Docker - 架构

Docker - 架构

理解 Docker 的架构（architecture）有助于阐明它是如何实现容器化（containerization）以及它与传统虚拟化（traditional virtualization）的区别。

传统虚拟化架构

在传统虚拟化中，架构通常包含以下层（layers）：

1. Infrastructure（基础设施）: 物理硬件（硬件：CPU、RAM、磁盘、网络）。
2. Host Operating System（宿主操作系统）: 安装在硬件上的主要操作系统（例如，Windows Server、Linux）。
3. Hypervisor（虚拟机监控程序）: 创建和管理虚拟机（VMs）的软件（如 VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、KVM）。它抽象化硬件。
4. Guest Operating System（客户操作系统）: 每个 VM 运行一个完整、独立的操作系统副本（例如，多个 Linux 或 Windows 实例）。每个 Guest OS 都有自己的内核（kernel）、库（libraries）和二进制文件（binaries）。
5. Applications（应用程序）: 应用程序运行在每个 VM 内各自的 Guest OS 之上。

这种方法提供了强大的隔离性（isolation），但由于运行多个完整的操作系统会产生开销（overhead）。

Docker 容器化架构

Docker 利用操作系统级虚拟化（容器化）实现了不同的架构：

1. Infrastructure（基础设施）: 物理硬件（硬件：CPU、RAM、磁盘、网络）。
2. Host Operating System（宿主操作系统）: 安装在硬件上的主要操作系统（例如，Linux、Windows）。
3. Docker Engine（Docker 引擎）: 运行在宿主操作系统上的核心 Docker 软件。它包括 Docker 守护进程（daemon，服务器）和客户端接口（client interface）（CLI、API）。该守护进程管理容器、镜像、网络和卷。
4. Containers（容器）: Docker 不运行完整的 VMs，而是在容器中运行应用程序。关键在于，所有容器共享宿主操作系统的内核。每个容器只打包其应用程序代码、运行时环境（runtime）（例如，Node.js、Python、Java）、系统工具、库以及除基础内核之外所需的设置。它们作为隔离的进程运行在宿主操作系统的用户空间（userspace）中。

这种架构提供了显著的优势：

• 效率： 容器比 VMs 轻量（lightweight）得多，因为它们不需要独立的操作系统内核。它们消耗更少的资源（CPU、RAM、磁盘空间）。
• 速度： 容器启动几乎是即时的，因为它们只是宿主操作系统上的进程，而 VMs 需要启动一个完整的操作系统。
• 密度： 由于开销较低，您可以在相同的硬件上运行比 VMs 多得多的容器。

Docker 引擎组件

Docker 引擎本身遵循客户端-服务器架构（client-server architecture）：

• Docker Daemon (dockerd)（Docker 守护进程）: 一个常驻后台进程（persistent background process），监听 Docker API 请求并管理 Docker 对象（objects），如镜像、容器、网络和卷。
• REST API: 指定了程序可以用来与守护进程通信并指示其执行何种操作的接口（interfaces）。
• Docker CLI Client (docker)（Docker CLI 客户端）: 用户与 Docker 交互的主要方式。客户端通过 REST API 向 dockerd 守护进程发送命令（如 docker run、docker build）。

客户端可以与同一系统上的守护进程通信，或连接到远程 Docker 守护进程。