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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 向 Daemon 发送请求，Daemon 负责构建、运行和分发容器。

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（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

容器启动流程

当执行 docker run -d nginx 时，内部发生了什么？

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

CLI发送请求给Dockerd
Dockerd解析请求，调用Containerd
Containerd 准备镜像，转换为 OCI Bundle
Containerd创建Shim 进程
Shim调用Runc
Runc 与系统内核交互，创建 Namespaces 和 Cgroups
Runc 启动 nginx 进程后退出
Shim 接管容器 IO 和生命周期监控

Docker Engine v29+ 变化

从 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）、与 K8s 共享镜像。

Docker Desktop 架构

在 macOS 和 Windows 上，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

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