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《docker源码分析》小结

2016年12月12日

简介

第一个阶段,读docker源码分析,不求了解一切细节,但最起码对一个细节有困惑的时候,可以通过追溯代码去释疑。

学习《Docker源码分析》除了加深对docker的理解外,一个比较大的收获是:从一个java程序猿的角度,学到了如何理解c/go语言中的一些程序设计技巧。设计模式是通的,c/go语言也大量的的使用了设计模式,但因为没有默认的面向对象语法、spring/ioc等支持,设计模式的实现隐藏在了大量的代码细节中,跟业务代码混杂在一起。

几个基本问题:

  1. 容器与传统虚拟机的相同与不同
  2. 容器与进程的关系问题。容器不能脱离进程而存在 ==> 先有进程后有容器 ==> namespace在clone子进程时传入,cgroup在子进程创建后设置。
  3. daemon作为父进程,启动docker init子进程。dockerinit是容器的第一个进程,拥有自己独立的network,mount等空间。dockerinit启动后,docker daemon向其传入容器config数据,dockerinit据此完成容器的初始化,譬如初始化网络栈等。
  4. docker daemon、docker init、Entrypoint以及Cmd之间(这里的Entrypoint/Cmd,指的是容器启动后,我们自己要容器执行的程序)的关系问题。参见从 Linux 进程的角度看 Docker,不完全对,但提到的这个点很有必要了解下。

数据的表现形式

容器的创建分为两个部分:create和start。为什么要分开呢?因为docker在启动的时候,会加载以前的container数据,并将它们启动,可能是为了复用启动的过程。

另外,与进程类似,docker也分为静态数据和动态数据。对于容器来说,容器在运行时,内存中对应一个struct contianer,容器stop后,struct container会json化后存在磁盘上。

对于镜像来说,

  表现形式 实际内容
网络传输或repository存储时 archive file a list of file(类似于,winrar可以将一个目录下文件压缩为一个rar文件,解压后,文件依然具有自己的目录结构) + jsonData file
本地,因graph driver而异,以aufs drvier为例 layers,diff,mnt三个目录 见下文

假设存在image1和image2,base ubuntu是image1的父镜像,image1是image2的父镜像,image2相对于image1新增了一个/root/data/root/conf/abc.conf文件

var/lib/docker/aufs
						/layers
							/imageId1
							/imageId2
						/diff
							/imageId1
							/imageId2
								/root/data
									  /conf/abc.conf
						/mnt
							/imageId1
							/imageId2
								/usr
								/var		// mount 过的目录
								...

对于image2来说,三个目录的内容如下:

  文件/目录 内容
layers 文件 一行一个parent imageId,这里就是imageId1
diff 目录 相对于imageId2不同的文件,每个文件有自己的路径
mnt union 目录 一个ubuntu的根目录

换句话说,当根据image2创建容器时,var/lib/docker/aufs/mnt/imageId2就是容器的根目录(当然,实际上还要在var/lib/docker/aufs/mnt/imageId2之上加一个init layer和读写layer)。

union mount 的一个实例sudo mount -t aufs -o br=/tmp/dir1=ro:/tmp/dir2=rw none /tmp/aufs 类似到 docker 中(未验证),就是sudo mount -t aufs -o br=/xx/diff/imageId1=ro:/xx/diff/imageId2/root=rw none /xx/mnt/imageId2

Driver和模板模式

docker的各种Driver,在对应driver包的根部有一个driver.go负责通用逻辑(给daemon调用),同时会自定义一些Driver接口,搞一些抽象操作。然后各个实际的Driver根据实际的情况去实现。Driver.go通用逻辑中会调用这些Driver接口。这相当于模板模式,或者说,Driver.go 类似于java中的AbstractxxServie。以execDriver为例

type Driver interface {
	Run(c *Command, pipes *Pipes, startCallback StartCallback) (int, error) // Run executes the process and blocks until the process exits and returns the exit code
	Kill(c *Command, sig int) error
	Pause(c *Command) error
	Unpause(c *Command) error
	Name() string                                 // Driver name
	Info(id string) Info                          // "temporary" hack (until we move state from core to plugins)
	GetPidsForContainer(id string) ([]int, error) // Returns a list of pids for the given container.
	Terminate(c *Command) error                   // kill it with fire
}

结构体定义在哪个位置,跟它自己的抽象所在的维度有关系。

docker 和libcontainer的关系

到目前为止,我们可以看到,docker daemon要处理的东西很多:

  1. http request等业务处理
  2. 文件、系统信息、配置信息加载
  3. struct daemon、struct container等能力对象的聚合与管理

作为docker重头戏的容器管理部分,反倒是隐藏在一片繁杂中。所以,将容器操作部分摘出,单独作为一个工具集。所谓工具集:定义好接口,自己不存储信息,只有功能实现。类似的还有libnetwork等。

controller-service-dao

struct daemon 和 struct container

  1. daemon 聚合所有的能力对象,提供docker command命令对应的操作(例如docker run等)
  2. container 聚合容器相关的能力对象,提供具体的容器相关的实现(交给libcontainer执行)。

一个docker请求的处理过程,docker client ==> docker daemon ==> xxdriver ==> libxx ==> linux kernel

struct daemon虽说是一个struct,但daemon.go却可以做到一个能力对象(比较叫做daemon interface)。docker 几个struct的关系,本质是一个类似controller-service-dao的结构,姑且视为daemon ==> container ==> driver。问题就在于不清晰,真正实现业务的代码和维持依赖关系的代码混杂,在java中依赖关系以及维护依赖关系的代码是由ioc专门维护的。

那么我们在分析docker 源码的时候,就要定位好哪些代码是哪个领域的功能,尽可能聚焦在它的业务模块,而不是一些依赖关系的维护之类的代码中。

docker和操作系统的神似

对于linux操作系统,linux依次启动进程0、进程1(ldt和tss等写死在os中),提供(linux基本抽象)进程和文件运行所需要的环境。对于docker,容器启动后,在执行用户命令Entrypoint/Cmd之前,要为容器设置cgroup和namespace。其基本流程是,docker daemon创建fork一个子进程,子进程执行exec执行docker预定义好的dockerinit可执行文件。

docker daemon为dockerinit设置cpgroup,至于namespace,因为go语言运行时不具备跨namespace操作资源的能力,docker daemon将namespace及其它数据传给docker init,dokerinit据此配置自己网络、挂载等空间。命名空间初始化完毕后,执行用户命令Entrypoint/Cmd。

除了init流程的神似,有容云——窥探Docker中的Volume Plugin内幕提到的volumn的实现原理,也可以看到docker和linux共通之处。linux提供进程运行环境,有一系列进程与进程所用资源的全局组织与关联结构 。docker提供容器的运行环境,docker daemon提供容器与容器所用资源的全局组织与关联结构。

其它(待完善)

  主要工作 配置来源
docker daemon/host 网络(提供容器间连通性) 1. 网桥创建;2. iptables 规则设置 daemon读取用户配置(文件或daemon参数指定)
container 网络(容器本身的网络准备) 1. 创建veth pair;2. veth pair1 ==> bridge,veth pair2 ==> container namespace docker client设置

一个容器有独立的命名空间,各种命名空间的表现形式。

  结构体  
网络 type NetworkState struct{VethHost,VethChild,NsPath}  
挂载 设备、文件系统、挂载点