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Docker的底層原理及分析

更新時(shí)間：2025年09月28日 09:18:36 作者：三傻317

Docker通過(guò)命名空間實(shí)現(xiàn)進(jìn)程、網(wǎng)絡(luò)等隔離,利用Cgroups控制資源,聯(lián)合文件系統(tǒng)分層存儲(chǔ)并支持?jǐn)?shù)據(jù)持久化,數(shù)據(jù)卷技術(shù)確保容器數(shù)據(jù)不受生命周期影響

Docker底層原理

docker實(shí)際上類(lèi)似于一種“進(jìn)程隔離技術(shù)”，利用Linux系統(tǒng)的一些特性功能，將不同容器隔離開(kāi)來(lái)，使其不受外界的影響。

docker使用的Linux特性功能主要有：

1、命名空間（Namespace)：把不同容器的進(jìn)程、網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)

2、控制組（Cgroups）：限制容器使用CPU、內(nèi)存等資源

3、聯(lián)合文件系統(tǒng)（UnionFS）：支持鏡像的分層構(gòu)建

一、命名空間

命名空間可以將全局資源分為若干塊，命名空間內(nèi)部的進(jìn)程無(wú)法看到其他命名空間的進(jìn)程，利用這一特點(diǎn)，就可以做到容器的隔離。

命名空間有很多類(lèi)型，docker主要使用的如下：

1、PID命名空間：該命名空間的第一個(gè)進(jìn)程的PID為1，其他的進(jìn)程都掛在這個(gè)第一個(gè)進(jìn)程下面，這樣容器內(nèi)部就無(wú)法看到宿主機(jī)進(jìn)程
2、NET命名空間：控制網(wǎng)絡(luò)資源，每個(gè)容器都可以有獨(dú)立的IP、路由表、端口號(hào)，然后由宿主機(jī)通過(guò)虛擬網(wǎng)卡把容器網(wǎng)絡(luò)連到外面。值得注意的是，docker本身并沒(méi)有硬件或者模擬硬件，docker與宿主機(jī)共用一個(gè)內(nèi)核（特別地，docker容器中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧是獨(dú)立的，但是最終走宿主機(jī)的內(nèi)核TCP/IP協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)并非完全共用）
3、IPC命名空間：控制進(jìn)程間通信，如信號(hào)量等，以防與宿主機(jī)的IPC沖突
4、UTS命名空間：控制主機(jī)名和域名，使每個(gè)容器都有自己的hostname
5、MNT命名空間：控制系統(tǒng)掛載點(diǎn)，容器內(nèi)部能看到的根目錄/實(shí)際上是宿主機(jī)的某個(gè)子目錄
6、USER命名空間：控制用戶(hù)和權(quán)限，容器內(nèi)的root用戶(hù)可以映射為宿主機(jī)的普通用戶(hù)

二、控制組

為了防止被隔離的容器吃光宿主機(jī)的資源，docker還利用了Linux提供的Cgroups來(lái)進(jìn)行資源控制，如CPU，內(nèi)存，磁盤(pán)I/O，網(wǎng)絡(luò)等資源。

Cgroups實(shí)際上是一顆資源管理的層級(jí)樹(shù)，每個(gè)Cgroup節(jié)點(diǎn)都能設(shè)置資源限制，進(jìn)程加入某個(gè)Cgroup，就必須遵守對(duì)應(yīng)的限制。

三、聯(lián)合文件系統(tǒng)

UnionFS（Union File System，聯(lián)合文件系統(tǒng)）是一種分層的文件系統(tǒng)。

它的特點(diǎn)是：

1、可以把多個(gè)目錄（層）“聯(lián)合”掛載在一起，對(duì)外呈現(xiàn)成一個(gè)目錄。
2、上層可以覆蓋下層的文件（像透明膠片疊加）。
3、支持寫(xiě)時(shí)復(fù)制（Copy-On-Write，COW）。

為了保證docker拉取后鏡像干凈不被修改，鏡像被拉取下來(lái)都是只讀的層，運(yùn)行容器時(shí)，會(huì)在鏡像的最上層加上一層可寫(xiě)層，由于上層可以覆蓋下層的特性，修改上層文件就能達(dá)到修改容器運(yùn)行邏輯的目的，同時(shí)，保證了這個(gè)鏡像內(nèi)部不被修改；容器刪除后，可寫(xiě)層會(huì)消失，鏡像層保持不變。

當(dāng)需要修改可寫(xiě)層時(shí)，將需要修改的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)找到并復(fù)制到可寫(xiě)層，再進(jìn)行修改，這就是寫(xiě)時(shí)復(fù)制。

四、數(shù)據(jù)卷掛載

通過(guò)學(xué)習(xí)聯(lián)合文件系統(tǒng)我們知道，容器內(nèi)部的文件系統(tǒng)是獨(dú)立的，也是一次性的，每次容器重啟后，原有的數(shù)據(jù)就會(huì)消失，對(duì)于需要數(shù)據(jù)持久化的程序，就需要使用數(shù)據(jù)卷技術(shù)。

數(shù)據(jù)卷實(shí)際上是容器與宿主機(jī)之間共享的一塊目錄/文件，它不受容器的生命周期影響，因此可以被用來(lái)持久化數(shù)據(jù)