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Baohua Yang
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## 14.1 基本架构
Docker 的架构设计简洁而高效主要由客户端和服务端两部分组成
### 核心架构图
Docker 采用了 **C/S (客户端/服务端)** 架构Client Daemon 发送请求Daemon 负责构建运行和分发容器
```mermaid
graph LR
Client[客户端 (Docker CLI)] -- docker run --> Dockerd
Client -- docker pull --> Dockerd
subgraph "Docker Host"
Dockerd(dockerd<br>守护进程)
Containers(Containers<br>容器)
Images(Images<br>镜像)
Dockerd -- 管理 --> Containers
Dockerd -- 管理 --> Images
end
```
---
### 组件详解
Docker 的内部架构如同洋葱一样分层每一层专注解决特定问题
#### 1. Docker CLI客户端
用户与 Docker 交互的主要方式它将用户命令 `docker run`转换为 API 请求发送给 dockerd
#### 2. Dockerd守护进程
Docker 的大脑
- 监听 API 请求
- 管理 Docker 对象镜像容器网络
- 编排下层组件完成工作
#### 3. Containerd高级运行时
行业标准的容器运行时CNCF 毕业项目
- 管理容器的完整生命周期启动停止
- 镜像拉取与存储
- **不包含** 复杂的与容器无关的功能如构建API
- Kubernetes 也可以直接使用 containerd跳过 Docker
#### 4. Runc低级运行时
用于创建和运行容器的 CLI 工具
- 直接与内核交互Namespaces, Cgroups
- 遵循 OCI (Open Container Initiative) 规范
- **主要职责**根据配置启动一个容器然后退出将控制权交给容器进程
#### 5. Shim
每个容器都有一个 shim 进程
- **解耦**允许 dockerd 重启而不影响容器运行
- **保持 IO**维持容器的标准输入输出
- **状态汇报** containerd 汇报容器退出状态
---
### 容器启动流程
当执行 `docker run -d nginx` 内部发生了什么
```mermaid
flowchart TD
User((用户))
subgraph DockerCLI [Docker CLI]
Cmd[docker run -d nginx]
end
subgraph DockerHost [Docker Host]
Dockerd[Dockerd]
Containerd[Containerd]
subgraph ContainerRuntime [Runtime]
Shim[Containerd-shim]
Runc[Runc]
Container[容器进程 (nginx)]
end
end
User --> Cmd
Cmd -- 1. REST API --> Dockerd
Dockerd -- 2. gRPC --> Containerd
Containerd -- 3. 准备镜像 & Bundle --> Containerd
Containerd -- 4. Fork --> Shim
Shim -- 5. Exec --> Runc
Runc -- 6. Create Namespaces/Cgroups --> Container
Runc -.-> |7. Exit| Runc
Shim -.-> |8. Monitor IO/Exit| Container
```
1. **CLI**发送请求给**Dockerd**
2. **Dockerd**解析请求调用**Containerd**
3. **Containerd** 准备镜像转换为 OCI Bundle
4. **Containerd**创建**Shim** 进程
5. **Shim**调用**Runc**
6. **Runc** 与系统内核交互创建 Namespaces Cgroups
7. **Runc** 启动 nginx 进程后退出
8. **Shim** 接管容器 IO 和生命周期监控
---
### Docker Engine v29+ 变化
Docker Engine v29 (2025/2026) 开始架构进一步简化和标准化
- **Containerd 镜像存储 (Image Store)**默认启用Docker 直接使用 Containerd 的镜像管理能力不再维护自己的一套 graphdriver
- **优势**多平台镜像支持更好镜像拉取更快lazy pulling K8s 共享镜像
---
### Docker Desktop 架构
macOS Windows 因为内核差异架构稍微复杂
```
┌────────────── MacOS / Windows ──────────────┐
│ Docker CLI │
│ │ │
├──────┼──────────────────────────────────────┤
│ ▼ (Socket 映射) │
│ ┌────────── Linux VM (虚拟机) ───────────┐ │
│ │ │ │
│ │ Dockerd <--> Containerd <--> Runc │ │
│ │ │ │
│ └────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────┘
```
- 使用轻量级虚拟机Apple Virtualization / WSL 2运行 Linux 内核
- 文件挂载Bind Mount需要跨越 VM 边界这也是文件 I/O 慢的原因
- 网络端口需要从宿主机转发到 VM
---
### 总结
| 组件 | 角色 | 关键职责 |
|------|------|----------|
| **CLI** | 指挥官 | 发送指令展示结果 |
| **Dockerd** | 大管家 | API 接口整体调度 |
| **Containerd** | 经理 | 容器生命周期镜像管理 |
| **Shim** | 监工 | 保持 IO允许无守护进程重启 |
| **Runc** | 工人 | 真正干活创建容器干完就走 |
### 延伸阅读
- [命名空间](./14.2_namespace.md)Runc 如何隔离容器
- [控制组](./14.3_cgroups.md)Runc 如何限制资源
- [联合文件系统](./14.4_ufs.md)镜像如何存储