对比Docker和虚拟机
引言
首先，大家需要明确一点，Docker容器不是虚拟机。
Docker最初的成功秘诀，正是它比虚拟机更节省内存，启动更快，而且Docker不停地给大家宣传，”虚拟机需要数分钟启动，而Docker容器只需要50毫秒”因此有许多人把它比做一种轻量级的虚拟机，但其实不是。
从结构上来看，容器和虚拟机还是有很大不同的。
左图的虚拟机的Guest OS层，还有Hypervisor层在Docker上已经被Docker Engine层所取代，在这里我们需要知道，Guest OS 是虚拟机安装的操作系统，是一个完整的系统内核，另外Hypervisor可以理解为硬件虚拟化平台，它在后Host OS以内核驱动的形式存在。由于vm多了一层Guest OS，所以资源利用率相对docker来说较低一些。
GuestOS：VM（虚拟机）里的的系统（OS）; HostOS：物理机里的系统（OS）；
1.对比Docker和虚拟机的隔离方式
虚拟机
虚拟机实现资源的隔离的方式是利用独立的Guest OS，以及利用Hypervisor虚拟化CPU、内存、IO等设备来实现的。
Docker
对于虚拟机实现资源和环境隔离的方案，Docker显然简单很多。Docker并没有和虚拟机一样利用一个独立的Guest OS执行环境的隔离，它利用的是目前当前Linux内核本身支持的容器方式，实现了资源和环境的隔离。
支撑docker的核心技术有三个：Namespace，Cgroup，UnionFS。Namespace提供了虚拟层面的隔离Namespace提供了虚拟层面的隔离，比如文件隔离，网络隔离等等。Cgroup提供了物理资源的隔离，比如CPU，内存，磁盘等等。UnionFS给docker镜像提供了技术支撑。
- 使容器看起来是隔离：namespace（命名空间）。每个命名空间中的应用看到的，都是不同的IP地址，用户空间，进程ID等。
- 使容器用起来是隔离的技术：cgroup（资源限制），即明明整台机器有很多的CPU，内存，但是一个应用智能使用其中的一部分。
- 除了封装，还有第三个技术：UnionFS, 提供了镜像的技术支撑。在封装好的那一刻，集装箱里那一刻的状态都被保存成一系列文件，无论在哪里运行这个镜像，都能完成的还原但是的情况。
2.整体对比docker和虚拟机
虚拟机
从下到上理解上图:
- 基础设施(Infrastructure)。它可以是你的个人电脑，数据中心的服务器，或者是云主机。
- 虚拟机管理系统(Hypervisor)。利用Hypervisor，可以在主操作系统之上运行多个不同的从操作系统。类型1的Hypervisor有支持MacOS的HyperKit，支持Windows的Hyper-V、Xen以及KVM。类型2的Hypervisor有VirtualBox和VMWare workstation。
- 客户机操作系统(Guest Operating System)。假设你需要运行3个相互隔离的应用，则需要使用Hypervisor启动3个客户机操作系统，也就是3个虚拟机。这些虚拟机都非常大，也许有700MB，这就意味着它们将占用2.1GB的磁盘空间。更糟糕的是，它们还会消耗很多CPU和内存。
- 各种依赖。每一个客户机操作系统都需要安装许多依赖。如果你的应用需要连接PostgreSQL的话，则需要安装ibpq-dev；如果你使用Ruby的话，应该需要安装gems；如果使用其他编程语言，比如Python或者Node.js，都会需要安装对应的依赖库。
- 应用。安装依赖之后，就可以在各个客户机操作系统分别运行应用了，这样各个应用就是相互隔离的。
docker
不难发现，相比于虚拟机，Docker要简洁很多。因为我们不需要运行一个臃肿的客户机操作系统了。
从下到上理解上图:
- 基础设施(Infrastructure)。
- 主操作系统(Host Operating System)。所有主流的Linux发行版都可以运行Docker。对于MacOS和Windows，也有一些办法”运行”Docker。
- Docker守护进程(Docker Daemon)。Docker守护进程取代了Hypervisor，它是运行在操作系统之上的后台进程，负责管理Docker容器。
- 各种依赖。对于Docker，应用的所有依赖都打包在Docker镜像中，Docker容器是基于Docker镜像创建的。
- 应用。应用的源代码与它的依赖都打包在Docker镜像中，不同的应用需要不同的Docker镜像。不同的应用运行在不同的Docker容器中，它们是相互隔离的。
3.docker和虚拟机优缺点对比
- Docker有着比虚拟机更少的抽象层。由于Docker不需要Hypervisor实现硬件资源的虚拟化，所以运行在Docker容器上的程序，直接使用的都是实际物理机的硬件资源。因此在cpu、内存、利用率上，Docker将会在效率上具有更大的优势。
- 此外，Docker直接利用虚拟机机的系统内核，避免了虚拟机启动时所需要的系统引导时间和操作系统运行的资源消耗，利用Docker能够在几秒钟之内启动大量的容器，是虚拟机无法办到的。（容器的启动时间是秒级的，大量节约开发、测试、部署的时间。）
- Docker能够高效地部署和扩容，Docker容器几乎可以在任意平台上运行，包括虚拟机、物理机、公有云、私有云、个人电脑、服务器等，这种兼容性和轻量性的特性可以轻松的实现负载的动态管理，你可以快速扩容或方便的下线你的应用和服务，这种速度趋近于实时
- Docker还具有更高的资源利用率，一台主机上可以运行数千个Docker容器，容器除了运行其应用之外，基本不消耗额外的系统资源，使得应用性能高，系统开销小。而传统的虚拟机方式则需要运行不同的应用，耗费大量的资源，
- docker还可以有更简单的管理使用，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
- 容器技术严格来说并不是虚拟化，没有客户机操作系统，是共享内核的，因为共享内核，容器隔离性也没有虚拟机那么好。
Docker守护进程可以直接与主操作系统进行通信，为各个Docker容器分配资源；它还可以将容器与主操作系统隔离，并将各个容器互相隔离。虚拟机启动需要数分钟，而Docker容器可以在数毫秒内启动。由于没有臃肿的操作系统，Docker可以节省大量的磁盘空间以及其他系统资源。
说了这么多Docker的优势，大家也没有必要完全否定虚拟机技术，因为两者有不同的使用场景。虚拟机更擅长于彻底隔离整个运行环境。例如，云服务提供商通常采用虚拟机技术隔离不同的用户。而Docker通常用于隔离不同的应用，例如前端，后端以及数据库。
举例子说明之间的关系
- 假设一下
服务器好比运输码头：拥有场地和各种设备（服务器硬件资源）
服务器虚拟化好比作码头上的仓库：拥有独立的空间堆放各种货物或集装箱(仓库之间完全独立，独立的应用系统和操作系统）
Docker比作集装箱：各种货物的打包(将各种应用程序和他们所依赖的运行环境打包成标准的容器,容器之间隔离) - docker
Docker有着小巧、迁移部署快速、运行高效等特点，但隔离性比服务器虚拟化差：不同的集装箱属于不同的运单（Docker上运行不同的应用实例），相互独立（隔离）。但由同一个库管人员管理（主机操作系统内核），因此通过库管人员可以看到所有集装箱的相关信息（因为共享操作系统内核，因此相关信息会共享）。 - 虚拟机
服务器虚拟化就好比在码头上（物理主机及虚拟化层），建立了多个独立的“小码头”—仓库（虚拟机）。其拥有完全独立（隔离）的空间，属于不同的客户（虚拟机所有者）。每个仓库有各自的库管人员（当前虚拟机的操作系统内核），无法管理其它仓库。不存在信息共享的情况。 - 总结
因此，我们需要根据不同的应用场景和需求采用不同的方式使用Docker技术或使用服务器虚拟化技术。例如一个典型的Docker应用场景是当主机上的Docker实例属于单一用户的情况下，在保证安全的同时可以充分发挥Docker的技术优势。对于隔离要求较高的环境如混合用户环境，就可以使用服务器虚拟化技术。
总结图
服务器虚拟化解决的核心问题是资源调配，而容器解决的核心问题是应用开发、测试和部署。
虚拟机技术通过Hypervisor层抽象底层基础设施资源，提供相互隔离的虚拟机，通过统一配置、统一管理，计算资源的可运维性，以及资源利用率都能够得到有效的提升。同时，虚拟机提供客户机操作系统，客户机变化不会影响宿主机，能够提供可控的测试环境，更能够屏蔽底层硬件甚至基础软件的差异性，让应用做到的广泛兼容。然而，再牛逼的虚拟化技术，都不可避免地出现计算、IO、网络性能损失，毕竟多了一层软件，毕竟要运行一个完整的客户机操作系统。
容器技术严格来说并不是虚拟化，没有客户机操作系统，是共享内核的。容器可以视为软件供应链的集装箱，能够把应用需要的运行环境、缓存环境、数据库环境等等封装起来，以最简洁的方式支持应用运行，轻装上阵，当然是性能更佳。Docker镜像特性则让这种方式简单易行。当然，因为共享内核，容器隔离性也没有虚拟机那么好。
但是，更重要的是，通过Docker的特性，以容器化封装为基础，企业就可以很好地实现云原生（向云而生的架构），包括大家听得耳朵都起茧子的微服务架构、DevOps，让开发团队可以从苦逼的运维工作中解脱，让应用快速上线、快速迭代。
虚拟机和容器被大家比较，主要是在于它们都提供隔离环境的相似性，但相似仅此而已，它们各有各的应用场景。
KVM是什么意思？
基于内核的虚拟机 Kernel-based Virtual Machine（KVM）是一种内建于 Linux® 中的开源虚拟化技术。具体而言，KVM 可帮助您将 Linux 转变为虚拟机监控程序，使主机计算机能够运行多个隔离的虚拟环境，即虚拟客户机或虚拟机（VM）。
HYPERVISOR是什么？
hypervisor：一种运行在物理服务器和操作系统之间的中间层软件，可以允许多个操作系统和应用共享一套基础物理硬件。可以将hypervisor看做是虚拟环境中的“元”操作系统，可以协调访问服务器上的所有物理设备和虚拟机，所以又称为虚拟机监视器（virtual machine monitor简称VMM）。hypervisor是所有虚拟化技术的核心，非中断的支持多工作负载迁移是hypervisor的基本功能。当服务器启动并执行hypervisor时，会给每一台虚拟机分配适量的内存，cpu，网络和磁盘资源，并且加载所有虚拟机的客户操作系统。
