Docker 是什么 - 技术栈

什么是云原生

云原生（Cloud-Native）是一种软件开发和部署方法论，旨在利用云计算、容器化、微服务架构和持续交付等现代技术和最佳实践，以构建、部署和运行可伸缩、高可用、弹性和易于管理的应用程序。云原生应用程序旨在充分发挥云计算的潜力，以更好地满足快速发展的数字业务需求。

以下是云原生的关键特点和概念：

容器化：云原生应用程序通常使用容器技术（如Docker）进行封装，使应用程序及其依赖项可以在不同环境中一致运行。容器化提供了隔离、可重复部署和快速部署的好处。
微服务架构：云原生应用程序使用微服务架构，将应用程序拆分为小的、独立的服务，每个服务负责特定功能。这种方式提高了可伸缩性和灵活性，并使不同服务可以独立开发、部署和维护。
自动化和自动扩展：云原生应用程序通常具备自动化运维特性，包括自动部署、监控、故障恢复和自动扩展。这样可以确保应用程序在高负载时具有高可用性。
持续交付：云原生应用程序使用持续集成和持续交付（CI/CD）管道来自动构建、测试和部署新代码。这使得快速交付新功能和修复变得更加容易。
弹性和可伸缩性：云原生应用程序设计成具有弹性，可以根据负载需求进行动态扩展或缩减。云原生技术使应用程序能够更好地应对流量波动。
云基础设施：云原生应用程序通常部署在云基础设施上，利用云服务（如计算、存储、数据库等）来实现弹性和可用性。
开源技术：云原生技术通常依赖于众多开源项目，如Kubernetes、Docker、Prometheus、Envoy等，这些项目提供了构建云原生应用所需的工具和平台。

什么是云计算架构

云计算架构（Cloud Computing Architecture）是指用于构建和实现云计算服务的系统架构和模型。它包括了一系列组件、模块、服务以及它们之间的关系，以满足云计算提供的基础设施、平台和软件服务的需求。云计算架构的目标是提供可伸缩、高可用、安全、弹性和可管理的云服务，以满足各种不同类型的应用和用户需求。

云计算架构通常包括以下主要组件和层次：

物理层：这一层包括数据中心、服务器、网络设备等硬件基础设施，它们提供了计算、存储和网络资源。物理层通常由云服务提供商管理和维护。
虚拟化层：虚拟化技术允许将物理资源划分成虚拟资源，以便多个租户或应用程序共享硬件资源。这包括虚拟机（VM）、容器、虚拟网络和虚拟存储。
资源管理和自动化：这一层包括资源分配、负载均衡、自动伸缩、故障恢复和自动化操作。资源管理和自动化层确保资源有效利用和高可用性。
云服务层：云服务层包括各种云服务，如基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。这些服务为应用程序提供所需的计算、存储、数据库、开发工具、分析等功能。
应用程序层：这是云计算的最顶层，包括用户应用程序、Web应用程序、移动应用程序等。这些应用程序在云服务层上构建，可以是企业应用、社交媒体、电子商务等各种类型。
网络和安全：云计算架构需要有效的网络连接，以便数据流动和访问云服务。安全也是至关重要的，包括身份认证、访问控制、加密、威胁检测和合规性管理。
监控和管理：监控和管理层提供了对云环境的实时监控、性能管理、故障检测和问题解决的工具。这有助于维护和优化云服务。

云计算架构是一个多层次的系统，旨在提供可伸缩、高可用、安全、灵活和经济高效的计算和服务。这种架构的设计和实施取决于具体的云计算解决方案和服务提供商。不同的云计算架构可能有不同的组件和特点，以满足不同的业务需求和使用情景。

什么是Kubernetes

Kubernetes（简称K8s，以数字8代替大写字母K后边的8个字母）正是面对构建、开通基于云计算架构的服务与应用的复杂性及挑战应运而生的。从简单容器编排、指挥协调工具开始，逐渐发展成全球目前最为普遍使用的构建原生云计算环境的开源平台架构与生态系统。Kubernetes起源于以希腊语κυβερνήτης（原义为舵手）为项目代号的Google开源项目，其早期深受构建Google自身内部云计算架构的Borg项目的影响。Kubernetes的第一个正式版本（Kubernetes v1.0）于2015年7月推出，在全球由Linux基金会下属的云原生计算基金（Cloud Native Computing Foundation，CNCF）负责维护与升级。通常每个季度会推出一个新的版本，而每个版本的有效期一般小于14个月。Kubernetes的受众不仅是架构师，它也是运营、维护团队成员和基于云平台的各类知识工作者的最佳效率工具之一。

什么是Paas

PaaS（Platform as a Service）是云计算服务模型之一，它为开发人员提供了一个完整的应用程序开发和部署平台。PaaS提供了一个托管环境，使开发人员能够构建、测试、部署和管理应用程序，而无需关心底层的基础设施和服务器管理。PaaS的目标是加速应用程序开发和部署，提高开发团队的生产力。

以下是PaaS的主要特点和优势：

应用程序开发和部署：PaaS平台提供了一个开发环境，其中包括编程语言、开发工具、库和框架。开发人员可以使用这些工具来编写、测试和部署应用程序。
自动化和管理：PaaS提供自动化的管理功能，包括应用程序托管、数据库管理、负载均衡和自动伸缩。这些功能减轻了开发人员对基础设施管理的负担。
多租户支持：PaaS平台支持多租户模型，允许多个用户或团队共享相同的开发和运行环境，同时进行隔离和安全性控制。
弹性和可伸缩性：PaaS平台通常具有弹性和可伸缩性功能，可以根据应用程序的负载需求自动扩展或缩减资源。
集成和生态系统：PaaS平台通常包括集成的开发工具、第三方服务和API，以支持应用程序开发和连接到其他云服务。
付费模型：PaaS通常采用按使用量付费的模型，这意味着开发人员只支付他们实际使用的资源，而不需要预先购买和维护硬件设备。
快速开发和迭代：PaaS可以加速应用程序的开发周期，支持快速迭代和持续交付，有助于开发人员更快地推出新功能和修复bug。

一些知名的PaaS提供商包括Heroku、Google App Engine、Microsoft Azure App Service、AWS Elastic Beanstalk等。

总的来说，PaaS是一个强大的云计算服务模型，适用于开发人员和团队，帮助他们更快速、更高效地构建和部署应用程序，同时减轻了底层基础设施管理的负担。这使得PaaS成为云计算领域的重要组成部分，用于支持现代应用程序的开发和交付。

Paas 和 Docker的区别

PaaS（Platform as a Service）和Docker是两种不同的云计算和容器化技术，它们有一些相似之处，但也有重要的区别：

抽象级别:
- PaaS：PaaS提供了一个高度抽象的应用程序开发和部署平台，开发人员可以在平台上构建、测试和部署应用程序，而不必关心底层的操作系统和基础设施。
- Docker：Docker提供了容器化技术，允许开发人员将应用程序及其依赖项打包到容器中，并在不同环境中一致运行。Docker提供了更低层次的抽象，允许更多的控制和配置。
环境和依赖项:
- PaaS：PaaS通常提供了一整套开发环境、运行时和支持库，开发人员使用这些环境构建应用程序。依赖项通常由PaaS提供商管理。
- Docker：Docker容器允许开发人员打包应用程序及其依赖项，使应用程序在不同环境中具有一致性，无论是开发、测试还是生产环境。
灵活性:
- PaaS：PaaS平台通常提供了一种特定编程语言、框架或技术的开发环境，因此对于某些特定的需求可能不够灵活。
- Docker：Docker容器提供了更大的灵活性，可以容纳几乎任何编程语言、应用程序和服务，而不受限制于特定的编程模型。
资源控制:
- PaaS：PaaS通常提供了资源自动伸缩和管理，但在底层资源控制方面可能有限。
- Docker：Docker容器允许更精细的资源控制和配置，可以更好地满足应用程序的性能需求。
移植性:
- PaaS：PaaS平台通常依赖于特定的提供商和云环境，可能在不同的PaaS提供商之间不够可移植。
- Docker：Docker容器是可移植的，可以在不同的云提供商和环境中运行。

综上所述，PaaS是一个高度抽象的应用程序开发和部署平台，适用于开发人员，但可能对于需要更多灵活性和控制的情况不够理想。Docker提供了更低层次的容器化技术，允许更多的控制和可移植性，适用于需要更多自定义配置的场景。在实际应用中，PaaS和Docker可以相互结合使用，以满足不同的需求。

Docker 本质之一：Namespace

Linux Namespace 技术是 Linux 内核的一个功能，用于提供一种资源隔离和隔离的机制。它允许在一个 Linux 系统上创建多个隔离的执行环境，每个环境都具有自己独立的视图和访问权限，这有助于实现进程、文件系统、网络、用户等资源的隔离。Linux Namespace 技术是容器化技术（如 Docker）的基础，它使容器能够在相对隔离的环境中运行，同时共享底层的操作系统内核。

以下是一些常见的 Linux Namespace 类型：

PID Namespace：允许在不同的进程命名空间中运行进程。这意味着在不同的 PID 命名空间中的进程无法看到其他 PID 命名空间中的进程，这提供了一定程度的进程隔离。
Mount Namespace：允许在不同的文件系统命名空间中挂载文件系统。这使得容器可以拥有自己的文件系统视图，从而实现文件系统隔离。
UTS Namespace：允许在不同的主机名命名空间中设置主机名。这使得容器可以有自己的主机名，独立于主机系统。
Network Namespace：允许在不同的网络命名空间中创建和配置网络接口、路由表和防火墙规则。这允许容器拥有独立的网络堆栈和隔离的网络环境。
User Namespace：允许在不同的用户命名空间中设置用户和用户组映射，以隔离用户身份和权限。这有助于提供更好的安全性和隔离。
Cgroup Namespace：允许在不同的控制组命名空间中配置资源限制和监视。这使得容器可以独立管理资源使用。

Linux Namespace 技术的组合使用允许创建高度隔离的容器，每个容器都拥有自己的进程、文件系统、网络、用户和资源限制。这提供了一种轻量级的虚拟化和隔离机制，使开发人员能够在相同的主机系统上运行多个隔离的应用程序环境。容器化平台如 Docker 使用了 Linux Namespace 技术来实现容器的隔离和管理。这些功能有助于提高系统的安全性、可移植性和资源管理。

Docker 本质之二： Linux Cgroups

Linux cgroups（Control Groups）是一种内核特性，用于限制、跟踪和隔离进程组的资源使用。它是一种资源管理技术，可用于在 Linux 操作系统上控制各种资源，包括 CPU、内存、磁盘I/O、网络带宽等。Cgroups使系统管理员能够更好地管理资源，并确保不同进程或进程组之间的资源不会相互干扰。

以下是一些关键特性和用途：

资源限制：Cgroups允许管理员设置资源限制，如限制进程组使用的CPU时间、内存量、磁盘空间等。这有助于防止某些进程耗尽系统资源，导致系统变得不稳定。
优先级和配额：Cgroups支持资源优先级和配额设置，以确保高优先级进程组可以获得更多的资源份额。这对于多任务处理和服务质量保证（QoS）非常有用。
资源统计和监控：Cgroups可以跟踪进程组的资源使用情况，包括CPU利用率、内存使用、磁盘I/O等。这允许管理员实时监控系统性能，并在必要时采取措施。
进程隔离：Cgroups可以将一组进程隔离在一个资源限制的环境中。这对于容器化和虚拟化非常有用，可以确保容器或虚拟机之间的资源隔离。
自动资源分配：一些系统和容器管理器（如Docker和Kubernetes）使用Cgroups来自动管理和分配资源，以确保不同的容器或Pod之间获得适当的资源份额。

Cgroups的使用方式是通过文件系统层次结构中的控制组目录来管理和配置。在 /sys/fs/cgroup 下，你可以找到各种资源的子目录，如 cpu、memory、blkio 等。在这些目录中，你可以创建控制组，为其分配资源限制，并将进程添加到控制组中。

Cgroups是Linux系统中的重要资源管理工具，特别适用于多租户环境和服务器虚拟化。它提供了一种强大的方式来控制和管理进程组的资源使用，以确保系统的可用性和性能。

Docker 本质

一个正在运行的 Docker 容器，其实就是一个启用了多个 Linux Namespace 的应用进程，而这个进程能够使用的资源量，则受 Cgroups 配置的限制。这也是容器技术中一个非常重要的概念，即：容器是一个"单进程"模型。

由于一个容器的本质就是一个进程，用户的应用进程实际上就是容器里 PID=1 的进程，也是其他后续创建的所有进程的父进程。这就意味着，在一个容器中，你没办法同时运行两个不同的应用，除非你能事先找到一个公共的 PID=1 的程序来充当两个不同应用的父进程，这也是为什么很多人都会用 systemd 或者 supervisord 这样的软件来代替应用本身作为容器的启动进程。但是，在后面分享容器设计模式时，我还会推荐其他更好的解决办法。这是因为容器本身的设计，就是希望容器和应用能够同生命周期，这个概念对后续的容器编排非常重要。否则，一旦出现类似于"容器是正常运行的，但是里面的应用早已经挂了"的情况，编排系统处理起来就非常麻烦了