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= Docker架构 =

Docker架构是Docker容器化技术的核心设计框架，它定义了各个组件如何协同工作以实现容器的创建、运行和管理。理解Docker架构对于高效使用Docker至关重要，无论是初学者还是经验丰富的开发者。

== 概述 ==
Docker采用'''客户端-服务器（Client-Server）'''架构，主要包含以下核心组件：
* '''Docker守护进程（Daemon）'''：运行在主机上的后台服务，负责管理容器、镜像、网络和存储。
* '''Docker客户端（Client）'''：用户通过命令行或API与守护进程交互的工具。
* '''Docker镜像（Image）'''：只读模板，包含运行容器所需的文件系统和配置。
* '''Docker容器（Container）'''：镜像的运行实例，具有独立的运行环境。
* '''Docker注册中心（Registry）'''：存储和分发镜像的服务（如Docker Hub）。

<mermaid>
graph LR
    A[用户] -->|命令| B[Docker客户端]
    B -->|API调用| C[Docker守护进程]
    C -->|拉取/推送| D[Docker注册中心]
    C --> E[容器]
    C --> F[镜像]
</mermaid>

== 核心组件详解 ==

=== Docker守护进程（Daemon） ===
守护进程（`dockerd`）是Docker的核心引擎，负责：
* 监听API请求（默认通过UNIX套接字或TCP端口）
* 管理容器生命周期（创建/启动/停止）
* 构建和存储镜像
* 管理网络（如桥接网络、覆盖网络）

使用以下命令检查守护进程状态：
<syntaxhighlight lang="bash">
sudo systemctl status docker
</syntaxhighlight>
输出示例：
<pre>
● docker.service - Docker Application Container Engine
     Loaded: loaded (/lib/systemd/system/docker.service; enabled; vendor preset: enabled)
     Active: active (running) since Thu 2023-05-18 10:00:00 UTC; 1h ago
</pre>

=== Docker客户端（Client） ===
客户端（`docker`命令）通过REST API与守护进程通信。例如：
<syntaxhighlight lang="bash">
docker run hello-world
</syntaxhighlight>
此命令的执行流程：
1. 客户端发送请求到守护进程
2. 守护进程检查本地是否有`hello-world`镜像
3. 若无则从Docker Hub下载
4. 创建并运行容器

=== Docker对象模型 ===
==== 镜像 ====
镜像采用分层存储结构，每层对应Dockerfile中的一个指令。例如：
<syntaxhighlight lang="dockerfile">
FROM ubuntu:22.04
RUN apt-get update && apt-get install -y curl
COPY script.sh /usr/local/bin/
</syntaxhighlight>
构建后可通过以下命令查看分层：
<syntaxhighlight lang="bash">
docker history image_name
</syntaxhighlight>

==== 容器 ====
容器是镜像的可写层（称为"容器层"）加上隔离的进程空间。关系可表示为：
<math>
\text{容器} = \text{镜像层（只读）} + \text{容器层（可写）} + \text{命名空间} + \text{控制组}
</math>

== 通信流程示例 ==
<mermaid>
sequenceDiagram
    participant User
    participant Client
    participant Daemon
    participant Registry
    
    User->>Client: docker pull nginx
    Client->>Daemon: GET /images/create?fromImage=nginx
    Daemon->>Registry: HTTP请求下载镜像
    Registry-->>Daemon: 传输镜像数据
    Daemon-->>Client: 返回状态
    Client-->>User: 显示下载进度
</mermaid>

== 实际应用案例 ==
'''场景：'''开发团队需要确保开发、测试、生产环境的一致性

'''解决方案：'''
1. 开发者通过Dockerfile定义环境
<syntaxhighlight lang="dockerfile">
FROM python:3.9
WORKDIR /app
COPY requirements.txt .
RUN pip install -r requirements.txt
COPY . .
</syntaxhighlight>
2. 构建镜像并推送到私有注册中心
<syntaxhighlight lang="bash">
docker build -t company/webapp:1.0 .
docker push company/webapp:1.0
</syntaxhighlight>
3. 各环境使用相同镜像运行
<syntaxhighlight lang="bash">
docker run -d -p 8000:8000 company/webapp:1.0
</syntaxhighlight>

== 高级主题 ==
* '''containerd'''：Docker实际使用的容器运行时（自Docker 1.11+）
* '''runc'''：符合OCI标准的轻量级容器运行时
* '''插件架构'''：支持网络驱动、卷驱动等扩展

架构演进关系：
<mermaid>
graph TB
    Docker --> containerd
    containerd --> runc
    runc --> Linux内核(命名空间/cgroups)
</mermaid>

== 常见问题 ==
'''Q：Docker与虚拟机有何不同？'''
A：Docker容器共享主机内核，而虚拟机需要完整的操作系统。容器启动更快、资源开销更小。

'''Q：如何查看Docker使用的存储驱动？'''
<syntaxhighlight lang="bash">
docker info | grep "Storage Driver"
</syntaxhighlight>

通过理解Docker架构，用户可以更有效地诊断问题、优化性能并设计可靠的容器化解决方案。

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[[Category:Docker基础]]