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一、Docker概述

Docker是什么？我们看下官方是怎么定义的。

Docker 是一个开源的 应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个 可移植的镜像中，然后发布到任何流行的Linux或Windows 机器上，也可以实现 虚拟化。

下文会对这些关键词做讲解。

1.1 什么是容器？

容器技术是一种虚拟化的方案。容器虚拟化也就是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。Docker使用的容器技术依赖于Linux内核的Namespaces和Cgroups，这两个技术就是为了让操作系统资源被区隔成独立区间。

Docker能够将开发的应用程序自动部署到容器。

前面提到，Docker依赖的Linux内核特性：

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

NameSpace

为确保提供的是轻量级虚拟化服务，Docker使用了NameSpace。命名空间提供了系统资源的隔离，资源包括进程、网络、文件系统等。

在同一个Namespace下的进程可以感知彼此的变化，而对其他的Namespace一无所知。让容器置身于独立的系统环境中。

Namespace的种类 ：

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

Controller groups

是一种Linux提供用于限制，控制，管理资源的机制。

cgroups的功能：

• 资源限制：子系统可为进程组设置资源使用上限。
• 优先级设定：哪些进程组使用更多的资源。
• 资源计量：计算进程组都使用了多少的系统资源。
• 资源控制：能够将进程组挂起和恢复。

1.2 虚拟化技术

虚拟化技术就是一种计算机资源管理技术，将内存，网络，CPU等资源进行抽象，让硬件透明，目的是让用户合理地使用操作系统资源。

1.3 虚拟机与容器的区别

图片来源于Docker官网

相比于轻量级的容器，虚拟机会让原本只需要几十兆的应用却要动用几个G的庞然大物（操作系统）去支持。虚拟机需要模拟硬件的行为，会占用更多的资源。因为容器虚拟化了操作系统而不是硬件，导致便携性和效率更高。

1.4 Docker的目标

• 提供简单轻量的建模方式
  只需几分钟就能将容器docker化，启动非常快。同一台宿主机中可以运行好多容器，更加充分合理地利用资源。
• 职责的逻辑分离
  开发只关注容器中应用程序的运行，运维管理容器。通过保证开发唤醒与部署环境的一致性来实现的。
• 快速高效的开发声明周期
  缩短代码从开发，测试，部署的周期。在容器中开发，以容器的形式交付和分发，避免额外的调试部署的开销。
• 鼓励使用面向服务（微服务）的架构
  推荐单个容器只运行一个程序或进程，形成分布式的应用程序模型，利用单一任务，实现高内聚低耦合。

1.5 Docker的使用场景

1. 需要开发、测试、部署服务等环境一致。
2. 创建隔离的运行环境。
3. 搭建测试环境。
4. 构建多用户的平台即服务（PaaS）基础设施。
5. 提供软件即服务（SaaS）应用程序。
6. 高性能、超大规模的宿主机部署。

二、Docker的基本组成

首先从整体出发，观察docker的架构。

图片来源于网络

不难发现，docker由内到外是docker daemon（守护进程），docker client（客户端），container（容器），image（镜像），network（网络），data volumes（数据卷）。下面章节也会按照这些点进行各个突破。

Docker的基本组成有：

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

2.1 Docker Client 客户端 & Docker Daemon 守护进程

基于C/S架构，简单来说，就是Docker客户端向守护进程发送请求，守护进程处理后会返回结果。Docker的C/S架构在下一篇文章会详细介绍。

2.2 Docker Image镜像

镜像是容器的基石，容器基于镜像启动和运行。镜像保存的容器启动的各种条件。Docker Image是一个层叠的只读文件系统。

如上图所示，容器启动时，从下而上加载需要的镜像，镜像被依次移到内存中，最后，bootfs（引导文件系统）会被卸载。

在Docker中，rootfs（root文件系统）永远只读，利用联合加载技术，在root文件系统的基础上加载更多的只读文件系统。将这样的文件系统称之为镜像，对，没错，镜像就是一堆文件系统的集合。

注：联合加载技术是一次加载多个文件系统，但是在外面看来好像只有一个文件系统。最终将各层文件叠加到一起，最终的文件系统包含所有的底层文件和目录。

一个镜像可以放到另一个镜像的顶部，称为下一个镜像的父镜像。最底部的镜像称为基础镜像。