Docker入门

一、什么是虚拟化

顾名思义，虚拟化技术是将物理资源以某种技术虚拟成资源池的形式，主要有一虚多和多虚一两种形式，比如个人电脑安装Vmware软件，可以在这个软件上安装其他Win系统、MacOS、Linux系统等，实现一台电脑/笔记本承载多个系统的优点。

目前苹果笔记本用户双系统解决方案也以虚拟机为主，普通Windows用户可能需求量不大，而技术人员基本是必备软件了。

二、什么是容器

先来看看容器较为官方的解释：

一句话概括容器：容器就是将软件打包成标准化单元，以用于开发、交付和部署。

容器镜像是轻量的、可执行的独立软件包，包含软件运行所需的所有内容：代码、运行时环境、系统工具、系统库和设置。
容器化软件适用于基于Linux和Windows的应用，在任何环境中都能够始终如一地运行。
容器赋予了软件独立性，使其免受外在环境差异（例如，开发和预演环境的差异）的影响，从而有助于减少团队间在相同基础设施上运行不同软件时的冲突。

再来看看容器较为通俗的解释：

如果需要通俗的描述容器的话，我觉得容器就是一个存放东西的地方，就像书包可以装各种文具、衣柜可以放各种衣服、鞋架可以放各种鞋子一样。

当然，我们现在所说的容器存放的东西可能更偏向于应用比如网站、程序甚至是系统环境。

三、图解物理机、虚拟机与容器

物理机：

虚拟机：

容器：

通过上面这三张抽象图，我们大概可以通过类比概括出：容器虚拟化的是操作系统而不是硬件，容器之间是共享同一套操作系统资源的。

虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统。因此容器的隔离级别会稍低一些。

四、什么是Docker

专业化的解释：

Docker是世界领先的软件容器平台。
Docker使用Google公司推出的Go语言进行开发实现，基于Linux内核的cgroup，namespace，以及AUFS类的UnionFS等技术，对进程进行封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术。由于隔离的进程独立于宿主和其它的隔离的进程，因此也称其为容器。Docke最初实现是基于LXC（Linux容器）。
Docker能够自动执行重复性任务，例如搭建和配置开发环境，从而解放了开发人员以便他们专注在真正重要的事情上：构建杰出的软件。
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。

通俗一点的解释：

Docker的思想来自于集装箱，集装箱解决了什么问题？

在一艘大船上，可以把货物规整的摆放起来。并且各种各样的货物被集装箱标准化了，集装箱和集装箱之间不会互相影响。

那么我就不需要专门运送水果的船和专门运送化学品的船了。只要这些货物在集装箱里封装的好好的，那我就可以用一艘大船把他们都运走。

（这里专门运送XX的船，可以理解为是跑了一个虚拟机，专门运行XX应用。而把所有的封装在一个集装箱里，用一条船运送，想想是不是轻松了许多呢？）

docker就是类似的理念。现在都流行云计算了，云计算就好比大货轮。docker就是集装箱。

1.不同的应用程序可能会有不同的应用环境，比如.net开发的网站和php开发的网站依赖的软件就不一样，如果把他们依赖的软件都安装在一个服务器上就要调试很久，而且很麻烦，还会造成一些冲突。

比如IIS和Apache访问端口冲突。这个时候你就要隔离.net开发的网站和php开发的网站。

常规来讲，我们可以在服务器上创建不同的虚拟机在不同的虚拟机上放置不同的应用，但是虚拟机开销比较高。docker可以实现虚拟机隔离应用环境的功能，并且开销比虚拟机小，小就意味着省钱了。

2.你开发软件的时候用的是Ubuntu，但是运维管理的都是centos，运维在把你的软件从开发环境转移到生产环境的时候就会遇到一些Ubuntu转centos的问题，比如：有个特殊版本的数据库，只有Ubuntu支持，centos不支持，在转移的过程当中运维就得想办法解决这样的

问题。这时候要是有docker你就可以把开发环境直接封装转移给运维，运维直接部署你给他的docker就可以了。而且部署速度快。

3.在服务器负载方面，如果你单独开一个虚拟机，那么虚拟机会占用空闲内存的，docker部署的话，这些内存就会利用起来。

Java号称“一次编译，到处运行”，因为java虚拟机解决平台的兼容性问题，所以有java虚拟机的地方就能跑java代码；

Docker是：“一次封装，到处运行”，因为docker解决了应用环境的问题，安装了docker的平台就能跑“docker包”，这样就决绝了“开发环境能跑，一上线就崩”的尴尬。

五、Docker思想

我们先想一个相似的问题，为什么现在以阿里、京东一类的电商平台能够占据中国互联网的半壁江山？

传统的商业模式存在有两大弊端：

买卖双方相对分散，加大了需求收集、营销、运送的成本；
买卖双方信息不对称，对交易产生了一直作用。

电子商务的出现则是将商品从卖方到买方的流通过程变得集中化、标准化、透明化

集中化：买家足不出户就能从各个商户中集中购买商品，卖家根据买家需求集中配货，根据下单情况集中发货。

标准化：买家支付下单--卖家发货--快递包裹--物流运输--买家收货确认，整个流程都是标准化的。

透明化：买家可以在网上浏览商品评价、比较商品价格。买卖双方的信用登记也是完全透明的。

综上所诉，可以说电商平台带来的最大价值在于降低了商品的社会交易成本。

现在我们把商业发展的逻辑搬到软件交付这里。传统的软件交付面临同传统商业类似的问题：

软件发布分散化，使用者搜索和安装软件的成本较高。

当然我们有类似的yum、brew这样的工具来集中处理软件和安装软件的依赖问题。

但是，不要忘记开源软件已经占据越来越重要的位置，他们的发展速度和协作方式使传统的工具很难跟上节奏。

软件开发者和软件使用者双方信息不对称。尽管开发者对软件的代码编译、参数配置、运行环境等信息了如指掌。但使用者却很可能一知半解。

因此，我们会常看到使用者抱怨，明明按照用户手册一步步操作，却仍然跑不起来软件，几经辗转发现是机器环境、系统环境、软件依赖版本、参数配置等等原因导致。

这样抵消的软件流程将使持续集成于持续交付很难真正的实施起来，仅仅流于形式。

Docker的出现则将软件从开发方到使用方的交付过程变得集中化、标准化、透明化。

集中化：软件使用者可以从Docker仓库找到琳琅满目的软件镜像，一个镜像包含商业软件或开源软件，也可以包含单个软件或任意的软件组合。

标准化：Docker镜像的“构建—发布—存储—下载—运行”是标准化的，统一通过Docker工具来执行，而且所有操作都可以移植到任意的机器或平台。

透明化：Docker镜像是自包含的，包括程序、软件依赖、参数配置等所有运行环境，使用者无需了解细节，只需运行同样的Docker命令就能达到与开发者同样的运行状态。

综上所述，可以说Docker带来的最大价值在于降低了软件的交付成本。

docker的就在使用类似的想法。现在主要都是流行云计算，云计算就好比一艘货轮，docker就是其中的集装箱，主要目的就是用来搭送软件。

做为软件使用者，避免直接安装软件包，总是以Docker镜像形式获取软件、以Docker容器形式运行软件。
做为软件开发者，避免直接发布软件包，总是以Docker镜像形式发布到Docker仓库。

六、Docker容器的特点

轻量，在一台机器上运行的多个Docker容器可以共享这台机器的操作系统内核；它们能够迅速启动，只需占用很少的计算和内存资源。镜像是通过文件系统层进行构造的，并共享一些公共文件。这样就能尽量降低磁盘用量，并能更快地下载镜像。
标准，Docker容器基于开放式标准，能够在所有主流Linux版本、Microsoft Windows以及包括VM、裸机服务器和云在内的任何基础设施上运行。
安全，Docker赋予应用的隔离性不仅限于彼此隔离，还独立于底层的基础设施。Docker默认提供最强的隔离，因此应用出现问题，也只是单个容器的问题，而不会波及到整台机器。

七、为什么要用Docker

Docker的镜像提供了除内核外完整的运行时环境，确保了应用运行环境一致性，从而不会再出现“这段代码在我机器上没问题啊”这类问题；——一致的运行环境
可以做到秒级、甚至毫秒级的启动时间。大大的节约了开发、测试、部署的时间。——更快速的启动时间
避免公用的服务器，资源会容易受到其他用户的影响。——隔离性
善于处理集中爆发的服务器使用压力；——弹性伸缩，快速扩展
可以很轻易的将在一个平台上运行的应用，迁移到另一个平台上，而不用担心运行环境的变化导致应用无法正常运行的情况。——迁移方便
使用Docker可以通过定制应用镜像来实现持续集成、持续交付、部署。——持续交付和部署

八、Docker与虚拟机的区别

简单来说：容器和虚拟机具有相似的资源隔离和分配优势，但功能有所不同，因为容器虚拟化的是操作系统，而不是硬件，因此容器更容易移植，效率也更高。

两者对比图

传统虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统，在该系统上再运行所需应用进程；而容器内的应用进程直接运行于宿主的内核，容器内没有自己的内核，而且也没有进行硬件虚拟。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。

容器与虚拟机 (VM) 总结

容器是一个应用层抽象，用于将代码和依赖资源打包在一起。多个容器可以在同一台机器上运行，共享操作系统内核，但各自作为独立的进程在用户空间中运行。与虚拟机相比，容器占用的空间较少（容器镜像大小通常只有几十兆），瞬间就能完成启动。
虚拟机（VM）是一个物理硬件层抽象，用于将一台服务器变成多台服务器。管理程序允许多个VM在一台机器上运行。每个VM都包含一整套操作系统、一个或多个应用、必要的二进制文件和库资源，因此占用大量空间。而且VM启动也十分缓慢。

通过Docker官网，我们知道了这么多Docker的优势，但是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。

容器与虚拟机（VM）两者是可以共存的

就我而言，对于两者无所谓谁会取代谁，而是两者可以和谐共存。

九、Docker核心概念

Docker包括三个核心的概念：

镜像（Image）
容器（Container）
仓库（Repository）

镜像（Image）——一个特殊的文件系统

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。

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 镜像（Image）就是一个只读的模板。例如：一个镜像可以包含一个完整的操作系统环境，里面仅安装了 Apache 或用户需要的其它应用程序。

镜像可以用来创建 Docker 容器，一个镜像可以创建很多容器。Docker 提供了一个很简单的机制来创建镜像或者更新现有的镜像，用户甚至可以直接从其他人那里下载一个已经做好的镜像来直接使用。

镜像（Image）就是一堆只读层（read-only layer）的统一视角，也许这个定义有些难以理解，看看下面这张图：

右边我们看到了多个只读层，它们重叠在一起。除了最下面一层，其它层都会有一个指针指向下一层。这些层是Docker内部的实现细节，并且能够在docker宿主机的文件系统上访问到。

统一文件系统（Union File System）技术能够将不同的层整合成一个文件系统，为这些层提供了一个统一的视角，这样就隐藏了多层的存在，在用户的角度看来，只存在一个文件系统。

镜像构建时，会一层层构建，前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变，后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如，删除前一层文件的操作，实际不是真的删除前一层的文件，而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候，虽然不会看到这个文件，但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此，在构建镜像的时候，需要额外小心，每一层尽量只包含该层需要添加的东西，任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。

分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层，然后进一步添加新的层，以定制自己所需的内容，构建新的镜像。

容器（Container）——镜像运行时的实体

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。前面讲过镜像使用的是分层存储，容器也是如此。

可以把容器看做是一个简易版的 Linux 环境（包括root用户权限、进程空间、用户空间和网络空间等）和运行在其中的应用程序。

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。

容器的定义和镜像几乎一模一样，也是一堆层的统一视角，唯一区别在于容器的最上面那一层是可读可写的。

一个运行态容器被定义为一个可读写的统一文件系统加上隔离的进程空间和包含其中的进程。下面这张图片展示了一个运行中的容器。

container running

正是文件系统隔离技术使得Docker成为了一个非常有潜力的虚拟化技术。一个容器中的进程可能会对文件进行修改、删除、创建，这些改变都将作用于可读写层。

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，容器可以随意删除、重新run，数据却不会丢失。