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从Docker Hub和docker-registry看优秀的后端服务设计实现

2015-1-21 23:24    评论: 1 分享: 3    

【编者的话】 本文通过研究Docker Hub和docker-registry的架构,介绍了在服务端Docker镜像的存储、管理、安全的架构设计,并给出了一次简单的Docker客户端服务端交互的过程。对于部署实现一个大规模、企业级的镜像库需要做的工作做了初步的探讨,汇总了需要准备的前期知识等。推荐想要搭建一个私有Docker镜像库的同学阅读。

需求

最近因为工作需要,我开始研究docker-registry的实现和服务搭建。docker-registry是Docker的镜像存储服务端。或者这么说,Docker干的事情就是把整个应用、操作系统、配置打包成一个静态的镜像,这个镜像可以快速的启动和停止。但这种能力对单个人是没有多大意义的,我们需要有个地方把镜像存下来,然后用一个url分享给其他人。

如果是你,你会怎么设计?开一个公共的FTP让大家存镜像然后分享?这是个好主意,不过……Docker的镜像有这么一个设定,就是一个镜像是由多层组成的,如果每次传输全量文件,对客户端、服务端、用户启动都造成时间和流量的浪费。

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于是……

需求一:远程存储服务

上传和下载需要智能的识别对面有没有这层,如果两边的层的uuid一致,已经有的话,就不传了。

简单的根据名字上传下载,对日常使用来说还不够方便,我们还需要一个Web界面,以支持登录、搜索、区分公共的镜像和私有的镜像等需求,这是用户的需求,不是客户端程序的需求。

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需求二:Web界面,支持搜索

每个镜像层一般都有几十兆到几百兆的大小,可以想象,当很多用户都往一个地方上传时,单个服务器的存储容量是绝对支撑不住的,需要可以水平扩展的集群,但Web界面不能分开,客户端程序也不应该很麻烦的自己找去哪里下载。

113601_LIxf_224285.png

需求三:支持水平扩展的集群存储

Docker Hub和docker-registry的分工如下:

Docker Hub负责管理集中的信息访问,包括:

  • 用户账户
  • 镜像的效验码
  • 公共和私人镜像仓库的区分

Docker Hub有几个组件:

  • Web UI
  • Meta-data 元数据存储(附注、星级、公共库清单)
  • 访问认证
  • token管理

dokcer-registry有如下几个特性:

  • 存储镜像、以及镜像层的家族谱系
  • 没有用户账户数据
  • 不知道用户的账户和安全性
  • 把安全和认证委托给docker-hub来做,用token来保证传递安全
  • 不需要重新发明轮子,支持多种存储后端
  • 没有本地数据库

一次docker pull 或 push背后发生的事情

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这两个图里面的index就是hub,可以看到每次客户端都要先访问index,决定镜像文件从哪个registry上传或下载,然后去相应的registry操作。从阅读源码中可以看出,在registry上,每个镜像的层都是以tar.gz格式存储的。

自己搭建Docker镜像服务的考虑

既然是私服,同样需要考虑用户、安全认证、搜索等问题,可以说,Docker的开发者在设计镜像服务时就考虑了这些问题,把Web这块留给每个私服的开发者自己去实现,并把后端存储抽象成接口来调用。docker-registry的源代码放在这里 。为了保证后续的正常开发使用,我决定先阅读一下这个源码,不过碰上了不少问题,具体如下:

  • docker-registry是用Python实现的,我对python的了解仅仅限于简单的脚本,对Python的包、模块、类都不大懂,所以我学习了Python 。
  • docker-registry使用了egg打包发布,Gunicorn作为应用服务器(类似Tomcat),Flask作为MVC框架(类似Spring),后面还有SQLAlchemy作为搜索后端。这些技术都需要做简单的了解,在需要的时候深入学习。
  • 后端存储,因为镜像最终是以tar.gz的方式静态存储在服务端,不需要实时读或者写,所以适用于对象存储而不是块存储,于是问题就转化成找一个或写一个私有的存储驱动,官方支持的驱动有亚马逊AWS S3、Ceph-s3、Google gcs、OpenStack swift、Glance等等,国内的七牛也写了自己的驱动 。
  • 搜索,这块我还没涉及,后续再看……
  • Web UI的实现,现在GitHub上已经有好几个项目了,例如docker-registry-web 、docker-registry-frontend,后续再看……

最近在研究用Docker实现PaaS,欢迎大家有想法找我交流:-)

最后分析一下这个架构的优点

  • 解耦合
    Docker Hub是web-UI、用户认证、镜像元数据的集合,在这个方面,不同的组织有不同的做法,所以需要独立出来。docker-registry是所有组织可以复用的部分,单纯用于镜像存储服务。
  • 不重复造轮子
    docker-registry自己去实现一套对象存储了吗?没有,因为在对象存储这个领域,已经有很多优秀的实现。所以docker-registry是一个HTTP接口的服务,仅仅是在对象存储上包了一层镜像的家族谱系,而且底层支持多种对象存储。
  • 水平扩展性
    在简单使用场景下,docker-registry也支持本地文件系统存储,可以说是all-in-one的设计,开箱即用。而当把这个场景扩展,用于大规模企业级的应用时,Docker Hub和docker-registry是1:n的关系,registry本身是一个无状态的服务,可以非常容易的水平扩展。这也是设计者的狡猾之处,他把有状态的部分都抽离了,把存储这个最大的状态机制做成可以放在其他的对象存储上,这样在大规模使用场景下就不会有性能的问题,也不会有单点问题。任何一个registry挂掉都是可以忍受的,可以被轻易的恢复而没有副作用。

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DreamingSheep 2015-1-22 00:03  新浪微博网友评论
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DreamingSheep 2015-1-22 00:03
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