张志飞 360云计算

女主宣言

镜像仓库，顾名思义就是存储镜像的。Docker 仓库的概念跟Git 类似，注册服务器可以理解为 GitHub 这样的托管服务。用户制作好镜像push到仓库，这样下次在另外一台机器上使用这个镜像时候，只需要从仓库上 pull 下来就可以了。本文主要介绍HULK使用的镜像仓库Harbor。

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什么是Harbor

Habor是由VMWare公司开源的容器镜像仓库，是一个用于存储和分发Docker镜像的企业级Registry服务器。

Harbor主要是提供了一些企业级的管理功能，而镜像存储用的还是docker registry，相当于docker registry的反向代理。

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Harbor架构

HULK容器镜像仓库简介_Java

如上图所示，Harbor由6个组件组成：

  1. Proxy: nginx反向代理。上图来自官网，已经滞后了。目前到harbor的所有请求都必须走UI，包括上图中Proxy–> Registry这条。

  2. Registry: 负责存储Docker图像和处理Docker push/pull命令。由于Harbor需要加强对映像的访问控制，因此注册中心将引导客户端到令牌服务，以便为每个pull或push请求获得一个有效的令牌。

  3. Core services: Harbor的核心功能，主要提供以下服务：

    1. UI:提供了一个web管理页面，当然还包括了一个前端页面和后端API。

    2. Webhook：在Registry中配置，镜像复制，日志更新都是通过该功能实现。

    3. Token service:令牌服务，如果从Docker客户机发送的请求中没有令牌，注册中心将把请求重定向到令牌服务。

    4. Job services: 镜像复制。

    5. Log collector: 日志收集。

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HULK使用的Harbor功能

用户管理


基于角色的访问控制：用户分为三种角色：项目管理员（MDRWS）、开发人员（RWS）和访客（RS），当然还有一个造物主admin系统管理员。 
注：M:管理、D:删除、R:读取、W:写入、S:查询。

项目管理


项目管理是系统最主要的一个功能模块，项目是一组镜像仓库的逻辑集合，是权限管理和资源管理的单元划分。一个项目下面有多个镜像仓库，并且关联多个不同角色的成员，镜像复制也是基于项目的，通过添加复制规则，可以将项目下面的镜像从一个harbor迁移到另一个harbor。

配置管理


配置管理主要是配置harbor的认证模式，企业内部使用，通常都是对接到公司LDAP上面，我们目前用的数据库认证；还可以设置token的有效时间。

镜像复制


HULK多机房就是通过镜像复制功能实现的，可在不同的数据中心、不同的运行环境之间同步镜像。

目前HULK上，用户申请容器服务后，我们会为其创建个Harbor的project（下图中的xxl-api即为Harbor中的项目名），

并为其分配两个用户名，一个RWS、一个RS，xxl-api是只读用户，还有一个对用户隐藏的xxl-api-p开发人员用户。以达到用户只能操作自己私有仓库的目的。

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Harbor的高可用

  • 负载均衡

通过三个harbor完成高可用部署，前面通过负载均衡器（HULK上的LVS）对外提供服务。共享数据库与缓存。


HULK容器镜像仓库简介_Java_02


  • 多机房

多机房可以应对单机房s3异常，机房孤岛等及特殊情况，同时可以减轻主机房负担。

目前我们有bjyt（主）和shyc2（从）两套harbor，push都到主，k8s拉镜像可以选择拉主或者从。

每个机房的harbor组件完全独立，包括s3和数据库。目的就是为了即使出现孤岛也不会影响服务。

什么是镜像

镜像就是，联合文件系统（UnionFS），目前用的驱动是overlay2。

镜像的基础层是rootfs：任何程序运行时都会有依赖，无论是开发语言层的依赖库，还是各种系统lib、操作系统等，不同的系统上这些库可能是不一样的，或者有缺失的。为了让容器运行时一致，docker将依赖的操作系统、各种lib依赖整合打包在一起（即镜像），然后容器启动时，作为它的根目录（根文件系统rootfs），使得容器进程的各种依赖调用都在这个根目录里，这样就做到了环境的一致性。

Layer：Dockerfile中的基础是rootfs，而之后的每一个操作都是一层，如：RUN、ADD等命令。所以为了镜像体积小写，可以把多个RUN命令整合成一行，这样多层就变成一层了。

镜像只有最上一层是读写的，其余都是只读的（目录的whiteout属性）。所谓whiteout属性union文件系统中，如果删除的文件在只读层，最上层看到文件已经删除，但是只读层文件依然存在，在最上层做改文件whiteout隐藏文件实现。rm mnt/haha.log操作和touch a/.wh.haha.log效果相同。


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容器的镜像挂载

docker支持多种graphDriver，包括vfs、devicemapper、overlay、overlay2、aufs，docker-ce镜像存储驱动目前用的是overlay2。

docker默认的存储目录是/var/lib/docker

[root@p22295v zhangzhifei]# ls -lrt /var/lib/docker/total 156drwx--x--x   3 root root  4096 Dec  6  2018 containerddrwx------   4 root root  4096 Dec  6  2018 pluginsdrwx------   3 root root  4096 Dec  6  2018 imagedrwx------   2 root root  4096 Dec  6  2018 trustdrwxr-x---   3 root root  4096 Dec  6  2018 networkdrwx------   2 root root  4096 Dec  6  2018 swarmdrwx------   2 root root  4096 Dec  6  2018 builderdrwx------  89 root root 12288 Jul 17 11:07 volumesdrwx------   2 root root  4096 Jul 17 14:30 runtimesdrwx------   2 root root  4096 Jul 23 12:51 tmpdrwx------ 758 root root 94208 Jul 29 19:12 overlay2drwx------  80 root root 12288 Jul 29 19:12 containers

我们运行个容器演示下：

[root@p22295v zhangzhifei]# docker run -it -d  kraken-agent:dev 83555ad8c034682ad885fc9e320bfb1f8b75498b61a1a8684d738c411caa930b

启动一个容器，在/var/lib/docker/overlay2目录下生成一个容器视图层，目录包括diff，link，lower，merged，work。

 diff记录每一层自己内容的数据，link记录该层链接目录（实际是l目录下到层的链接），比如在容器中创建目录或在diff新增该目录。

根据存储数据及功能可以把这些层分为3部分：

1、只读层

2、init层（夹在只读层和读写层之间，专门用来存放/etc/hosts、/etc/resolv.conf等信息。需要这样一层的原因是，这些文件本来属于只读的系统镜像层的一部分，但是用户往往需要在启动容器时写入一些指定的值比如hostname，所以就需要在可读写层对它们进行修改。可是，这些修改往往只对当前的容器有效，我们并不希望执行docker commit时，把这些信息连同可读写层一起提交掉。所以，Docker做法是，在修改了这些文件之后，以一个单独的层挂载了出来。而用户执行docker commit只会提交可读写层，所以是不包含这些内容的。）

3、读写层（在没有写入文件之前，这个目录是空的。而一旦在容器里做了写操作，你修改产生的内容就会以增量的方式出现在这个层中）

查看容器挂载目录：

[root@p22295v zhangzhifei]# cat /var/lib/docker/image/overlay2/layerdb/mounts/83555ad8c034682ad885fc9e320bfb1f8b75498b61a1a8684d738c411caa930b/mount-id 3695f349587aaa2cdc82fcde1a380c7b567ef870a47e4c28b8b279e4edc9eb40[root@p22295v zhangzhifei]# #读写层[root@p22295v zhangzhifei]# ls /var/lib/docker/overlay2/3695f349587aaa2cdc82fcde1a380c7b567ef870a47e4c28b8b279e4edc9eb40/diff/[root@p22295v zhangzhifei]##只读层[root@p22295v zhangzhifei]# ls /var/lib/docker/overlay2/65e5cdd72f2995da4c73f2d9b90e8d974b9d2f18829a2479296aaec24e67d185/diff/bin  boot  dev  etc  home  lib  lib64  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  usr  var#只读层（Dockerfile时ADD的二进制程序）[root@p22295v zhangzhifei]# ls -lrt /var/lib/docker/overlay2/852fa5138c3da5070b59e6402348a5a281378b28ee08fede9c635e4101f91092/diff/usr/bin/total 28836-rwxr-xr-x 1 root root 29526888 Jul 10 16:23 kraken-origin

最终，这些层都被联合挂载到/var/lib/docker/overlay2/3695f349587aaa2cdc82fcde1a380c7b567ef870a47e4c28b8b279e4edc9eb40/merged目录下，表现为一个完整的文件系统和运行时环境供容器使用。

[root@p22295v zhangzhifei]# mount | grep 3695f349587aaa2cdc82fcde1a380c7b567ef870a47e4c28b8b279e4edc9eb40overlay on /var/lib/docker/overlay2/3695f349587aaa2cdc82fcde1a380c7b567ef870a47e4c28b8b279e4edc9eb40/merged type overlay (rw,relatime,lowerdir=/var/lib/docker/overlay2/l/Z7QMVXSKSNAKCUEJ6ZMU5YTFWG:/var/lib/docker/overlay2/l/2OYCXTK7M4QN3DT7IYJK6J7VYT:/var/lib/docker/overlay2/l/UZTDJDVUOBHU2VERRLXF5KMIQO:/var/lib/docker/overlay2/l/NAXXPRFMO4ATUIG6SFPU4LBUUV:/var/lib/docker/overlay2/l/AM4PHUFWOD4UHYIVO5Q6GVZ5L7:/var/lib/docker/overlay2/l/7XLJNT7Q3UQIKHDNV4QG4EX2C3:/var/lib/docker/overlay2/l/3RAVSDXXRS3BASAKZFPT2ESY2K:/var/lib/docker/overlay2/l/FFNAQF5ADFSTEBNZZ4O2R3CP4N:/var/lib/docker/overlay2/l/X6BOWOZKYRN3DZFY6QLLP7OFDP:/var/lib/docker/overlay2/l/P3EO3WHIM2XPDNPIFUP42EGMQI:/var/lib/docker/overlay2/l/EOSBLWDBASO7GKSDILC4XVGO45:/var/lib/docker/overlay2/l/7K7266OIDWAVXLAN6AA3SZXZQZ,upperdir=/var/lib/docker/overlay2/3695f349587aaa2cdc82fcde1a380c7b567ef870a47e4c28b8b279e4edc9eb40/diff,workdir=/var/lib/docker/overlay2/3695f349587aaa2cdc82fcde1a380c7b567ef870a47e4c28b8b279e4edc9eb40/work)[root@p22295v zhangzhifei]# ls  /var/lib/docker/overlay2/3695f349587aaa2cdc82fcde1a380c7b567ef870a47e4c28b8b279e4edc9eb40/mergedbin  boot  dev  etc  home  lib  lib64  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  usr  var

镜像在镜像仓库中的存储

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镜像存储的目录结构

以本地存储为例，默认在/data/registry/docker/registry/v2，镜像存储的任何一层都不会重复。

├── blobs│   └── sha256│       │   └── dfa94d685d1c2179324f02bf2a119f6d8ee0d380cef5506566012f7c4936a04a│       │       └── data│       ├── e6│       │   └── e6ae4ac760c8457aca9be07de8ca66b3a358a19b950389a0d158ae885178f6cf│       │       └── data│       ├── e7│       │   └── e71de1ca8f2b18993c258e2bf50edea8c23ea4a78a821bcfef181de50b3c32f4│       │       └── data└── repositories    ├── registry-share-private    │   ├── push-mount    │   │   ├── _layers    │   │   │   └── sha256    │   │   │       ├── 1b1ad4542c99b8881265610cf5dc09e37d38445529a7584edb2a607fd783216f    │   │   │       │   └── link    │   │   ├── _manifests    │   │   │   ├── revisions    │   │   │   │   └── sha256    │   │   │   │       └── 9e4cf4691735c02e59dd49ee561a3f5e56bccf78d57eaa94581e29f69a5162bd    │   │   │   │           └── link    │   │   │   └── tags    │   │   │       └── v1    │   │   │           ├── current    │   │   │           │   └── link    │   │   │           └── index    │   │   │               └── sha256    │   │   │                   └── 9e4cf4691735c02e59dd49ee561a3f5e56bccf78d57eaa94581e29f69a5162bd    │   │   │                       └── link    │   │   └── _uploads    │   ├── push-new    │   │   ├── _layers    │   │   │   └── sha256    │   │   │       ├── 1b1ad4542c99b8881265610cf5dc09e37d38445529a7584edb2a607fd783216f    │   │   │       │   └── link    │   │   ├── _manifests    │   │   │   ├── revisions    │   │   │   │   └── sha256    │   │   │   │       └── 9e4cf4691735c02e59dd49ee561a3f5e56bccf78d57eaa94581e29f69a5162bd    │   │   │   │           └── link    │   │   │   └── tags    │   │   │       └── v1    │   │   │           ├── current    │   │   │           │   └── link    │   │   │           └── index    │   │   │               └── sha256    │   │   │                   └── 9e4cf4691735c02e59dd49ee561a3f5e56bccf78d57eaa94581e29f69a5162bd    │   │   │                       └── link

1、blobs

目录是存放每层数据（gzip）以及一个镜像的manifests信息（json）的具体文件

2、repositories

存储镜像的组织信息，类似于元数据

  • 仓库名

registry-share-private/push-mount就是一个仓库名，registry-share-private相当于project的概念，push-mount容器名

  • _layers

目录类似于blobs目录，但是它不存储真是数据仅仅以link文件保存每个layer的sha256编码。保存该repository长传过得所有layer的sha256编码信息

  • _manifests

该repository的上传的所有版本（tag）的manifest信息。其目录下有revisions目录和tags目录

  • tags

每个tag一组记录（v1）， 每个tag下面有current目录和index目录， current目录下的link文件保存了该tag目前的manifest文件的sha256编码，而index目录则列出了该tag历史上传的所有版本的sha256编码信息

  • _revisions

目录里存放了该repository历史上上传版本的所有sha256编码信息

  • _uploads

是一个临时目录，一旦镜像上传完成，该目录下的文件就被删除

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上传镜像流程

  • 认证

  • 到认证服务获取token

  • 查询仓库中是否有欲上传的层

  • 开始上传blob

大块用patch分块传，小块用put。分块上传后也要以一个put请求表示完成上传。

  • 上传mainfest

当所有的blob上传完成后需上传文件清单。

注意：

如果上传镜像的某一层在仓库中已经存在，并且有读的权限。docker 会先获取token，之后携带这个toke进行mount，减少重复层的上传，加快push速度

mount信息处理其实就是在生产对应layer的信息放在_layers目录下。


对于已经存在的层，但是没有权限的，客户端需要重新上传，但是最终存储还是一份。但是文件系统做move时，先判断目的路径是否存在，存在则不进行覆盖。


对于已经存在的镜像HEAD请求时世界返回200，表示不需要上传。


相关文章

  • https://docs.docker.com/registry/spec/api/ 

  • https://docs.docker.com/storage/storagedriver/overlayfs-driver/#how-the-overlay-driver-works

  • https://arkingc.github.io/2017/05/05/2017-05-05-docker-filesystem-overlay/

  • https://blog.csdn.net/u010278923/article/details/77941995 

  • https://github.com/uber/kraken  https://github.com/dragonflyoss/Dragonfly/