🐳 Как устроен Docker: что происходит «под капотом»

Поговорим немного про базу.

Docker — одно из самых популярных средств контейнеризации. Его простота снаружи скрывает сложную архитектуру. Разберём, как он устроен внутри.

1) Что такое контейнер?

Контейнер — изолированная среда, где запускается приложение со всеми зависимостями.
⚠️ Это не виртуальная машина: контейнер делит ядро ОС с хостом, но видит только свою «песочницу» через изоляцию.

2) Основные компоненты

• Docker Engine
– Docker Daemon (dockerd) управляет контейнерами, образами, сетями
– Docker CLI (docker) — интерфейс пользователя
– REST API — взаимодействие CLI и Daemon

👉 Пример: docker run nginx → CLI отправляет запрос, Daemon находит образ, создаёт контейнер, запускает процесс.

3) Namespaces

Механизм изоляции в Linux, создающий для контейнера:

• свой процессный ID (pid namespace)
• файловую систему (mnt namespace)
• сеть (net namespace)
• hostname (uts namespace)
• IPC (ipc namespace)

👉 Благодаря namespace контейнер видит «свою» мини-ОС, хотя на деле — это лишь виртуальные границы.

4) Cgroups

Ограничивают и учитывают ресурсы (CPU, RAM, I/O, сеть).
Пример: можно задать лимит 512 МБ RAM и 0.5 CPU.
Если приложение превышает лимит — Docker его ограничит или остановит.

5) Union File Systems (OverlayFS)

Docker использует многослойную файловую систему. Каждый шаг Dockerfile создаёт новый слой.
При запуске контейнера создаётся верхний writable-слой, остальные read-only.

👉 10 контейнеров на одном образе разделяют слои → экономия места.

6) Container Runtime

Docker использует runc для запуска контейнера (соответствует OCI Runtime Spec).
Daemon вызывает runc, который через clone(), setns(), chroot() изолирует процесс.

7) Docker Images

Образ — read-only слои, собранные в Union FS.
Каждый слой — изменения относительно предыдущего (например, установка пакета → новый слой).
Хранение: локально (/var/lib/docker) или в реестре (Docker Hub, GitLab Container Registry).

8) Docker Networking

Docker создаёт виртуальные сети (bridge, overlay, host).
По умолчанию контейнеры подключаются к bridge и получают IP из внутреннего пула.

👉 Можно пробросить порты через -p, создать собственные сети, объединять контейнеры через docker network connect.

В Swarm используется Overlay network (сеть между хостами).

9) Безопасность

Docker использует:

• seccomp (ограничение системных вызовов)
• AppArmor / SELinux (контроль привилегий)
• user namespaces (отображение UID контейнера в другой UID хоста)

⚠️ По умолчанию контейнеры имеют широкий доступ (например, /proc виден). Для production стоит ограничивать права (например, --cap-drop).

10) Что происходит при `docker run nginx`?

1. CLI отправляет запрос через API
2. Daemon ищет образ (локально или в registry)
3. Создаётся read-write слой контейнера
4. Создаются namespace (pid, net, mnt…)
5. Применяются cgroups
6. Вызывается runc для изоляции процесса
7. Контейнер подключается к сети
8. Запускается ENTRYPOINT/command

Контейнер живёт, пока жив его процесс.

11) Почему Docker — не магия?

Docker использует стандартные возможности ядра Linux (namespaces, cgroups, chroot, seccomp, overlayfs), оборачивая их в удобный интерфейс.

Контейнер — просто изолированный процесс, а не полноценная VM.
Поэтому Docker лёгкий, быстрый, удобный.

12) Заключение

Под капотом Docker:

• namespaces — изоляция
• cgroups — контроль ресурсов
• runc — запуск
• overlayfs — многослойная ФС
• REST API + Daemon + CLI — взаимодействие

Docker скрывает сложность, давая простой инструмент для запуска, сборки, развёртывания приложений.

Теперь, зная внутреннее устройство, можно глубже понять контейнеры, лучше их настраивать и оптимизировать.

➡️ Подробнее