Docker 原理
Docker 的内部架构、容器实现原理与底层存储原理笔记。
内部架构组件
| 组件 | 描述 |
|---|---|
| Docker Daemon | Docker 的主要组件，是一个守护进程，负责管理容器的创建、启动、停止、删除等操作。 |
| Docker Client | 与 Docker Daemon 交互的命令行工具，用户可以使用该工具发送命令来操作 Docker 容器。 |
| Docker Registry | 存储 Docker 镜像的中央仓库，可以通过 Docker Client 从该仓库中拉取所需的镜像。 |
| Docker Image | 容器的基础，是一个只读的文件系统，包含了应用程序、依赖库和配置文件等。可以通过 Dockerfile 文件创建。 |
| Docker Container | Docker 镜像的一个实例，包含了一个完整的文件系统、运行时环境和系统工具。 |
Docker Daemon 和 Docker Client 之间采用 RESTful API 进行通信，Docker Client 发送命令到 Docker Daemon，Docker Daemon 接收并处理命令，最终返回结果给 Docker Client。
当 Docker Daemon 接收到创建容器的命令时，它会先检查本地是否已经存在所需的 Docker 镜像。如果本地不存在该镜像，则 Docker Daemon 会从 Docker Registry 中拉取所需的镜像。如果本地已经存在该镜像，则 Docker Daemon 会根据该镜像创建容器，并将其放到一个独立的命名空间中运行。
容器运行时，Docker Daemon 会将容器的输出和错误信息输出到 stdout 和 stderr，用户可以通过 Docker Client 查看容器输出。当用户不再需要容器时，可以使用 Docker Client 发送命令停止该容器。Docker Daemon 会发送 SIGTERM 信号给容器中的进程，让它们优雅地退出。如果进程在一定时间内没有退出，则 Docker Daemon 会发送 SIGKILL 信号，强制杀死进程。
容器实现原理
Docker 容器的实现原理可以分为以下几个方面：
- 命名空间（Namespace）：Docker 使用命名空间来隔离不同容器的进程、网络、文件系统和用户等资源。每个容器都有自己的命名空间，使得容器之间互相独立，互不影响。
- 控制组（Control Groups，简称 Cgroups）：Docker 使用 Cgroups 来限制容器使用的 CPU、内存、网络带宽等资源。每个容器都被分配了一定的资源配额，使得容器之间可以公平地共享主机资源。
- 联合文件系统（Union File System）：Docker 使用联合文件系统来实现容器的文件系统隔离。每个容器都有自己的文件系统，但是可以共享主机文件系统中的一部分内容。这种方式使得容器的文件系统非常轻量化，可以快速创建和销毁。
- 容器镜像（Container Image）：Docker 容器是基于容器镜像创建的，容器镜像是一个只读的文件系统，包含了应用程序、依赖库和配置文件等。Docker 使用联合文件系统来实现容器镜像的分层存储，使得容器镜像可以共享和复用，大大减少了存储空间和下载时间。
- 容器运行时（Container Runtime）：Docker 使用容器运行时来启动和管理容器。容器运行时负责创建容器的命名空间、Cgroups 和联合文件系统，然后启动容器中的进程。容器运行时还负责监控容器的状态和资源使用情况，并根据需要调整容器的资源配额。
Docker 的运行原理就是通过 Docker Daemon 和 Docker Client 之间的交互，来创建、启动、停止和删除 Docker 容器。Docker 镜像是 Docker 容器的基础，可以通过 Dockerfile 文件创建。Docker 容器运行在独立的命名空间中，可以提供隔离和安全性。
底层存储原理
Docker 的底层存储原理主要涉及到容器镜像和容器数据卷两个方面。
容器镜像存储
Docker 使用联合文件系统（Union File System）来实现容器镜像的分层存储。容器镜像是由多个只读层组成的，每个层都可以被共享和复用。当容器启动时，Docker 将这些只读层联合在一起，形成一个可写的容器文件系统。这种方式使得容器镜像非常轻量化，可以快速创建和销毁。
Docker 默认使用 AUFS（Advanced Multi-Layered Unification File System）作为联合文件系统，它支持多层联合、快速创建和销毁、只读层共享等特性。Docker 还支持其他的联合文件系统，比如 OverlayFS、DeviceMapper 和 Btrfs 等。
容器数据卷存储
Docker 容器的数据卷是一个可供容器读写的目录或文件，可以用于在容器之间共享数据、持久化存储等。Docker 支持多种类型的容器数据卷，包括主机挂载卷、命名卷和匿名卷等。
主机挂载卷是将主机上的目录或文件挂载到容器中，容器可以读写该目录或文件。命名卷是由 Docker 管理的数据卷，可以给数据卷指定一个名字，方便管理和共享。匿名卷是由 Docker 自动生成的数据卷，用于存储容器中的临时数据。
Docker 容器的数据卷存储原理主要是基于 Linux 的文件系统挂载机制实现的。当容器启动时，Docker 会将数据卷挂载到容器中的指定目录，并将容器中的数据写入到该目录中。容器停止时，Docker 会卸载数据卷，保证数据的持久化存储。
Docker 的底层存储原理是基于 Linux 文件系统的一些特性和技术实现的。容器镜像使用联合文件系统实现分层存储，容器数据卷使用文件系统挂载机制实现持久化存储。这些技术使得 Docker 容器具有轻量化、可移植和可复用的特性。
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