从 docker 到 runC

盐开水 發表於 2018-6-7 07:59:00

笔者在前文《RunC 简介》和《Containerd 简介》中分别介绍了 runC 和 containerd。本文我们将结合 docker 中的其它组件探索 docker 是如何把这些组件组织起来协调工作的。
<h1>Docker 的主要组件</h1>
安装 docker ，其实是安装了 docker 客户端、dockerd 等一系列的组件，其中比较重要的有下面几个。
Docker CLI(docker) docker 程序是一个客户端工具，用来把用户的请求发送给 docker daemon(dockerd)。该程序的安装路径为：
<div class="cnblogs_code">
<pre>/usr/bin/docker</pre>
</div>
Dockerd docker daemon(dockerd)，一般也会被称为 docker engine。该程序的安装路径为：
<div class="cnblogs_code">
<pre>/usr/bin/dockerd</pre>
</div>
Containerd 详情请参考《Containerd 简介》。该程序的安装路径为：
<div class="cnblogs_code">
<pre>/usr/bin/docker-containerd</pre>
</div>
Containerd-shim 它是 containerd 的组件，是容器的运行时载体，我们在 docker 宿主机上看到的 shim 也正是代表着一个个通过调用 containerd 启动的 docker 容器。该程序的安装路径为：
<div class="cnblogs_code">
<pre>/usr/bin/docker-containerd-shim</pre>
</div>
RunC 详情请参考《RunC 简介》。该程序的安装路径为：
<div class="cnblogs_code">
<pre>/usr/bin/docker-runc</pre>
</div>
<h1>从 hello world 开始</h1>
Docker 很贴心的为我们提供了 hello-world 镜像来验证安装是否成功，但是透过这个镜像我们还能看到更多的信息：
<div class="cnblogs_code">
<pre>$ docker run hello-world</pre>
</div>
<img src="https://images2018.cnblogs.com/blog/952033/201806/952033-20180603152346309-1942589255.png">
上面的输出信息指出，hello-world 容器的运行经历了如下四步：
<ol>
<li>Docker 客户端向 docker daemon 发送请求</li>
<li>Docker daemon 从 Docker Hub 上拉取镜像</li>
<li>Docker daemon 使用镜像运行了一个容器并产生了输出</li>
<li>Docker daemon 把输出的内容发送给了 docker 客户端</li>
</ol>
这是一个很抽象也很容器理解的过程，但是我们还想知道更多：docker daemon 是如何创建并运行容器的？ 其实容器部分的操作和管理都被 dockerd 外包给 containerd 了，下图描述了运行一个容器时各个组件之间的关系：
<img src="https://images2018.cnblogs.com/blog/952033/201806/952033-20180603152512054-430725545.png">
<h1>Docker Engine API</h1>
从本质上说，docker 是一个客户端/服务器架构的应用。Dockerd 以 Engine API (REST)的方式对外提供服务，Engine API 里描述了 dockerd 支持的所有请求。Docker 客户端与 dockerd 之间就是通过 REST 的方式通信的。在 ubuntu 16.04 中，dockerd 默认是不监听 tcp 端口的，为了方便演示，我们让 dockerd 监听 tcp 端口。这样就可以使用 curl 代替 docker 客户端向 dockerd 发送请求了。具体的操作为，先修改 /lib/systemd/system/docker.service 文件，注释掉默认的 ExecStart 并添加新的 ExecStart 配置：
<div class="cnblogs_code">
<pre># ExecStart=/usr/bin/dockerd -H fd://
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H tcp://0.0.0.0:2375 -H unix:///var/run/docker.sock</pre>
</div>
然后重启 docker.service：
<div class="cnblogs_code">
<pre>$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl restart docker.service</pre>
</div>
这样 dockerd 就开始监听 tcp 端口 2375 了：
<img src="https://images2018.cnblogs.com/blog/952033/201806/952033-20180603152626162-740443473.png">
<h1>Docker 与 Dockerd 的交互</h1>
Docker 客户端与 dockerd 之间就是通过 REST 的方式通信的。前面我们已经让 dockerd 监听 tcp 端口了，所以我们可以使用 curl 来代替 docker 客户端。这里我们简单的演示如何请求 dockerd 从 docker hub 上下载 hello-world 镜像：
<div class="cnblogs_code">
<pre>$ curl '127.0.0.1:2375/v1.37/images/create?fromImage=hello-world&tag=latest' -X POST</pre>
</div>
<img src="https://images2018.cnblogs.com/blog/952033/201806/952033-20180603152711372-1605324742.png">
如果去看看 Engine API，你会发现其它的请求也都是用类似方式发送的，是不是很简单啊！
<h1>创建容器</h1>
容器镜像的下载是由 dockerd 完成的，但容器的创建和运行就需要 containerd(docker-containerd) 来完成了。Dockerd 与 docker-containerd 之间是通过 grpc 协议通信的。当 docker-containerd 收到 dockerd 启动容器的请求之后，会做一些初始化工作，然后启动 docker-containerd-shim 进程，并将相关配置作为参数传给它。docker-containerd 负责管理所有本机正在运行的容器，而一个 docker-containerd-shim 进程只负责管理一个运行的容器，它相当于 docker-runc 的一个封装，充当 docker-containerd 和 docker-runc 之间的桥梁，docker-runc 能干的就交给 docker-runc 来做，docker-runc 做不了的就放到这里来做。下面我们用 ubuntu 镜像运行一个容器：
<div class="cnblogs_code">
<pre>$ docker run -id ubuntu bash</pre>
</div>
<img src="https://images2018.cnblogs.com/blog/952033/201806/952033-20180603152811209-792603130.png">
上图中黄线框起来的是几个主要的进程，它们之间是有父子关系的(systemd 没有出现在上图)：
<div class="cnblogs_code">
<pre>systemd---dockerd---docker-containerd---docker-containerd-shim---bash</pre>
</div>
细心的朋友一定发现了，上图中没有出现 docker-runc 进程，这是为什么呢？ 实际上，在容器启动的过程中，docker-runc 进程是作为 docker-containerd-shim 的子进程存在的。docker-runc 进程根据配置找到容器的 rootfs 并创建子进程 bash 作为容器中的第一个进程。当这一切都完成后 docker-runc 进程退出，然后容器进程 bash 由 docker-runc 的父进程 docker-containerd-shim 接管。
<h1>为什么需要 docker-containerd-shim？</h1>
也许大家会问，为什么在容器的启动或运行过程中需要一个 docker-containerd-shim 进程呢？把它移除掉整个架构会更简洁也更优美一些！事实上 docker-containerd-shim 的存在是非常有必要的，其目的有如下几点：
<ul>
<li>它允许容器运行时(即 runC)在启动容器之后退出，简单说就是不必为每个容器一直运行一个容器运行时(runC)</li>
<li>即使在 containerd 和 dockerd 都挂掉的情况下，容器的标准 IO 和其它的文件描述符也都是可用的</li>
<li>向 containerd 报告容器的退出状态</li>

</ul>
前两点尤其重要，有了它们就可以在不中断容器运行的情况下升级或重启 dockerd(这对于生产环境来说意义重大)。从这里可以看到对 containerd-shim 的一些解释。
<h1>总结</h1>
笔者先在前文《RunC 简介》和《Containerd 简介》中分别介绍了 runC 和 containerd 等 docker 的核心组件。本文则通过 demo 演示了在创建、运行容器的过程中这些组件如何配合 docker engine 完成相关的任务，以及相关进程之间的关系和作用。希望本文可以帮助大家理解 docker 的整体架构及其组件间的协作方式。
参考： How the docker container creation process works 走进docker：hello-world的背后发生了什么？

</div>
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<div>作者：sparkdev</div>
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来源：https://www.cnblogs.com/sparkdev/p/9129334.html

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