版本开始,Docker 也开始支持新的 libcontainer 格式,并作为默认选项


Docker 网络实现

首先,要实现网络通信,机器需要至少一个网络接口(物理接口或虚拟接口)来收发数据包;此外,如果不同子网之间要进行通信,需要路由机制。

Docker 中的网络接口默认都是虚拟的接口。虚拟接口的优势之一是转发效率较高。 Linux 通过在内核中进行数据复制来实现虚拟接口之间的数据转发,发送接口的发送缓存中的数据包被直接复制到接收接口的接收缓存中。对于本地系统和容器内系统看来就像是一个正常的以太网卡,只是它不需要真正同外部网络设备通信,速度要快很多。

Docker 容器网络就利用了这项技术。它在本地主机和容器内分别创建一个虚拟接口,并让它们彼此连通(这样的一对接口叫做 veth pair

Docker 创建一个容器的时候,会执行如下操作:

  • 创建一对虚拟接口,分别放到本地主机和新容器中;
  • 本地主机一端桥接到默认的 docker0 或指定网桥上,并具有一个唯一的名字,如 veth65f9;
  • 容器一端放到新容器中,并修改名字作为 eth0,这个接口只在容器的名字空间可见;
  • 从网桥可用地址段中获取一个空闲地址分配给容器的 eth0,并配置默认路由到桥接网卡 veth65f9。

完成这些之后,容器就可以使用 eth0 虚拟网卡来连接其他容器和其他网络。

可以在 docker run 的时候通过 --net 参数来指定容器的网络配置,有4个可选值:

  • --net=bridge 这个是默认值,连接到默认的网桥。
  • --net=host 告诉 Docker 不要将容器网络放到隔离的名字空间中,即不要容器化容器内的网络。此时容器使用本地主机的网络,它拥有完全的本地主机接口访问权限。容器进程可以跟主机其它 root 进程一样可以打开低范围的端口,可以访问本地网络服务比如 D-bus,还可以让容器做一些影响整个主机系统的事情,比如重启主机。因此使用这个选项的时候要非常小心。如果进一步的使用 --privileged=true,容器会被允许直接配置主机的网络堆栈。
  • --net=container:NAME_or_ID 让 Docker 将新建容器的进程放到一个已存在容器的网络栈中,新容器进程有自己的文件系统、进程列表和资源限制,但会和已存在的容器共享 IP 地址和端口等网络资源,两者进程可以直接通过 lo 环回接口通信。
  • --net=none 让 Docker 将新容器放到隔离的网络栈中,但是不进行网络配置。之后,用户可以自己进行配置

Docker 底层实现的更多相关文章

  1. Docker底层原理介绍

    1.docker介绍 1.1什么是docker Docker 是一个开源的应用容器引擎,基于 Go 语言 并遵从Apache2.0协议开源. Docker 可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个轻 ...

  2. Docker底层基石namespace与cgroup

    Docker底层基石namespace与cgroup   容器本质上是把系统中为同一个业务目标服务的相关进程合成一组,放在一个叫做namespace的空间中,同一个namespace中的进程能够互相通 ...

  3. Docker底层架构之简介

    简介 Docker 底层的核心技术包括 Linux 上的命名空间(Namespaces) 控制组(Control groups) Union 文件系统(Union file systems) 容器格式 ...

  4. 04 . Docker安全与Docker底层实现

    Docker安全 Docker安全性时,主要考虑三个方面 # 1. 由内核的名字空间和控制组机制提供的容器内在安全 # 2. Docker程序(特别是服务端)本身的抗攻击性 # 3. 内核安全性的加强 ...

  5. docker底层技术概览

    docker解决了云计算环境难于分发并且管理复杂,而用KVM.Xen等虚拟化又浪费系统资源的问题.Docker最初是基于lxc构建了容器引擎,为了提供跨平台支持,后又专门开发了libcontainer ...

  6. 3.Docker与LXC、虚拟化技术的区别——虚拟化技术本质上是在模拟硬件,Docker底层是LXC,本质都是cgroups是在直接操作硬件

    先说和虚拟化技术的区别 难道虚拟技术就做不到吗? 不不不,虚拟技术也可以做到,但是会有一定程度的性能损失,灵活度也会下降.容器技术不是模仿硬件层次,而是 在Linux内核里使用cgroup和names ...

  7. Docker与LXC、虚拟化技术的区别——虚拟化技术本质上是在模拟硬件,Docker底层是LXC,本质都是cgroups是在直接操作硬件

    先说和虚拟化技术的区别: 难道虚拟技术就做不到吗? 不不不,虚拟技术也可以做到,但是会有一定程度的性能损失,灵活度也会下降.容器技术不是模仿硬件层次,而是 在Linux内核里使用cgroup和name ...

  8. Docker 底层技术与端口映射

    容器底层实现技术  1.cgroup 实现了资源的限额:CPU,内存,硬盘 cgroup使用  docker run -d -m 100M httpd 2.namespace 实现了资源隔离 name ...

  9. Docker底层原理(三)

    1. 我们运行:docker run hello-world 由于本地没有hello-world,所以会远程下载一个hello-world的镜像,并在容器内运行. 2. docker run干了什么?

随机推荐

  1. MVC5 - ASP.NET Identity登录原理 - Claims-based认证和OWIN -摘自网络

    在Membership系列的最后一篇引入了ASP.NET Identity,看到大家对它还是挺感兴趣的,于是来一篇详解登录原理的文章.本文会涉及到Claims-based(基于声明)的认证,我们会详细 ...

  2. 动态生成xml文件

    使用xmlParser动态生成xml,输入的字符编码是gbk,结果怎么生成都不行,后来把输入转成utf8之后, 再生成就ok了

  3. USB的四种传输类型

    USB协议规定了4种传输类型:批量(bulk)传输,等时传输(同步传输),中断传输和控制传输.

  4. hdoj 5288 OO’s Sequence

    题目链接:http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=5288 //*************头文件区************* #include<ios ...

  5. Android与.Net交互模拟用户屏幕操作添加APN和网络4G/3G切换

    前几天接到一个需求,我们的客户需要对手机网络接入点进行可用性测试,简单点说就是需要实现Android上的APN配置的添加,APN切换网络模式4G/3G/2G切换,我要调研下写个demo. 因为是要实现 ...

  6. Spring aop expression

    任意公共方法的执行:execution(public * *(..))任何一个名字以“set”开始的方法的执行:execution(* set*(..))AccountService接口定义的任意方法 ...

  7. 获取select当前选择的值和文本

    <html> <head> <script type="text/javascript"> function EE(obj) { alert(& ...

  8. 关于request.getsession(true|false)

    request.getSession(true):若存在会话则返回该会话,否则新建一个会话.request.getSession(false):若存在会话则返回该会话,否则返回NULL

  9. .NET常用类库--苏飞合集

    在线网站:http://tool.sufeinet.com/CodePreview/CodeView.aspx?action=view&file=Zip/SharpZip.cs C#基类库大全 ...

  10. C++ Bit Fields

    http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ewwyfdbe%28v=vs.71%29.aspx Note An unnamed bit field of widt ...