Docker基本概念和框架的示例分析

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)Docker基本概念和框架的示例分析，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

一、Docker簡(jiǎn)介

什么是容器 ？

• 一種虛擬化的方案

• 操作系統(tǒng)級(jí)別的虛擬化

• 只能運(yùn)行相同或相似的內(nèi)核操作系統(tǒng)

• 依賴于Linux內(nèi)核特性：Namespace和Cgroups（Control Group）

容器技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn) ？

從圖中我們很容器看出，容器技術(shù)資源占用比較少，由于虛擬機(jī)需要模擬硬件的行為，對(duì)CUP和內(nèi)存的損耗比較大。所以同樣配置的服務(wù)器，容器技術(shù)就有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 資源占用比較少

• CPU/內(nèi)存消耗低

那既然容器有這些優(yōu)點(diǎn)，為什么直到Docker的出現(xiàn)，才真正的被關(guān)注呢？一個(gè)重要原因就是容器技術(shù)的復(fù)雜性。容器本身就很復(fù)雜，他依賴于Linux內(nèi)核的很多特性，而且他不易安裝，也不易于管理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。而Docker就是為了改變這一切而產(chǎn)生的。

什么是Docker ？

• 將應(yīng)用自動(dòng)部署到容器的開源引擎

• Go語言實(shí)現(xiàn)的開源項(xiàng)目，誕生于2013年初，最初發(fā)起者是dotCloud公司

Docker的特點(diǎn)

• 提供簡(jiǎn)單輕量的建模方式：簡(jiǎn)單，Docker非常容器上手，用戶只需要幾分鐘，就能把自己的項(xiàng)目Docker化。

• 職責(zé)的邏輯分離：使用Docker，開發(fā)人員只需要關(guān)心容器中運(yùn)行的程序，運(yùn)維人員只需要關(guān)心如何管理容器；Docker設(shè)計(jì)的目的就是加強(qiáng)開發(fā)人員寫代碼的環(huán)境與應(yīng)用程序要部署的生成環(huán)境的一致性。

• 快速高效的開發(fā)生命周期：Docker的目標(biāo)之一是縮短代碼開發(fā)到測(cè)試到部署上線的運(yùn)行周期，讓應(yīng)用程序具備可移植性，在容器中開發(fā)，以容器的形式交付和分發(fā)，這樣開發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)，都使用相同的環(huán)境，這樣也就避免了額外的調(diào)試和部署上的開銷，這樣就能有效的縮短產(chǎn)品的上線周期。

• 鼓勵(lì)使用面向服務(wù)的架構(gòu)：Docker推薦單個(gè)容器只運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用程序或者進(jìn)程，這樣就形成了一個(gè)分布式的應(yīng)用程序模型，在這種模式下應(yīng)用程序或服務(wù)都可以表述為一系列內(nèi)部互聯(lián)的容器，從而使分布式部署應(yīng)用程序擴(kuò)展或調(diào)試都變得非常簡(jiǎn)單。這就像我們開發(fā)中常用的思想；高內(nèi)聚，低耦合，單一任務(wù)。這樣就能避免在同一服務(wù)器上部署不同服務(wù)時(shí)，可能帶來的服務(wù)之間相互影響。這樣服務(wù)運(yùn)行中出現(xiàn)問題時(shí)，也比較容易定位問題的所在。

Docker的使用場(chǎng)景

• 1. 使用Docker容器開發(fā)、測(cè)試、部署服務(wù)：因?yàn)镈ocker本身非常輕量化，所以本地開發(fā)人員可以構(gòu)建、運(yùn)行并分享Docker容器。容器可以在開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建，然后再提交到測(cè)試，最終進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)境。

• 2. 創(chuàng)建隔離的運(yùn)行環(huán)境：在很多企業(yè)應(yīng)用中，同一服務(wù)的不同版本可能服務(wù)于不同的用戶，那么使用Docker非常容易創(chuàng)建不同的生成環(huán)境來運(yùn)行不同的服務(wù)。

• 3. 搭建測(cè)試環(huán)境：由于Docker的輕量化，所以開發(fā)者很容易利用Docker在本地搭建測(cè)試環(huán)境，用來測(cè)試程序在不用系統(tǒng)下的兼容性；甚至搭建集群的部署測(cè)試。

• 4. 構(gòu)建多用戶的平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）基礎(chǔ)設(shè)施。

• 5. 提供軟件即服務(wù)（SaaS）應(yīng)用程序。

• 6. 高性能、超大規(guī)模的宿主機(jī)部署。

二、Docker的基本組成

Docker 包含了一下幾個(gè)重要主要部分：

• Docker Client 客戶端

• Docker Daemon 守護(hù)進(jìn)程

• Docker Image 鏡像

• Docker Container 容器

• Docker Registry 倉庫

Docker 客戶端 / 守護(hù)進(jìn)程

• Docker是C/S架構(gòu)的程序：Docker客戶端向Docker服務(wù)器端，也就是Docker的守護(hù)進(jìn)程發(fā)出請(qǐng)求，守護(hù)進(jìn)程處理完所有的請(qǐng)求工作并返回結(jié)果。

• Docker 客戶端對(duì)服務(wù)器端的訪問既可以是本地也可以通過遠(yuǎn)程來訪問。

Docker Image 鏡像

• 鏡像是Docker容器的基石，容器基于鏡像啟動(dòng)和運(yùn)行。鏡像就好比容器的源代碼，保存了用于啟動(dòng)容器的各種條件。

• Docker鏡像是一個(gè)層疊的只讀文件系統(tǒng)。

• Docker鏡像使用聯(lián)合加載技術(shù)

docker的鏡像是一個(gè)層疊的只讀文件系統(tǒng)，最低端是一個(gè)引導(dǎo)文件系統(tǒng)（即bootfs），第二層是root文件系統(tǒng)（即rootfs），它位于bootfs之上，可以是一種或多種操作系統(tǒng)，比如ubuntu或者centos。在docker中，root文件系統(tǒng)永遠(yuǎn)只能是只讀狀態(tài)，并且docker運(yùn)用聯(lián)合加載技術(shù)又會(huì)在root文件系統(tǒng)之上加載更多的只讀文件系統(tǒng)，聯(lián)合加載指的是一次加載多個(gè)文件系統(tǒng)，但是在外面看起來只能看到一個(gè)文件系統(tǒng)，聯(lián)合加載會(huì)將各層文件系統(tǒng)疊加到一起，這樣最終的文件系統(tǒng)會(huì)包含所有的底層文件和目錄，docker將這樣的文件系統(tǒng)稱為鏡像。 

Docker Container 容器

• 容器通過鏡像來啟動(dòng)，Docker的容器是Docker的執(zhí)行來源，容器中可以運(yùn)行客戶的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，如果說鏡像是Docker聲明周期中的構(gòu)建和打包階段，那么容器則是啟動(dòng)和執(zhí)行階段。

當(dāng)一個(gè)容器啟動(dòng)時(shí)，docker會(huì)在該鏡像的最頂層加載一個(gè)讀寫文件系統(tǒng)，也就是一個(gè)可寫的文件層，我們?cè)赿ocker運(yùn)行的程序，就是在這個(gè)層中進(jìn)行執(zhí)行的，當(dāng)docker第一次啟動(dòng)一個(gè)容器時(shí)，初始的讀寫層是空的，當(dāng)文件系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，這些變化都會(huì)應(yīng)用到這一層上，比如像修改一個(gè)文件，該文件首先會(huì)從讀寫層下面的只讀層復(fù)制到該讀寫層，該文件的只讀版本依然存在，但是已經(jīng)被讀寫層中的該文件副本所隱藏，這就是docker的一個(gè)重要技術(shù)：寫時(shí)復(fù)制（copy on write)。每個(gè)只讀鏡像層都是只讀的，永遠(yuǎn)不會(huì)變化，當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新容器時(shí)，docker會(huì)構(gòu)建出一個(gè)鏡像棧，如下圖所示： 

Docker Registry 倉庫

• docker用倉庫來保存用戶構(gòu)建的鏡像，倉庫分為公有和私有兩種,Docker公司提供了一個(gè)公有的倉庫Docker Hub。

三、Docker 依賴的 Linux內(nèi)核特性

Docker依賴于Linux內(nèi)核的兩個(gè)重要特性：

• Namespaces 命名空間

• Control groups (cgroups) 控制組

Namespaces 命名空間

很多編程語言都包含了“命名空間”的概念，我們可以認(rèn)為“命名空間”是一種“封裝”的概念， 而“封裝”本身實(shí)際上實(shí)現(xiàn)的是代碼的隔離。而在操作系統(tǒng)中，命名空間提供的是系統(tǒng)資源的隔離，而系統(tǒng)資源包括了進(jìn)程、網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)等。

我們從Docker公開的文檔來看，它使用了5種命名空間：

• PID（Process ID） 進(jìn)程隔離

• NET（Network）管理網(wǎng)絡(luò)接口

• IPC（InterProcess Communication）管理跨進(jìn)程通信的訪問

• MNT（Mount）管理掛載點(diǎn)

• UTS（Unix Timesharing System） 隔離內(nèi)核和版本標(biāo)識(shí)

那么，這些隔離的資源，是如何被管理起來的呢？這就需要用到——Control groups(cgroup)控制組了。

Control groups (cgroups) 控制組

Control groups是Linux內(nèi)核提供的，一種可以限制、記錄、隔離進(jìn)程組所使用的物理資源的機(jī)制。 最初是由google工程師提出，并且在2007年時(shí)被Linux的內(nèi)核的2.6.24版本引進(jìn)?？梢哉f，Control groups就是為容器而生的，沒有Control groups就沒有容器技術(shù)的今天。

Control groups提供了以下功能：

• 資源限制：例如，memory(內(nèi)存)子系統(tǒng)可以為進(jìn)程組設(shè)定一個(gè)內(nèi)存使用的上限，一旦進(jìn)程組使用的內(nèi)存達(dá)到了限額，該進(jìn)程組再發(fā)出內(nèi)存申請(qǐng)時(shí)，就會(huì)發(fā)出“out of memory”(內(nèi)存溢出)的警告。

• 優(yōu)先級(jí)設(shè)定：它可以設(shè)定哪些進(jìn)程組可以使用更大的CPU或者磁盤IO的資源。

• 資源計(jì)量：它可以計(jì)算進(jìn)程組使用了多少系統(tǒng)資源。尤其是在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，這一點(diǎn)十分重要。

• 資源控制：它可以將進(jìn)程組掛起或恢復(fù)。

Namespace 和 cgroup帶給Docker的能力

到這里我們了解了Namespace和CGroup的概念和職能，而這兩個(gè)特性帶給了Docker哪些能力呢？如下：

• 文件系統(tǒng)隔離：首先是文件系統(tǒng)的隔離，每個(gè)Docker的容器，都可以擁有自己的root文件系統(tǒng)。

• 進(jìn)程隔離：每個(gè)容器都運(yùn)行在自己的進(jìn)程環(huán)境中。

• 網(wǎng)絡(luò)隔離：容器間的虛擬網(wǎng)絡(luò)接口和IP地址都是分開的。

• 資源的隔離和分組：使用cgroups將cpu和內(nèi)存之類的資源獨(dú)立分配給每個(gè)Docker容器。

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