您可以捐助,支持我们的公益事业。

1元 10元 50元





认证码:  验证码,看不清楚?请点击刷新验证码 必填



  求知 文章 文库 Lib 视频 iPerson 课程 认证 咨询 工具 讲座 Modeler   Code  
会员   
 
   
 
 
     
   
 订阅
  捐助
Docker源码分析(二):Docker Client创建与命令执行
 
作者:孙宏亮 来源:InfoQ 发布于 2015-04-01
  1389  次浏览      14
 

1. 前言

如今,Docker作为业界领先的轻量级虚拟化容器管理引擎,给全球开发者提供了一种新颖、便捷的软件集成测试与部署之道。在团队开发软件时,Docker可以提供可复用的运行环境、灵活的资源配置、便捷的集成测试方法以及一键式的部署方式。可以说,Docker的优势在简化持续集成、运维部署方面体现得淋漓尽致,它完全让开发者从持续集成、运维部署方面中解放出来,把精力真正地倾注在开发上。

然而,把Docker的功能发挥到极致,并非一件易事。在深刻理解Docker架构的情况下,熟练掌握Docker Client的使用也非常有必要。前者可以参阅《Docker源码分析》系列之Docker架构篇,而本文主要针对后者,从源码的角度分析Docker Client,力求帮助开发者更深刻的理解Docker Client的具体实现,最终更好的掌握Docker Client的使用方法。即本文为《Docker源码分析》系列的第二篇——Docker Client篇。

2. Docker Client源码分析章节安排

本文从源码的角度,主要分析Docker Client的两个方面:创建与命令执行。整个分析过程可以分为两个部分:

第一部分分析Docker Client的创建。这部分的分析可分为以下三个步骤:

分析如何通过docker命令,解析出命令行flag参数,以及docker命令中的请求参数;

分析如何处理具体的flag参数信息,并收集Docker Client所需的配置信息;

分析如何创建一个Docker Client。

第二部分在已有Docker Client的基础上,分析如何执行docker命令。这部分的分析又可分为以下两个步骤:

分析如何解析docker命令中的请求参数,获取相应请求的类型;

分析Docker Client如何执行具体的请求命令,最终将请求发送至Docker Server。

3. Docker Client的创建

Docker Client的创建,实质上是Docker用户通过可执行文件docker,与Docker Server建立联系的客户端。以下分三个小节分别阐述Docker Client的创建流程。

以下为整个docker源代码运行的流程图:

 

上图通过流程图的方式,使得读者更为清晰的了解Docker Client创建及执行请求的过程。其中涉及了诸多源代码中的特有名词,在下文中会一一解释与分析。

3.1. Docker命令的flag参数解析

众所周知,在Docker的具体实现中,Docker Server与Docker Client均由可执行文件docker来完成创建并启动。那么,了解docker可执行文件通过何种方式区分两者,就显得尤为重要。

对于两者,首先举例说明其中的区别。Docker Server的启动,命令为docker -d或docker --daemon=true;而Docker Client的启动则体现为docker --daemon=false ps、docker pull NAME等。

可以把以上Docker请求中的参数分为两类:第一类为命令行参数,即docker程序运行时所需提供的参数,如: -D、--daemon=true、--daemon=false等;第二类为docker发送给Docker Server的实际请求参数,如:ps、pull NAME等。

对于第一类,我们习惯将其称为flag参数,在go语言的标准库中,同时还提供了一个flag包,方便进行命令行参数的解析。

交待以上背景之后,随即进入实现Docker Client创建的源码,位于./docker/docker/docker.go,该go文件包含了整个Docker的main函数,也就是整个Docker(不论Docker Daemon还是Docker Client)的运行入口。部分main函数代码如下:

func main() {
if reexec.Init() {
return
}
flag.Parse()
// FIXME: validate daemon flags here
……
}

在以上代码中,首先判断reexec.Init()方法的返回值,若为真,则直接退出运行,否则的话继续执行。查看位于./docker/reexec/reexec.go中reexec.Init()的定义,可以发现由于在docker运行之前没有任何的Initializer注册,故该代码段执行的返回值为假。

紧接着,main函数通过调用flag.Parse()解析命令行中的flag参数。查看源码可以发现Docker在./docker/docker/flag.go中定义了多个flag参数,并通过init函数进行初始化。代码如下:

var (
  flVersion     = flag.Bool([]string{"v", "-version"}, false, "Print version information and quit")
  flDaemon      = flag.Bool([]string{"d", "-daemon"}, false, "Enable daemon mode")
  flDebug       = flag.Bool([]string{"D", "-debug"}, false, "Enable debug mode")
  flSocketGroup = flag.String([]string{"G", "-group"}, "docker", 
"Group to assign the unix socket specified by -H when running in daemon mode use '' 
(the empty string) to disable setting of a group")
  flEnableCors  = flag.Bool([]string{"#api-enable-cors", "-api-enable-cors"},
 false, "Enable CORS headers in the remote API")
  flTls         = flag.Bool([]string{"-tls"}, false, "Use TLS; implied by tls-verify flags")
  flTlsVerify   = flag.Bool([]string{"-tlsverify"}, false, 
"Use TLS and verify the remote (daemon: verify client, client: verify daemon)")

  // these are initialized in init() below since their default values depend 
on dockerCertPath which isn't fully initialized until init() runs
  flCa    *string
  flCert  *string
  flKey   *string
  flHosts []string
)

func init() {
  flCa = flag.String([]string{"-tlscacert"}, filepath.Join(dockerCertPath, defaultCaFile), 
"Trust only remotes providing a certificate signed by the CA given here")
  flCert = flag.String([]string{"-tlscert"}, filepath.Join(dockerCertPath, defaultCertFile),
"Path to TLS certificate file")
  flKey = flag.String([]string{"-tlskey"}, filepath.Join(dockerCertPath, defaultKeyFile),
 "Path to TLS key file")
  opts.HostListVar(&flHosts, []string{"H", "-host"},
"The socket(s) to bind to in daemon mode\nspecified using one
 or more tcp://host:port, unix:///path/to/socket, fd://* or fd://socketfd.")
}

这里涉及到了Golang的一个特性,即init函数的执行。在Golang中init函数的特性如下:

init函数用于程序执行前包的初始化工作,比如初始化变量等;

每个包可以有多个init函数;

包的每一个源文件也可以有多个init函数;

同一个包内的init函数的执行顺序没有明确的定义;

不同包的init函数按照包导入的依赖关系决定初始化的顺序;

init函数不能被调用,而是在main函数调用前自动被调用。

因此,在main函数执行之前,Docker已经定义了诸多flag参数,并对很多flag参数进行初始化。定义的命令行flag参数有:flVersion、flDaemon、flDebug、flSocketGroup、flEnableCors、flTls、flTlsVerify、flCa、flCert、flKey等。

以下具体分析flDaemon:

定义:flDaemon = flag.Bool([]string{"d", "-daemon"}, false, "Enable daemon mode")

flDaemon的类型为Bool类型

flDaemon名称为”d”或者”-daemon”,该名称会出现在docker命令中

flDaemon的默认值为false

flDaemon的帮助信息为”Enable daemon mode”

访问flDaemon的值时,使用指针* flDaemon解引用访问

在解析命令行flag参数时,以下的语言为合法的:

-d, --daemon

-d=true, --daemon=true

-d=”true”, --daemon=”true”

-d=’true’, --daemon=’true’

当解析到第一个非定义的flag参数时,命令行flag参数解析工作结束。举例说明,当执行docker命令docker --daemon=false --version=false ps时,flag参数解析主要完成两个工作:

完成命令行flag参数的解析,名为-daemon和-version的flag参数flDaemon和flVersion分别获得相应的值,均为false;
遇到第一个非flag参数的参数ps时,将ps及其之后所有的参数存入flag.Args(),以便之后执行Docker Client具体的请求时使用。
如需深入学习flag的解析,可以参见源码命令行参数flag的解析。

3.2. 处理flag信息并收集Docker Client的配置信息

有了以上flag参数解析的相关知识,分析Docker的main函数就变得简单易懂很多。通过总结,首先列出源代码中处理的flag信息以及收集Docker Client的配置信息,然后再一一对此分析:

处理的flag参数有:flVersion、flDebug、flDaemon、flTlsVerify以及flTls;

为Docker Client收集的配置信息有:protoAddrParts(通过flHosts参数获得,作用为提供Docker Client与Server的通信协议以及通信地址)、tlsConfig(通过一系列flag参数获得,如*flTls、*flTlsVerify,作用为提供安全传输层协议的保障)。

随即分析处理这些flag参数信息,以及配置信息。

在flag.Parse()之后的代码如下:

if *flVersion {
showVersion()
return
}

不难理解的是,当经过解析flag参数后,若flVersion参数为真时,调用showVersion()显示版本信息,并从main函数退出;否则的话,继续往下执行。

 if *flDebug {
os.Setenv("DEBUG", "1")
}

若flDebug参数为真的话,通过os包的中Setenv函数创建一个名为DEBUG的系统环境变量,并将其值设为”1”。继续往下执行。

if len(flHosts) == 0 {
defaultHost := os.Getenv("DOCKER_HOST")
if defaultHost == "" || *flDaemon {
// If we do not have a host, default to unix socket
defaultHost = fmt.Sprintf("unix://%s", api.DEFAULTUNIXSOCKET)
}
if _, err := api.ValidateHost(defaultHost); err != nil {
log.Fatal(err)
}
flHosts = append(flHosts, defaultHost)
}

以上的源码主要分析内部变量flHosts。flHosts的作用是为Docker Client提供所要连接的host对象,也为Docker Server提供所要监听的对象。

分析过程中,首先判断flHosts变量是否长度为0,若是的话,通过os包获取名为DOCKER_HOST环境变量的值,将其赋值于defaultHost。若defaultHost为空或者flDaemon为真的话,说明目前还没有一个定义的host对象,则将其默认设置为unix socket,值为api.DEFAULTUNIXSOCKET,该常量位于./docker/api/common.go,值为"/var/run/docker.sock",故defaultHost为”unix:///var/run/docker.sock”。验证该defaultHost的合法性之后,将defaultHost的值追加至flHost的末尾。继续往下执行。

if *flDaemon {
mainDaemon()
return
}

若flDaemon参数为真的话,则执行mainDaemon函数,实现Docker Daemon的启动,若mainDaemon函数执行完毕,则退出main函数,一般mainDaemon函数不会主动终结。由于本章节介绍Docker Client的启动,故假设flDaemon参数为假,不执行以上代码块。继续往下执行。

if len(flHosts) > 1 {
log.Fatal("Please specify only one -H")
}
protoAddrParts := strings.SplitN(flHosts[0], "://", 2)

以上,若flHosts的长度大于1的话,则抛出错误日志。接着将flHosts这个string数组中的第一个元素,进行分割,通过”://”来分割,分割出的两个部分放入变量protoAddrParts数组中。protoAddrParts的作用为解析出与Docker Server建立通信的协议与地址,为Docker Client创建过程中不可或缺的配置信息之一。

 var (
cli *client.DockerCli
tlsConfig tls.Config
)
tlsConfig.InsecureSkipVerify = true

由于之前已经假设过flDaemon为假,则可以认定main函数的运行是为了Docker Client的创建与执行。在这里创建两个变量:一个为类型是client.DockerCli指针的对象cli,另一个为类型是tls.Config的对象tlsConfig。并将tlsConfig的InsecureSkipVerify属性设置为真。TlsConfig对象的创建是为了保障cli在传输数据的时候,遵循安全传输层协议(TLS)。安全传输层协议(TLS) 用于两个通信应用程序之间保密性与数据完整性。tlsConfig是Docker Client创建过程中可选的配置信息。

// If we should verify the server, we need to load a trusted ca
if *flTlsVerify {
*flTls = true
certPool := x509.NewCertPool()
file, err := ioutil.ReadFile(*flCa)
if err != nil {
log.Fatalf("Couldn't read ca cert %s: %s", *flCa, err)
}
certPool.AppendCertsFromPEM(file)
tlsConfig.RootCAs = certPool
tlsConfig.InsecureSkipVerify = false
}

若flTlsVerify这个flag参数为真的话,则说明需要验证server端的安全性,tlsConfig对象需要加载一个受信的ca文件。该ca文件的路径为*flCA参数的值,最终完成tlsConfig对象中RootCAs属性的赋值,并将InsecureSkipVerify属性置为假。

// If tls is enabled, try to load and send client certificates
if *flTls || *flTlsVerify {
_, errCert := os.Stat(*flCert)
_, errKey := os.Stat(*flKey)
if errCert == nil && errKey == nil {
*flTls = true
cert, err := tls.LoadX509KeyPair(*flCert, *flKey)
if err != nil {
log.Fatalf("Couldn't load X509 key pair: %s. Key encrypted?", err)
}
tlsConfig.Certificates = []tls.Certificate{cert}
}
}

如果flTls和flTlsVerify两个flag参数中有一个为真,则说明需要加载以及发送client端的证书。最终将证书内容交给tlsConfig的Certificates属性。

至此,flag参数已经全部处理,并已经收集完毕Docker Client所需的配置信息。之后的内容为Docker Client如何实现创建并执行。

3.3. Docker Client的创建

Docker Client的创建其实就是在已有配置参数信息的情况,通过Client包中的NewDockerCli方法创建一个实例cli,源码实现如下:

if *flTls || *flTlsVerify {
cli = client.NewDockerCli(os.Stdin, os.Stdout, os.Stderr, protoAddrParts[0], protoAddrParts[1], &tlsConfig)
} else {
cli = client.NewDockerCli(os.Stdin, os.Stdout, os.Stderr, protoAddrParts[0], protoAddrParts[1], nil)
}

如果flag参数flTls为真或者flTlsVerify为真的话,则说明需要使用TLS协议来保障传输的安全性,故创建Docker Client的时候,将TlsConfig参数传入;否则的话,同样创建Docker Client,只不过TlsConfig为nil。

关于Client包中的NewDockerCli函数的实现,可以具体参见./docker/api/client/cli.go。

func NewDockerCli(in io.ReadCloser, out, err io.Writer, proto, addr string, tlsConfig *tls.Config) *DockerCli {
  var (
    isTerminal = false
    terminalFd uintptr
    scheme     = "http"
  )

  if tlsConfig != nil {
    scheme = "https"
  }

  if in != nil {
    if file, ok := out.(*os.File); ok {
      terminalFd = file.Fd()
      isTerminal = term.IsTerminal(terminalFd)
    }
  }

  if err == nil {
    err = out
  }
  return &DockerCli{
    proto:      proto,
    addr:       addr,
    in:         in,
    out:        out,
    err:        err,
    isTerminal: isTerminal,
    terminalFd: terminalFd,
    tlsConfig:  tlsConfig,
    scheme:     scheme,
  }
}

总体而言,创建DockerCli对象较为简单,较为重要的DockerCli的属性有proto:传输协议;addr:host的目标地址,tlsConfig:安全传输层协议的配置。若tlsConfig为不为空,则说明需要使用安全传输层协议,DockerCli对象的scheme设置为“https”,另外还有关于输入,输出以及错误显示的配置,最终返回该对象。

通过调用NewDockerCli函数,程序最终完成了创建Docker Client,并返回main函数继续执行。

4. Docker命令执行

main函数执行到目前为止,有以下内容需要为Docker命令的执行服务:创建完毕的Docker Client,docker命令中的请求参数(经flag解析后存放于flag.Arg())。也就是说,需要使用Docker Client来分析docker 命令中的请求参数,并最终发送相应请求给Docker Server。

4.1. Docker Client解析请求命令

Docker Client解析请求命令的工作,在Docker命令执行部分第一个完成,直接进入main函数之后的源码部分:

if err := cli.Cmd(flag.Args()...); err != nil {
if sterr, ok := err.(*utils.StatusError); ok {
if sterr.Status != "" {
log.Println(sterr.Status)
}
os.Exit(sterr.StatusCode)
}
log.Fatal(err)
}

查阅以上源码,可以发现,正如之前所说,首先解析存放于flag.Args()中的具体请求参数,执行的函数为cli对象的Cmd函数。进入./docker/api/client/cli.go的Cmd函数:

// Cmd executes the specified command
func (cli *DockerCli) Cmd(args ...string) error {
if len(args) > 0 {
method, exists := cli.getMethod(args[0])
if !exists {
fmt.Println("Error: Command not found:", args[0])
return cli.CmdHelp(args[1:]...)
}
return method(args[1:]...)
}
return cli.CmdHelp(args...)
}

由代码注释可知,Cmd函数执行具体的指令。源码实现中,首先判断请求参数列表的长度是否大于0,若不是的话,说明没有请求信息,返回docker命令的Help信息;若长度大于0的话,说明有请求信息,则首先通过请求参数列表中的第一个元素args[0]来获取具体的method的方法。如果上述method方法不存在,则返回docker命令的Help信息,若存在的话,调用具体的method方法,参数为args[1]及其之后所有的请求参数。

还是以一个具体的docker命令为例,docker –daemon=false –version=false pull Name。通过以上的分析,可以总结出以下操作流程:

(1) 解析flag参数之后,将docker请求参数”pull”和“Name”存放于flag.Args();

(2) 创建好的Docker Client为cli,cli执行cli.Cmd(flag.Args()…);

在Cmd函数中,通过args[0]也就是”pull”,执行cli.getMethod(args[0]),获取method的名称;

(3) 在getMothod方法中,通过处理最终返回method的值为”CmdPull”;

(4) 最终执行method(args[1:]…)也就是CmdPull(args[1:]…)。

4.2. Docker Client执行请求命令

上一节通过一系列的命令解析,最终找到了具体的命令的执行方法,本节内容主要介绍Docker Client如何通过该执行方法处理并发送请求。

由于不同的请求内容不同,执行流程大致相同,本节依旧以一个例子来阐述其中的流程,例子为:docker pull NAME。

Docker Client在执行以上请求命令的时候,会执行CmdPull函数,传入参数为args[1:]...。源码具体为./docker/api/client/command.go中的CmdPull函数。

以下逐一分析CmdPull的源码实现。

(1) 通过cli包中的Subcmd方法定义一个类型为Flagset的对象cmd。

cmd := cli.Subcmd("pull", "NAME[:TAG]", "Pull an image or a repository from the registry")

(2) 给cmd对象定义一个类型为String的flag,名为”#t”或”#-tag”,初始值为空。

tag := cmd.String([]string{"#t", "#-tag"}, "", "Download tagged image in a repository")

(3) 将args参数进行解析,解析过程中,先提取出是否有符合tag这个flag的参数,若有,将其给赋值给tag参数,其余的参数存入cmd.NArg();若无的话,所有的参数存入cmd.NArg()中。

if err := cmd.Parse(args); err != nil {
return nil }

(4) 判断经过flag解析后的参数列表,若参数列表中参数的个数不为1,则说明需要pull多个image,pull命令不支持,则调用错误处理方法cmd.Usage(),并返回nil。

if cmd.NArg() != 1 {
cmd.Usage()
return nil
}

(5) 创建一个map类型的变量v,该变量用于存放pull镜像时所需的url参数;随后将参数列表的第一个值赋给remote变量,并将remote作为键为fromImage的值添加至v;最后若有tag信息的话,将tag信息作为键为”tag”的值添加至v。

var (
v = url.Values{}
remote = cmd.Arg(0)
)
v.Set("fromImage", remote)
if *tag == "" {
v.Set("tag", *tag)
}

(6) 通过remote变量解析出镜像所在的host地址,以及镜像的名称。

 remote, _ = parsers.ParseRepositoryTag(remote)
// Resolve the Repository name from fqn to hostname + name
hostname, _, err := registry.ResolveRepositoryName(remote)
if err != nil {
return err
}

(7) 通过cli对象获取与Docker Server通信所需要的认证配置信息。

cli.LoadConfigFile()
// Resolve the Auth config relevant for this server
authConfig := cli.configFile.ResolveAuthConfig(hostname)

(8) 定义一个名为pull的函数,传入的参数类型为registry.AuthConfig,返回类型为error。函数执行块中最主要的内容为:cli.stream(……)部分。该部分具体发起了一个给Docker Server的POST请求,请求的url为"/images/create?"+v.Encode(),请求的认证信息为:map[string][]string{"X-Registry-Auth": registryAuthHeader,}。

 pull := func(authConfig registry.AuthConfig) error {
buf, err := json.Marshal(authConfig)
if err != nil {
return err
}
registryAuthHeader := []string{
base64.URLEncoding.EncodeToString(buf),
}
return cli.stream("POST", "/images/create?"+v.Encode(), nil, cli.out, map[string][]string{
" X-Registry-Auth": registryAuthHeader,
})
}

(9) 由于上一个步骤只是定义pull函数,这一步骤具体调用执行pull函数,若成功则最终返回,若返回错误,则做相应的错误处理。若返回错误为401,则需要先登录,转至登录环节,完成之后,继续执行pull函数,若完成则最终返回。

if err := pull(authConfig); err != nil {
if strings.Contains(err.Error(), "Status 401") {
fmt.Fprintln(cli.out, "\nPlease login prior to pull:")
if err := cli.CmdLogin(hostname); err != nil {
return err
}
authConfig := cli.configFile.ResolveAuthConfig(hostname)
return pull(authConfig)
}
return err
}

以上便是pull请求的全部执行过程,其他请求的执行在流程上也是大同小异。总之,请求执行过程中,大多都是将命令行中关于请求的参数进行初步处理,并添加相应的辅助信息,最终通过指定的协议给Docker Server发送Docker Client和Docker Server约定好的API请求。

5. 总结

本文从源码的角度分析了从docker可执行文件开始,到创建Docker Client,最终发送给Docker Server请求的完整过程。

笔者认为,学习与理解Docker Client相关的源码实现,不仅可以让用户熟练掌握Docker命令的使用,还可以使得用户在特殊情况下有能力修改Docker Client的源码,使其满足自身系统的某些特殊需求,以达到定制Docker Client的目的,最大发挥Docker开放思想的价值。

   
1389 次浏览       14
相关文章

每日构建解决方案
如何制定有效的配置管理流程
配置管理主要活动及实现方法
构建管理入门
相关文档

配置管理流程
配置管理白皮书
CM09_C配置管理标准
使用SVN进行版本控制
相关课程

配置管理实践
配置管理方法、工具与应用
多层次集成配置管理
产品发布管理
最新课程计划
信息架构建模(基于UML+EA)3-21[北京]
软件架构设计师 3-21[北京]
图数据库与知识图谱 3-25[北京]
业务架构设计 4-11[北京]
SysML和EA系统设计与建模 4-22[北京]
DoDAF规范、模型与实例 5-23[北京]

软件配置管理的问题、目的
软件配置管理规范
CQWeb 7.1性能测试与调优指南
为什么需要使用ClearCase
ClearCase与RTC的集成
利用ClearQuest 进行测试管理
更多...   


产品发布管理
配置管理方法、实践、工具
多层次集成配置管理
使用CC与CQ进行项目实践
CVS与配置管理
Subversion管理员


配置管理实践(从组织级到项目级)
通号院 配置管理规范与应用
配置管理日构建及持续集成
丹佛斯 ClearCase与配置管理
中国移动 软件配置管理
中国银行 软件配置管理
天津华翼蓝天科技 配置管理与Pvcs