Docker入门

Docker简介

一种虚拟容器技术。

• 一种虚拟化分方案；
• 操作系统级别的虚拟化；
• 只能运行相同或相似内核的操作系统；
• 依赖与linux内核特性：Namespace和Cgroups（Control Group）

虚拟机技术和容器技术最大的区别就是对资源的占用。

Docker目标

• 提供简单轻量的建模方式
• 职责的逻辑分离
• 快速高效的开发生命周期
• 鼓励使用面向服务的架构

Docker使用场景

• 使用Docker容器开发、测试、部署服务
• 创建隔离的运行环境
• 搭建测试环境
• 构建多用户的平台即服务(PaaS)基础设施
• 提供软件即服务(SaaS)应用程序
• 高性能、超大规模的宿主机部署

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Docker的基本组成

• Docker Client 客户端
• Docker Daemon 守护进程
• Docker Image 镜像
• Docker Container 容器
• Docker Registry 仓库

Docker Client 客户端

• C/S架构
• 本地/远程调用

Docker客户端向服务器端发出请求，也就是守护进程。守护进程处理完所有工作将结果返回给客户端。Docker客户端对服务器端的访问既可以在本地也可以在远程。

Docker Image 镜像

• 容器的基石
• 层叠的只读文件系统

Docker镜像是容器的基石，保存了启动容器的条件，容器基于镜像启动和运行。 Docker镜像是一个层叠的只读文件系统，他的最底端是一个引导文件系统及bootfs。 Docker用户几乎永远都不会和引导文件系统有交互，实际上当一个容器启动后，bootfs会被移到内存中，引导文件将被卸载。

Docker镜像的第二层是rootfs（root文件系统），位于引导文件系统之上，可以有多种操作系统。 在传统的linux系统中root文件系统最先会以只读的方式加载，当引导和启动完成后他才会被切换成读写模式。 但是在Docker里，root文件系统永远只能是只读，并且Docker会用联合加载系统在rootfs之上加载更多的只读文件系统。 联合加载只得是一次加载多个文件系统。但是在外面开来只有一个文件系统。联合加载会将各层文件系统加载到一起， 这样最终的文件系统会包含所有的文件及目录。Docker将这样的文件系统称为镜像。 一个镜像可以放到另一个镜像顶部，位于下面的镜像称为父镜像。以此类推，直到镜像栈的最底部。最底部的镜像称为基础镜像。 也就是bootfs文件系统。

Docker Container 容器

• 容器通过镜像来启动
• 启动和执行阶段
• 写时复制(copy on write)

一个容器中可以运行用户的一个或多个进程。当一个容器启动时，Docker会在镜像的最顶层增加一个读写文件系统，我们在Docker中运行的程序 就是在这个层运行并执行的。第一次启动Docker时，读写层是空的，当文件发生变化后都会应用到这一层。比如修改一个文件，先将该文件从只读层复制到读 写层，然后隐藏只读层，这就是Docker的写时复制。

当创建一个容器时，Docker会创建一个镜像栈，在栈的最顶层增加读写层，这个读写层和下面的镜像层以及一些配置数据就构成了一个容器。 容器的这个特点及镜像分层，可以让我们快速的构建镜像，并运行包含我们自己的应用程序和服务的容器。

Docker Registry 仓库

• 共有
  • Docker Hub
• 私有

Docker用仓库来保存用户构建的镜像。

从上图可以看出，Docker客户端调用守护进程从而操作Docker的容器，而容器是通过镜像来创建的，而镜像又保存在仓库中。

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Docker容器的相关技术

Docker依赖的Linux内核特性

• Namespaces 命名空间
• Control groups（cgroups）控制组

Namespaces 命名空间

• PID(Process ID) 进程隔离
• NET(Network) 管理网络接口
• IPC(Inter Process Communication) 管理跨进程通信的访问
• MNT(Mount) 管理挂载点
• UTS(Unix Timeshring System) 隔离内核和版本标识

编程语言中命名空间实现封装，即代码隔离。 操作系统中命名空间实现系统资源的隔离，进程、网络、文件系统...

各种隔离的资源时如何管理起来的，这就用到了Cgroups。

Control groups（cgroups）控制组

• 资源限制
• 优先级设定
• 资源计量
• 资源控制

Docker容器的能力

• 文件系统隔离:每个容器都有自己的root文件系统
• 进程隔离:每个容器都运行在自己的进程环境中
• 网络隔离:容器间的虚拟网络接口和IP地址都是分开的
• 资源隔离和分组:使用Cgroups将CPU和内存等资源独立分配给每个Docker容器