企业级Registry开源项目Harbor架构简介
作者：张海宁 姜坦
1. Harbor项目
VMware公司最近开源了企业级Registry项目Harbor，其的目标是帮助用户迅速搭建一个企业级的Docker registry 服务。它以Docker公司开源的registry 为基础，提供了管理UI, 基于角色的访问控制(RoleBased Access Control)，AD/LDAP集成、以及审计日志(Auditlogging) 等企业用户需求的功能，同时还原生支持中文，对广大中国用户是一个好消息。本文将介绍Harbor 项目的主要组件，并阐述Harbor的工作原理。
2.架构介绍
1) 主要组件
Harbor在架构上主要由五个组件构成：
· Proxy：Harbor的registry,UI, token等服务，通过一个前置的反向代理统一接收浏览器、Docker客户端的请求，并将请求转发给后端不同的服务。
· Registry： 负责储存Docker镜像，并处理docker push/pull 命令。由于我们要对用户进行访问控制，即不同用户对Dockerimage有不同的读写权限，Registry会指向一个token服务，强制用户的每次docker pull/push请求都要携带一个合法的token,Registry会通过公钥对token 进行解密验证。
· Core services： 这是Harbor的核心功能，主要提供以下服务：
o UI：提供图形化界面，帮助用户管理registry上的镜像（image）, 并对用户进行授权。
o webhook：为了及时获取registry 上image状态变化的情况， 在Registry上配置webhook，把状态变化传递给UI模块。
o token 服务：负责根据用户权限给每个docker push/pull命令签发token. Docker 客户端向Regiøstry服务发起的请求,如果不包含token，会被重定向到这里，获得token后再重新向Registry进行请求。
· Database：为core services提供数据库服务，负责储存用户权限、审计日志、Dockerimage分组信息等数据。
· Log collector：为了帮助监控Harbor运行，负责收集其他组件的log，供日后进行分析。
各个组件之间的关系如下图所示：
2) 实现
Harbor的每个组件都是以Docker容器的形式构建的，因此很自然地，我们使用Docker Compose来对它进行部署。
在源代码中(/vmware/harbor), 用于部署Harbor的Docker Compose 模板位于/Deployer/. 打开这个模板文件，会发现Harbor由5个容器组成：
· proxy:由Nginx 服务器构成的反向代理。
· registry:由Docker官方的开源registry 镜像构成的容器实例。
· ui: 即架构中的coreservices, 构成此容器的代码是Harbor项目的主体。
· mysql: 由官方MySql镜像构成的数据库容器。
· log: 运行着rsyslogd的容器，通过log-driver的形式收集其他容器的日志。
这几个容器通过Docker link的形式连接在一起，这样，在容器之间可以通过容器名字互相访问。对终端用户而言，只需要暴露proxy （即Nginx）的服务端口。
3. 工作原理
下面以 两个Docker 命令为例，讲解主要组件之间如何协同工作。
1) dockerlogin
假设我们将Harbor部署在IP 为192.168.1.10的虚机上。用户通过docker login命令向这个Harbor服务发起登录请求：
# docker login 192.168.1.10
当用户输入所需信息并点击回车后，Docker 客户端会向地址 “192.168.1.10/v2/” 发出HTTP GET请求。 Harbor的各个容器会通过以下步骤处理：
(a) 首先，这个请求会由监听80端口的proxy容器接收到。根据预先设置的匹配规则， 容器中的Nginx会将请求转发给后端的registry 容器；
(b) 在registry容器一方，由于配置了基于token的认证，registry会返回错误代码401，提示Docker客户端访问token服务绑定的URL。在Harbor中，这个URL指向CoreServices；
(c) Docker 客户端在接到这个错误代码后，会向token服务的URL发出请求，并根据HTTP协议的BasicAuthentication规范，将用户名密码组合并编码，放在请求头部(header)；
(d)类似地，这个请求通过80端口发到proxy容器后，Nginx会根据规则把请求转发给ui容器，ui容器监听token服务网址的处理程序接收到请求后，会将请求头解码，得到用户名、密码；
(e) 在得到用户名、密码后，ui容器中的代码会查询数据库，将用户名、密码与mysql容器中的数据进行比对（注：ui 容器还支持LDAP的认证方式，在那种情况下ui会试图和外部LDAP服务进行通信并校验用户名/密码)。比对成功，ui容器会返回表示成功的状态码， 并用密钥生成token，放在响应体中返回给Docker客户端。
这个过程中组件间的交互过程如下图所示:
至此，一次docker login 成功地完成了，Docker客户端会把步骤(c)中编码后的用户名密码保存在本地的隐藏文件中。
2) docker push
用户登录成功后用docker push命令向Harbor推送一个Docker image：
# docker push192.168.1.10/library/hello-world
(a)首先，docker 客户端会重复login的过程，首先发送请求到registry,之后得到token服务的地址；
(b)之后，Docker 客户端在访问ui容器上的token服务时会提供额外信息，指明它要申请一个对imagelibrary/hello-world进行push操作的token；
(c)token 服务在经过Nginx转发得到这个请求后，会访问数据库核实当前用户是否有权限对该image进行push。如果有权限，它会把image的信息以及push动作进行编码，并用私钥签名，生成token返回给Docker客户端；
(d)得到token之后 Docker客户端会把token放在请求头部，向registry发出请求，试图开始推送image。 Registry 收到请求后会用公钥解码token并进行核对，一切成功后，image的传输就开始了。
我们省去proxy转发的步骤，下图描述了这个过程中各组件的通信过程：
4.参考材料
· 本文并未涉及Harbor项目本身的配置、部署， 这方面请参考Harbor在github上的文档：
/vmware/harbor
· 关于Registry的安全配置及token格式细节，请参考Docker官方文档：
/registry/spec/auth/token/
/registry/spec/auth/jwt/
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