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docker_practice/12_implementation/12.1_arch.md
T
yeasy ef2625531d style: 含中文的括号统一为全角(336 处 / 110 文件)
全书此前是真·五五开:含中文的括号 336 处半角 : 336 处全角,而且**在同一文件
内混用**——`18_security/18.1_kernel_ns.md` 第 11/17/20 行写 `(如 runC)`,
第 31 行写 `(用户命名空间映射)`。这不是体例问题,是它自己跟自己不一致。

集群里其余 13 本都一边倒(llm_internals 5 : 1049、oc_guide 2 : 713、
forward_deployed_engineering_guide 0 : 108),blockchain_guide 已在 2026-08-05
按同一方向统一过 97 处,故取全角,而非另立新规。全角括号前后不留空格,
原先 `概念 (镜像、容器、仓库) 和` 两侧的空格一并收掉。

**纯拉丁内容的半角括号一个没动**——`新建一个层 (Layer)`、`项目 (project)`
保持原样:改动前后「半角且内容纯拉丁」的数量都是 **1163**,而「半角且含中文」
从 **336 变成 0**。

其余验证:改动前后各自抹掉全部空白与圆括号后**逐字节相同**(两侧均 19559 字符);
左右括号总数改动前后都是 399 : 399,证明没有吞括号也没有配错对。
`check_project_rules` 202/202、`check_emphasis` 202/202、37 tests OK、
根 `format_checker` 与 `validate_codeblocks` 干净、`git diff --check` 干净。
2026-08-24 13:13:23 -07:00

4.5 KiB
Raw Blame History

12.1 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。

12.1.1 核心架构图

Docker 采用了 C/S(客户端/服务端) 架构。Client 向 Daemon 发送请求,Daemon 负责构建、运行和分发容器。

graph LR
  C1["客户端"] -->|docker run| D["dockerd<br/>守护进程"]
  C1 -->|docker pull| D
  D -->|管理| C2["Containers<br/>容器"]
  D -->|管理| C3["Images<br/>镜像"]

12.1.2 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(如 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、卷)
  • 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:向 containerd 汇报容器退出状态

12.1.3 容器启动流程

当执行 docker run -d nginx 时,内部发生了什么?

flowchart TD
  U["用户"]
  K["docker run -d nginx"]
  D["Dockerd"]
  C["Containerd"]
  B["OCI Bundle"]
  S["Containerd-shim"]
  R["Runc"]
  P["容器进程<br/>nginx"]
  E["退出"]

  U -->|1. REST API| D
  D -->|2. gRPC| C
  C -->|3. 准备镜像和 Bundle| B
  C -->|4. 启动 Shim| S
  S -->|5. 执行| R
  R -->|6. 创建 Namespaces 和 Cgroups| P
  R -->|7. 进程退出| E
  S -->|8. 监控 IO 和退出| P
  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 和 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

12.1.4 Docker Engine v29.x 变化

从 Docker Engine v29.x 开始,架构进一步简化和标准化:

  • Containerd 镜像存储 (Image Store):在 v29.x 的新安装场景中默认启用。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,可保存 SBOM/Provenance 等 attestations,并可使用 containerd snapshotters 的 lazy pulling 等能力。
  • 实验性 nftables 支持:随着主流 Linux 发行版逐步弃用 iptables,Docker v29.x 引入了实验性 nftables 后端。启用方式为 dockerd --firewall-backend=nftables,可直接创建 nftables 规则而无需依赖 iptables-nft 转换层。生产环境请谨慎使用。

12.1.5 Docker Desktop 架构

在 macOS 和 Windows 上,因为内核差异,架构稍微复杂:

flowchart TD
    subgraph HostOS ["MacOS / Windows"]
        CLI["Docker CLI"]
        subgraph LinuxVM ["Linux VM (虚拟机)"]
            Engine["Dockerd <--> Containerd <--> Runc"]
        end
        CLI -- "(Socket 映射)" --> Engine
    end
  • 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

12.1.6 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

12.1.7 延伸阅读