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可能是把Docker的概念講的最清楚的一篇文章

來自:Java面試通關手冊(微信號:Java_Guide)

本文只是對Docker的概念做了較為詳細的介紹,並不涉及一些像Docker環境的安裝以及Docker的一些常見操作和命令。
Docker是世界領先的軟體容器平臺,所以想要搞懂Docker的概念我們必須先從容器開始說起。


先從認識容器開始

什麼是容器?
先來看看容器較為官方的解釋:
一句話概括容器:容器就是將軟體打包成標準化單元,以用於開發、交付和部署。
  • 容器鏡像是輕量的、可執行的獨立軟體包 ,包含軟體運行所需的所有內容:代碼、運行時環境、系統工具、系統庫和設置。

  • 容器化軟體適用於基於Linux和Windows的應用,在任何環境中都能夠始終如一地運行。

  • 容器賦予了軟體獨立性,使其免受外在環境差異(例如,開發和預演環境的差異)的影響,從而有助於減少團隊間在相同基礎設施上運行不同軟體時的衝突。

再來看看容器較為通俗的解釋:
如果需要通俗的描述容器的話,我覺得容器就是一個存放東西的地方,就像書包可以裝各種文具、衣櫃可以放各種衣服、鞋架可以放各種鞋子一樣。我們現在所說的容器存放的東西可能更偏向於應用比如網站、程式甚至是系統環境。

圖解物理機、虛擬機與容器
關於虛擬機與容器的對比在後面會詳細介紹到,這裡只是通過網上的圖片加深大家對於物理機、虛擬機與容器這三者的理解。
物理機:

虛擬機:

容器:

通過上面這三張抽象圖,我們大概可以通過類比概括出: 容器虛擬化的是操作系統而不是硬體,容器之間是共享同一套操作系統資源的。虛擬機技術是虛擬出一套硬體後,在其上運行一個完整操作系統。因此容器的隔離級別會稍低一些。
相信通過上面的解釋大家對於容器這個既陌生又熟悉的概念有了一個初步的認識,下麵我們就來談談Docker的一些概念。
談談Docker的一些概念

什麼是Docker
說實話關於Docker是什麼並太好說,下麵我通過四點向你說明Docker到底是個什麼東西。
  • Docker是世界領先的軟體容器平臺。

  • Docker使用Google公司推出的Go語言進行開發實現,基於Linux內核的cgroup,namespace,以及AUFS類的UnionFS等技術,對行程進行封裝隔離,屬於操作系統層面的虛擬化技術。 由於隔離的行程獨立於宿主和其它的隔離的行程,因此也稱其為容器。Docke最初實現是基於LXC。

  • Docker能夠自動執行重覆性任務,例如搭建和配置開發環境,從而解放了開發人員以便他們專註在真正重要的事情上:構建傑出的軟體。

  • 用戶可以方便地創建和使用容器,把自己的應用放入容器。容器還可以進行版本管理、複製、分享、修改,就像管理普通的代碼一樣。

Docker思想
  • 集裝箱

  • 標準化: ①運輸方式、②儲存方式、 ③API接口

  • 隔離

Docker容器的特點
  • 輕量,在一臺機器上運行的多個Docker容器可以共享這台機器的操作系統內核;它們能夠迅速啟動,只需占用很少的計算和記憶體資源。鏡像是通過檔案系統層進行構造的,並共享一些公共檔案。這樣就能儘量降低磁盤用量,並能更快地下載鏡像。

  • 標準,Docker容器基於開放式標準,能夠在所有主流Linux版本、Microsoft Windows以及包括VM、裸機服務器和雲在內的任何基礎設施上運行。

  • 安全,Docker賦予應用的隔離性不僅限於彼此隔離,還獨立於底層的基礎設施。Docker預設提供最強的隔離,因此應用出現問題,也只是單個容器的問題,而不會波及到整台機器。

為什麼要用Docker
  • Docker的鏡像提供了除內核外完整的運行時環境,確保了應用運行環境一致性,從而不會再出現“這段代碼在我機器上沒問題啊”這類問題;——一致的運行環境

  • 可以做到秒級、甚至毫秒級的啟動時間。大大的節約了開發、測試、部署的時間。——更快速的啟動時間

  • 避免公用的服務器,資源會容易受到其他用戶的影響。——隔離性

  • 善於處理集中爆發的服務器使用壓力;——彈性伸縮,快速擴展

  • 可以很輕易的將在一個平臺上運行的應用,遷移到另一個平臺上,而不用擔心運行環境的變化導致應用無法正常運行的情況。——遷移方便

  • 使用Docker可以通過定製應用鏡像來實現持續集成、持續交付、部署。——持續交付和部署

每當說起容器,我們不得不將其與虛擬機做一個比較。


容器 VS 虛擬機

簡單來說: 容器和虛擬機具有相似的資源隔離和分配優勢,但功能有所不同,因為容器虛擬化的是操作系統,而不是硬體,因此容器更容易移植,效率也更高。
兩者對比圖
傳統虛擬機技術是虛擬出一套硬體後,在其上運行一個完整操作系統,在該系統上再運行所需應用行程;而容器內的應用行程直接運行於宿主的內核,容器內沒有自己的內核,而且也沒有進行硬體虛擬。因此容器要比傳統虛擬機更為輕便。

容器與虛擬機 (VM) 總結

  • 容器是一個應用層抽象,用於將代碼和依賴資源打包在一起。 多個容器可以在同一臺機器上運行,共享操作系統內核,但各自作為獨立的行程在用戶空間中運行 。與虛擬機相比, 容器占用的空間較少(容器鏡像大小通常只有幾十兆),瞬間就能完成啟動 。

  • 虛擬機(VM)是一個物理硬體層抽象,用於將一臺服務器變成多台服務器。 管理程式允許多個VM在一臺機器上運行。每個VM都包含一整套操作系統、一個或多個應用、必要的二進制檔案和庫資源,因此占用大量空間。而且VM啟動也十分緩慢 。

通過Docker官網,我們知道了這麼多Docker的優勢,但是大家也沒有必要完全否定虛擬機技術,因為兩者有不同的使用場景。虛擬機更擅長於徹底隔離整個運行環境。例如,雲服務提供商通常採用虛擬機技術隔離不同的用戶。而Docker通常用於隔離不同的應用 ,例如前端,後端以及資料庫。
容器與虛擬機(VM)兩者是可以共存的
就我而言,對於兩者無所謂誰會取代誰,而是兩者可以和諧共存。

Docker中非常重要的三個基本概念,理解了這三個概念,就理解了 Docker 的整個生命周期。

Docker基本概念

Docker包括三個基本概念:
  • 鏡像(Image)

  • 容器(Container)

  • 倉庫(Repository)

鏡像(Image)——一個特殊的檔案系統
操作系統分為內核和用戶空間。對於Linux而言,內核啟動後,會掛載root檔案系統為其提供用戶空間支持。而Docker鏡像(Image),就相當於是一個root檔案系統。
Docker鏡像是一個特殊的檔案系統,除了提供容器運行時所需的程式、庫、資源、配置等檔案外,還包含了一些為運行時準備的一些配置引數(如匿名捲、環境變數、用戶等)。 鏡像不包含任何動態資料,其內容在構建之後也不會被改變。
Docker設計時,就充分利用Union FS的技術,將其設計為分層儲存的架構。 鏡像實際是由多層檔案系統聯合組成。
鏡像構建時,會一層層構建,前一層是後一層的基礎。每一層構建完就不會再發生改變,後一層上的任何改變只發生在自己這一層。比如,刪除前一層檔案的操作,實際不是真的刪除前一層的檔案,而是僅在當前層標記為該檔案已刪除。在最終容器運行的時候,雖然不會看到這個檔案,但是實際上該檔案會一直跟隨鏡像。因此,在構建鏡像的時候,需要額外小心,每一層儘量只包含該層需要添加的東西,任何額外的東西應該在該層構建結束前清理掉。
分層儲存的特征還使得鏡像的復用、定製變的更為容易。甚至可以用之前構建好的鏡像作為基礎層,然後進一步添加新的層,以定製自己所需的內容,構建新的鏡像。
容器(Container)——鏡像運行時的物體
鏡像(Image)和容器(Container)的關係,就像是面向物件程式設計中的類和實體一樣,鏡像是靜態的定義,容器是鏡像運行時的物體。容器可以被創建、啟動、停止、刪除、暫停等 。
容器的實質是行程,但與直接在宿主執行的行程不同,容器行程運行於屬於自己的獨立的命名空間。前面講過鏡像使用的是分層儲存,容器也是如此。
容器儲存層的生存周期和容器一樣,容器消亡時,容器儲存層也隨之消亡。因此,任何儲存於容器儲存層的信息都會隨容器刪除而丟失。
按照Docker最佳實踐的要求,容器不應該向其儲存層內寫入任何資料 ,容器儲存層要保持無狀態化。所有的檔案寫入操作,都應該使用資料捲(Volume)、或者系結宿主目錄,在這些位置的讀寫會跳過容器儲存層,直接對宿主(或網絡儲存)發生讀寫,其性能和穩定性更高。資料捲的生存周期獨立於容器,容器消亡,資料捲不會消亡。因此, 使用資料捲後,容器可以隨意刪除、重新run,資料卻不會丟失。
倉庫(Repository)——集中存放鏡像檔案的地方
鏡像構建完成後,可以很容易的在當前宿主上運行,但是, 如果需要在其它服務器上使用這個鏡像,我們就需要一個集中的儲存、分發鏡像的服務,Docker Registry就是這樣的服務。
一個Docker Registry中可以包含多個倉庫(Repository);每個倉庫可以包含多個標簽(Tag);每個標簽對應一個鏡像。所以說:鏡像倉庫是Docker用來集中存放鏡像檔案的地方類似於我們之前常用的代碼倉庫。
通常,一個倉庫會包含同一個軟體不同版本的鏡像,而標簽就常用於對應該軟體的各個版本 。我們可以通過:的格式來指定具體是這個軟體哪個版本的鏡像。如果不給出標簽,將以latest作為預設標簽。
這裡補充一下Docker Registry公開服務和私有Docker Registry的概念:
Docker Registry公開服務是開放給用戶使用、允許用戶管理鏡像的Registry服務。一般這類公開服務允許用戶免費上傳、下載公開的鏡像,並可能提供收費服務供用戶管理私有鏡像。
最常使用的Registry公開服務是官方的Docker Hub ,這也是預設的Registry,並擁有大量的高質量的官方鏡像,網址為:hub.docker.com/ 。在國內訪問Docker Hub可能會比較慢國內也有一些雲服務商提供類似於Docker Hub的公開服務。
除了使用公開服務外,用戶還可以在本地搭建私有Docker Registry 。Docker官方提供了Docker Registry鏡像,可以直接使用做為私有Registry服務。開源的Docker Registry鏡像只提供了Docker Registry API的服務端實現,足以支持Docker命令,不影響使用。但不包含圖形界面,以及鏡像維護、用戶管理、訪問控制等高級功能。


最後談談:Build,Ship,and Run

如果你搜索Docker官網,會發現如下的字樣:“Docker – Build, Ship, and Run Any App, Anywhere”。那麼Build,Ship,and Run到底是在乾什麼呢?

  • Build(構建鏡像):鏡像就像是集裝箱包括檔案以及運行環境等等資源。

  • Ship(運輸鏡像):主機和倉庫間運輸,這裡的倉庫就像是超級碼頭一樣。

  • Run (運行鏡像):運行的鏡像就是一個容器,容器就是運行程式的地方。

Docker運行過程也就是去倉庫把鏡像拉到本地,然後用一條命令把鏡像運行起來變成容器。所以,我們也常常將Docker稱為碼頭工人或碼頭裝卸工,這和Docker的中文翻譯搬運工人如出一轍。


總結

本文主要把Docker中的一些常見概念做了詳細的闡述,但是並不涉及Docker的安裝、鏡像的使用、容器的操作等內容。這部分東西,希望讀者自己可以通過閱讀書籍與官方文件的形式掌握。如果覺得官方文件閱讀起來很費力的話,這裡推薦一本書籍《Docker技術入門與實戰第二版》。


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