一、系統架構
概述
Docker 使用客戶端-服務器 (C/S) 架構模式，使用遠程 API 來管理和創建 Docker 容器。
Docker 容器通過 Docker 鏡像來創建。
容器與鏡像的關係類似於面向對象編程中的對象與類。
| Docker | 面向對象 |
|---|---|
| 容器 | 對象 |
| 鏡像 | 類 |
| 標題 | 說明 |
|---|---|
| 鏡像(Images) | Docker 鏡像是用於創建 Docker 容器的模板。 |
| 容器(Container) | 容器是獨立運行的一個或一組應用。 |
| 客戶端(Client) | Docker 客戶端通過命令行或者其他工具使用 Docker API (https://docs.docker.com/reference/api/docker_remote_api) 與 Docker 的守護進程通信。 |
| 主機(Host) | 一個物理或者虛擬的機器用於執行 Docker 守護進程和容器。 |
| 倉庫(Registry) | Docker 倉庫用來保存鏡像，可以理解爲代碼控制中的代碼倉庫。Docker Hub(https://hub.docker.com) 提供了龐大的鏡像集合供使用。 |
| Docker Machine | Docker Machine是一個簡化Docker安裝的命令行工具，通過一個簡單的命令行即可在相應的平臺上安裝Docker，比如VirtualBox、 Digital Ocean、Microsoft Azure。 |
二、Docker 鏡像
概述
我們都知道，操作系統分爲內核和用戶空間。對於 Linux 而言，內核啓動後，會掛載 root 文件系統爲其提供用戶空間支持。而 Docker 鏡像（Image），就相當於是一個 root 文件系統。比如官方鏡像 ubuntu:16.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 16.04 最小系統的 root 文件系統。
Docker 鏡像是一個特殊的文件系統，除了提供容器運行時所需的程序、庫、資源、配置等文件外，還包含了一些爲運行時準備的一些配置參數（如匿名卷、環境變量、用戶等）。鏡像不包含任何動態數據，其內容在構建之後也不會被改變。
分層存儲
因爲鏡像包含操作系統完整的 root 文件系統，其體積往往是龐大的，因此在 Docker 設計時，就充分利用 Union FS 的技術，將其設計爲分層存儲的架構。所以嚴格來說，鏡像並非是像一個 ISO 那樣的打包文件，鏡像只是一個虛擬的概念，其實際體現並非由一個文件組成，而是由一組文件系統組成，或者說，由多層文件系統聯合組成。
鏡像構建時，會一層層構建，前一層是後一層的基礎。每一層構建完就不會再發生改變，後一層上的任何改變只發生在自己這一層。比如，刪除前一層文件的操作，實際不是真的刪除前一層的文件，而是僅在當前層標記爲該文件已刪除。在最終容器運行的時候，雖然不會看到這個文件，但是實際上該文件會一直跟隨鏡像。因此，在構建鏡像的時候，需要額外小心，每一層儘量只包含該層需要添加的東西，任何額外的東西應該在該層構建結束前清理掉。
分層存儲的特徵還使得鏡像的複用、定製變的更爲容易。甚至可以用之前構建好的鏡像作爲基礎層，然後進一步添加新的層，以定製自己所需的內容，構建新的鏡像。
三、Docker 容器
鏡像（Image）和容器（Container）的關係，就像是面向對象程序設計中的 類 和 實例 一樣，鏡像是靜態的定義，容器是鏡像運行時的實體。容器可以被創建、啓動、停止、刪除、暫停等。
容器的實質是進程，但與直接在宿主執行的進程不同，容器進程運行於屬於自己的獨立的 命名空間。因此容器可以擁有自己的 root 文件系統、自己的網絡配置、自己的進程空間，甚至自己的用戶 ID 空間。容器內的進程是運行在一個隔離的環境裏，使用起來，就好像是在一個獨立於宿主的系統下操作一樣。這種特性使得容器封裝的應用比直接在宿主運行更加安全。也因爲這種隔離的特性，很多人初學 Docker 時常常會混淆容器和虛擬機。
前面講過鏡像使用的是分層存儲，容器也是如此。每一個容器運行時，是以鏡像爲基礎層，在其上創建一個當前容器的存儲層，我們可以稱這個爲容器運行時讀寫而準備的存儲層爲容器存儲層。
容器存儲層的生存週期和容器一樣，容器消亡時，容器存儲層也隨之消亡。因此，任何保存於容器存儲層的信息都會隨容器刪除而丟失。
按照 Docker 最佳實踐的要求，容器不應該向其存儲層內寫入任何數據，容器存儲層要保持無狀態化。所有的文件寫入操作，都應該使用 數據卷（Volume）、或者綁定宿主目錄，在這些位置的讀寫會跳過容器存儲層，直接對宿主（或網絡存儲）發生讀寫，其性能和穩定性更高。
數據卷的生存週期獨立於容器，容器消亡，數據卷不會消亡。因此，使用數據卷後，容器刪除或者重新運行之後，數據卻不會丟失。
四、Docker 倉庫
鏡像構建完成後，可以很容易的在當前宿主機上運行，但是，如果需要在其它服務器上使用這個鏡像，我們就需要一個集中的存儲、分發鏡像的服務，Docker Registry 就是這樣的服務。
一個 Docker Registry 中可以包含多個倉庫（Repository）；每個倉庫可以包含多個標籤（Tag）；每個標籤對應一個鏡像。
通常，一個倉庫會包含同一個軟件不同版本的鏡像，而標籤就常用於對應該軟件的各個版本。我們可以通過 <倉庫名>:<標籤> 的格式來指定具體是這個軟件哪個版本的鏡像。如果不給出標籤，將以 latest 作爲默認標籤。
以 Ubuntu 鏡像 爲例，ubuntu 是倉庫的名字，其內包含有不同的版本標籤，如，14.04, 16.04。我們可以通過 ubuntu:14.04，或者 ubuntu:16.04 來具體指定所需哪個版本的鏡像。如果忽略了標籤，比如 ubuntu，那將視爲 ubuntu:latest。
倉庫名經常以 兩段式路徑 形式出現，比如 jwilder/nginx-proxy，前者往往意味着 Docker Registry 多用戶環境下的用戶名，後者則往往是對應的軟件名。但這並非絕對，取決於所使用的具體 Docker Registry 的軟件或服務。
4.1、公有 Docker Registry
Docker Registry 公開服務是開放給用戶使用、允許用戶管理鏡像的 Registry 服務。一般這類公開服務允許用戶免費上傳、下載公開的鏡像，並可能提供收費服務供用戶管理私有鏡像。
最常使用的 Registry 公開服務是官方的 Docker Hub，這也是默認的 Registry，並擁有大量的高質量的官方鏡像。除此以外，還有 CoreOS 的 Quay.io，CoreOS 相關的鏡像存儲在這裏；Google 的 Google Container Registry，Kubernetes 的鏡像使用的就是這個服務。
由於某些原因，在國內訪問這些服務可能會比較慢。國內的一些雲服務商提供了針對 Docker Hub 的鏡像服務（Registry Mirror），這些鏡像服務被稱爲加速器。常見的有 阿里雲加速器、DaoCloud 加速器 等。使用加速器會直接從國內的地址下載 Docker Hub 的鏡像，比直接從 Docker Hub 下載速度會提高很多。
國內也有一些雲服務商提供類似於 Docker Hub 的公開服務。比如 時速雲鏡像倉庫、網易雲鏡像服務、DaoCloud 鏡像市場、阿里雲鏡像庫 等。
4.2、私有 Docker Registry
除了使用公開服務外，用戶還可以在本地搭建私有 Docker Registry。Docker 官方提供了 Docker Registry 鏡像，可以直接使用做爲私有 Registry 服務。
開源的 Docker Registry 鏡像只提供了 Docker Registry API 的服務端實現，足以支持 docker 命令，不影響使用。但不包含圖形界面，以及鏡像維護、用戶管理、訪問控制等高級功能。在官方的商業化版本 Docker Trusted Registry 中，提供了這些高級功能。
除了官方的 Docker Registry 外，還有第三方軟件實現了 Docker Registry API，甚至提供了用戶界面以及一些高級功能。比如，VMWare Harbor 和 Sonatype Nexus。
