前言

如今Docker的使用已经非常普遍,特别在一线互联网公司。使用Docker技术可以帮助企业快速水平扩展服务,从而到达弹性部署业务的能力。在云服务概念兴起之后,Docker的使用场景和范围进一步发展,如今在微服务架构越来越流行的情况下,微服务+Docker的完美组合,更加方便微服务架构运维部署落地。


什么是 Docker

Docker 是世界领先的软件容器平台。开发人员利用 Docker 可以消除协作编码时“在我的机器上可正常工作”的问题。运维人员利用 Docker 可以在隔离容器中并行运行和管理应用,获得更好的计算密度。企业利用 Docker 可以构建敏捷的软件交付管道,以更快的速度、更高的安全性和可靠的信誉为 Linux 和 Windows Server 应用发布新功能。

Docker 属于 Linux 容器的一种封装,提供简单易用的容器使用接口。它是目前最流行的 Linux 容器解决方案。Docker 将应用程序与该程序的依赖,打包在一个文件里面。运行这个文件,就会生成一个虚拟容器。程序在这个虚拟容器里运行,就好像在真实的物理机上运行一样。有了 Docker,就不用担心环境问题。

总体来说,Docker 的接口相当简单,用户可以方便地创建和使用容器,把自己的应用放入容器。容器还可以进行版本管理、复制、分享、修改,就像管理普通的代码一样。

Docker 最初是 dotCloud 公司创始人 Solomon Hykes 在法国期间发起的一个公司内部项目,它是基于 dotCloud 公司多年云服务技术的一次革新,并于 2013 年 3 月以 Apache 2.0 授权协议开源,主要项目代码在 GitHub 上进行维护。Docker 项目后来还加入了 Linux 基金会,并成立推动 开放容器联盟(OCI)。

Docker 自开源后受到广泛的关注和讨论,至今其 GitHub 项目已经超过 4 万 6 千个星标和一万多个 fork。甚至由于 Docker 项目的火爆,在 2013 年底,dotCloud 公司决定改名为 Docker。Docker 最初是在 Ubuntu 12.04 上开发实现的;Red Hat 则从 RHEL 6.5 开始对 Docker 进行支持;Google 也在其 PaaS 产品中广泛应用 Docker。


为什么要使用Docker

容器除了运行其中应用外,基本不消耗额外的系统资源,使得应用的性能很高,同时系统的开销尽量小。传统虚拟机方式运行 10 个不同的应用就要起 10 个虚拟机,而Docker 只需要启动 10 个隔离的应用即可。

具体说来,Docker 在如下几个方面具有较大的优势。

1、更快速的交付和部署

对开发和运维(devop)人员来说,最希望的就是一次创建或配置,可以在任意地方正常运行。

开发者可以使用一个标准的镜像来构建一套开发容器,开发完成之后,运维人员可以直接使用这个容器来部署代码。 Docker 可以快速创建容器,快速迭代应用程序,并让整个过程全程可见,使团队中的其他成员更容易理解应用程序是如何创建和工作的。 Docker 容器很轻很快!容器的启动时间是秒级的,大量地节约开发、测试、部署的时间。

2、更高效的虚拟化

Docker 容器的运行不需要额外的 hypervisor 支持,它是内核级的虚拟化,因此可以实现更高的性能和效率。

3、更轻松的迁移和扩展

Docker 容器几乎可以在任意的平台上运行,包括物理机、虚拟机、公有云、私有云、个人电脑、服务器等。 这种兼容性可以让用户把一个应用程序从一个平台直接迁移到另外一个。

4、更简单的管理

使用 Docker,只需要小小的修改,就可以替代以往大量的更新工作。所有的修改都以增量的方式被分发和更新,从而实现自动化并且高效的管理。

5、对比传统虚拟机总结

特性 容器 虚拟机
启动 秒级 分钟级
硬盘使用 一般为 MB 一般为 GB
性能 接近原生 弱于
系统支持量 单机支持上千个容器 一般几十个

从下图可以看出,VM是一个运行在宿主机之上的完整的操作系统,VM运行自身操作系统会占用较多的CPU、内存、硬盘资源。Docker不同于VM,只包含应用程序以及依赖库,基于libcontainer运行在宿主机上,并处于一个隔离的环境中,这使得Docker更加轻量高效,启动容器只需几秒钟之内完成。由于Docker轻量、资源占用少,使得Docker可以轻易的应用到构建标准化的应用中。但Docker目前还不够完善,比如隔离效果不如VM,共享宿主机操作系统的一些基础库等;网络配置功能相对简单,主要以桥接方式为主;查看日志也不够方便灵活。

传统虚拟机架构对比

Docker 在容器的基础上,进行了进一步的封装,从文件系统、网络互联到进程隔离等等,极大的简化了容器的创建和维护。使得 Docker 技术比虚拟机技术更为轻便、快捷。

作为一种新兴的虚拟化方式,Docker 跟传统的虚拟化方式相比具有众多的优势。Docker 容器的启动可以在秒级实现,这相比传统的虚拟机方式要快得多;Docker 对系统资源的利用率很高,一台主机上可以同时运行数千个 Docker 容器。


相关概念

Docker是CS架构,主要有两个概念:

  • Docker daemon: 运行在宿主机上,Docker守护进程,用户通过Docker client(Docker命令)与Docker daemon交互
  • Docker client: Docker 命令行工具,是用户使用Docker的主要方式,Docker client与Docker daemon通信并将结果返回给用户,Docker client也可以通过socket或者RESTful api访问远程的Docker daemon
    运行结构

了解了Docker的组成,再来了解一下Docker的三个主要概念:

Docker 镜像

我们都知道,操作系统分为内核和用户空间。对于 Linux 而言,内核启动后,会挂载 root 文件系统为其提供用户空间支持。而 Docker 镜像(Image),就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:18.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 18.04 最小系统的 root 文件系统。

Docker 镜像是一个特殊的文件系统,除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外,还包含了一些为运行时准备的一些配置参数(如匿名卷、环境变量、用户等)。镜像不包含任何动态数据,其内容在构建之后也不会被改变。

Docker 容器

镜像(Image)和容器(Container)的关系,就像是面向对象程序设计中的 类 和 实例 一样,镜像是静态的定义,容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。

容器的实质是进程,但与直接在宿主执行的进程不同,容器进程运行于属于自己的独立的 命名空间。因此容器可以拥有自己的 root 文件系统、自己的网络配置、自己的进程空间,甚至自己的用户 ID 空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里,使用起来,就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。也因为这种隔离的特性,很多人初学 Docker 时常常会混淆容器和虚拟机。

前面讲过镜像使用的是分层存储,容器也是如此。每一个容器运行时,是以镜像为基础层,在其上创建一个当前容器的存储层,我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为 容器存储层。

容器存储层的生存周期和容器一样,容器消亡时,容器存储层也随之消亡。因此,任何保存于容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。

按照 Docker 最佳实践的要求,容器不应该向其存储层内写入任何数据,容器存储层要保持无状态化。所有的文件写入操作,都应该使用 数据卷(Volume)、或者绑定宿主目录,在这些位置的读写会跳过容器存储层,直接对宿主(或网络存储)发生读写,其性能和稳定性更高。

数据卷的生存周期独立于容器,容器消亡,数据卷不会消亡。因此,使用数据卷后,容器删除或者重新运行之后,数据却不会丢失。

Docker 仓库

镜像构建完成后,可以很容易的在当前宿主机上运行,但是,如果需要在其它服务器上使用这个镜像,我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务,Docker Registry 就是这样的服务。

一个 Docker Registry 中可以包含多个 仓库(Repository);每个仓库可以包含多个 标签(Tag);每个标签对应一个镜像。

通常,一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像,而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签,将以 latest 作为默认标签。

以 Ubuntu 镜像 为例,ubuntu 是仓库的名字,其内包含有不同的版本标签,如,16.04, 18.04。我们可以通过 ubuntu:16.04,或者 ubuntu:18.04 来具体指定所需哪个版本的镜像。如果忽略了标签,比如 ubuntu,那将视为 ubuntu:latest。

仓库名经常以 两段式路径 形式出现,比如 jwilder/nginx-proxy,前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名,后者则往往是对应的软件名。但这并非绝对,取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务。


Docker 生态

Docker架构


Source: https://www.bigran.cn/article/OnAYw9Gv.html

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Published

2019-07-03 09:27:36


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