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Docker 简介
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量级、可移植的容器中，然后发布到任何流行的 Linux 机器上，也可以实现虚拟化。
容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口（类似 iPhone 的 app）,更重要的是容器性能开销极低。
Docker 从 17.03 版本之后分为 CE（Community Edition: 社区版） 和 EE（Enterprise Edition: 企业版），我们用社区版就可以了
Docker的应用场景
- Web 应用的自动化打包和发布。
- 自动化测试和持续集成、发布。
- 在服务型环境中部署和调整数据库或其他的后台应用。
- 从头编译或者扩展现有的 OpenShift 或 Cloud Foundry 平台来搭建自己的 PaaS 环境。
Docker 架构
Docker 包括三个基本概念:
- 镜像（Image）：Docker 镜像（Image），就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:16.04 就包含了完整的一套 Ubuntu16.04 最小系统的 root 文件系统。
- 容器（Container）：镜像（Image）和容器（Container）的关系，就像是面向对象程序设计中的类和实例一样，镜像是静态的定义，容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。
- 仓库（Repository）：仓库可看成一个代码控制中心，用来保存镜像。
Docker 使用客户端-服务器 (C/S) 架构模式，使用远程API来管理和创建Docker容器。
Docker 容器通过 Docker 镜像来创建。
| 概念 | 说明 |
|---|---|
| Docker 镜像(Images) | Docker 镜像是用于创建 Docker 容器的模板，比如 Ubuntu 系统。 |
| Docker 容器(Container) | 容器是独立运行的一个或一组应用，是镜像运行时的实体。 |
| Docker 客户端(Client) | Docker 客户端通过命令行或者其他工具使用 Docker SDK (https://docs.docker.com/develop/sdk/) 与 Docker 的守护进程通信。 |
| Docker 主机(Host) | 一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker 守护进程和容器。 |
| Docker Registry | Docker 仓库用来保存镜像，可以理解为代码控制中的代码仓库。Docker Hub(https://hub.docker.com) 提供了庞大的镜像集合供使用。一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库（Repository）；每个仓库可以包含多个标签（Tag）；每个标签对应一个镜像。通常，一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像，而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签，将以 latest 作为默认标签。 |
Open Container Initiative，也就是常说的OCI，是由多家公司共同成立的项目，并由linux基金会进行管理，致力于container runtime的标准的制定和runc的开发等工作。 官方的介绍是
An open governance structure for the express purpose of creating open industry standards around container formats and runtime. – Open Containers Official Site
所谓container runtime，主要负责的是容器的生命周期的管理。oci的runtime spec标准中对于容器的状态描述，以及对于容器的创建、删除、查看等操作进行了定义。
目前主要有两个标准文档：容器运行时标准 （runtime spec）和 容器镜像标准（image spec）。 这两个协议通过 OCI runtime filesytem bundle 的标准格式连接在一起，OCI 镜像可以通过工具转换成 bundle，然后 OCI 容器引擎能够识别这个 bundle 来运行容器。
image spec
OCI 容器镜像主要包括几块内容：
文件系统：以 layer 保存的文件系统，每个 layer 保存了和上层之间变化的部分，layer 应该保存哪些文件，怎么表示增加、修改和删除的文件等 config 文件：保存了文件系统的层级信息（每个层级的 hash 值，以及历史信息），以及容器运行时需要的一些信息（比如环境变量、工作目录、命令参数、mount 列表），指定了镜像在某个特定平台和系统的配置。比较接近我们使用 docker inspect 看到的内容 manifest 文件：镜像的 config 文件索引，有哪些 layer，额外的 annotation 信息，manifest 文件中保存了很多和当前平台有关的信息 index 文件：可选的文件，指向不同平台的 manifest 文件，这个文件能保证一个镜像可以跨平台使用，每个平台拥有不同的 manifest 文件，使用 index 作为索引
runtime spec
OCI 对容器 runtime 的标准主要是指定容器的运行状态，和 runtime 需要提供的命令。下图可以是容器状态转换图：
Docker CLI
/usr/bin/docker
Docker 的客户端工具，通过CLI与 dockerd API 交流。 CLI 的例子比如docker build … docker run …
Docker Daemon
/usr/bin/dockerd
当然，守护进程模块不停的在重构，其基本功能和定位没有变化。和一般的CS架构系统一样，守护进程负责和Docker client交互，并管理Docker镜像、容器。
Containerd
/usr/bin/docker-containerd
containerd是容器技术标准化之后的产物，为了能够兼容OCI标准，将容器运行时及其管理功能从Docker Daemon剥离。理论上，即使不运行dockerd，也能够直接通过containerd来管理容器。（当然，containerd本身也只是一个守护进程，容器的实际运行时由后面介绍的runC控制。） 最近，Docker刚刚宣布开源containerd。从其项目介绍页面可以看出，containerd主要职责是镜像管理（镜像、元信息等）、容器执行（调用最终运行时组件执行）。
containerd向上为Docker Daemon提供了gRPC接口，使得Docker Daemon屏蔽下面的结构变化，确保原有接口向下兼容。向下通过containerd-shim结合runC，使得引擎可以独立升级，避免之前Docker Daemon升级会导致所有容器不可用的问题。
containerd fully leverages the OCI runtime specification1, image format specifications and OCI reference implementation (runc). containerd includes a daemon exposing gRPC API over a local UNIX socket. The API is a low-level one designed for higher layers to wrap and extend. Containerd uses RunC to run containers according to the OCI specification.
docker-shim
/usr/bin/docker-containerd-shim
每启动一个容器都会起一个新的docker-shim的一个进程. 他直接通过指定的三个参数来创建一个容器：
- 容器id
- boundle目录（containerd的对应某个容器生成的目录，一般位于：/var/run/docker/libcontainerd/containerID）
- 运行是二进制（默认为runc）来调用runc的api（比如创建容器时，最后拼装的命令如下：runc create 。。。）
他的作用是：
- 它允许容器运行时(即 runC)在启动容器之后退出，简单说就是不必为每个容器一直运行一个容器运行时(runC)
- 即使在 containerd 和 dockerd 都挂掉的情况下，容器的标准 IO 和其它的文件描述符也都是可用的
- 向 containerd 报告容器的退出状态 前两点尤其重要，有了它们就可以在不中断容器运行的情况下升级或重启 dockerd(这对于生产环境来说意义重大)。
runc (OCI reference implementation)
/usr/bin/docker-runc
OCI定义了容器运行时标准OCI Runtime Spec support (aka runC)，runC是Docker按照开放容器格式标准（OCF, Open Container Format）制定的一种具体实现。
runC是从Docker的libcontainer中迁移而来的，实现了容器启停、资源隔离等功能。
Docker默认提供了docker-runc实现，事实上，通过containerd的封装，可以在Docker Daemon启动的时候指定runc的实现。
我们可以通过启动Docker Daemon时增加–add-runtime参数来选择其他的runC现。例如：
docker daemon --add-runtime \"custom=/usr/local/bin/my-runc-replacement\"
Docker、containerd, containerd-shim和runc之间的关系
他们之间的关系如下图：
我们可以通过启动一个Docker容器，来观察进程之间的关联。
