Docker介绍

[一. 什么是Docker?](#一. 什么是Docker?)

[二. 为什么使用Docker?](#二. 为什么使用Docker?)

[三. Docker解决的问题](#三. Docker解决的问题)

[四. Docker 容器的优势是什么？](#四. Docker 容器的优势是什么？)

[五. Docker基本概念](#五. Docker基本概念)

镜像（Image）

容器（Container）

仓库（Repository）

[Docker Registry 公开服务](#Docker Registry 公开服务)

[私有 Docker Registry](#私有 Docker Registry)

一. 什么是Docker?

Docker 是一个开源的应用容器引擎，基于 Go 语言并遵从 Apache2.0 协议开源。

Docker 可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何流行的 Linux 机器上，也可以实现虚拟化。

容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口（类似 iPhone 的 app）,更重要的是容器性能开销极低。

Docker 从 17.03 版本之后分为 CE（Community Edition: 社区版）和 EE（Enterprise Edition: 企业版）

Docker 是个划时代的开源项目，它彻底释放了计算虚拟化的威力，极大提高了应用的维护效率，降低了云计算应用开发的成本！使用 Docker，可以让应用的部署、测试和分发都变得前所未有的高效和轻松！

无论是应用开发者、运维人员、还是其他信息技术从业人员，都有必要认识和掌握 Docker，节约有限的生命。

二. 为什么使用Docker?

更高效的利用系统资源

由于容器不需要进行硬件虚拟以及运行完整操作系统等额外开销，Docker 对系统资源的利用率更高。无论是应用执行速度、内存损耗或者文件存储速度，都要比传统虚拟机技术更高效。因此，相比虚拟机技术，一个相同配置的主机，往往可以运行更多数量的应用。

更快速的启动时间

传统的虚拟机技术启动应用服务往往需要数分钟，而 Docker 容器应用，由于直接运行于宿主内核，无需启动完整的操作系统，因此可以做到秒级、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。

一致的运行环境

开发过程中一个常见的问题是环境一致性问题。由于开发环境、测试环境、生产环境不一致，导致有些 bug 并未在开发过程中被发现。而 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。

持续交付和部署

对开发和运维（DevOps）人员来说，最希望的就是一次创建或配置，可以在任意地方正常运行。

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。开发人员可以通过 Dockerfile 来进行镜像构建，并结合持续集成(Continuous Integration) 系统进行集成测试，而运维人员则可以直接在生产环境中快速部署该镜像，甚至结合持续部署(Continuous Delivery/Deployment) 系统进行自动部署。

而且使用 Dockerfile 使镜像构建透明化，不仅仅开发团队可以理解应用运行环境，也方便运维团队理解应用运行所需条件，帮助更好的生产环境中部署该镜像。

更轻松的迁移

由于 Docker 确保了执行环境的一致性，使得应用的迁移更加容易。Docker 可以在很多平台上运行，无论是物理机、虚拟机、公有云、私有云，甚至是笔记本，其运行结果是一致的。因此用户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。

更轻松的维护和扩展

Docker 使用的分层存储以及镜像的技术，使得应用重复部分的复用更为容易，也使得应用的维护更新更加简单，基于基础镜像进一步扩展镜像也变得非常简单。此外，Docker 团队同各个开源项目团队一起维护了一大批高质量的官方镜像，既可以直接在生产环境使用，又可以作为基础进一步定制，大大的降低了应用服务的镜像制作成本。

与虚拟机的比较

虚拟机也是一种虚拟化技术，它与 Docker 最大的区别在于它是通过模拟硬件，并在硬件上安装操作系统来实现。

主要区别如下：

1、启动速度

启动虚拟机需要先启动虚拟机的操作系统，再启动应用，这个过程非常慢;

而启动 Docker 相当于启动宿主操作系统上的一个进程。

2、占用资源

虚拟机是一个完整的操作系统，需要占用大量的磁盘、内存和 CPU 资源，一台机器只能开启几十个的虚拟机。而 Docker 只是一个进程，只需要将应用以及相关的组件打包，在运行时占用很少的资源，一台机器可以开启成千上万个 Docker。

3、隔离性

与虚拟机相比，docker隔离性更弱，docker属于进程之间的隔离，虚拟机可实现系统级别隔离。

4、安全性

docker的安全性也更弱。Docker的租户root和宿主机root等同，一旦容器内的用户从普通用户权限提升为root权限，它就直接具备了宿主机的root权限，进而可进行无限制的操作。虚拟机租户root权限和宿主机的root虚拟机权限是分离的，并且虚拟机利用如Intel的VT-d和VT-x的ring-1硬件隔离技术，这种隔离技术可以防止虚拟机突破和彼此交互，而容器至今还没有任何形式的硬件隔离，这使得容器容易受到攻击

对比传统虚拟机总结

特性	容器	虚拟机
启动	秒级	分钟级
硬盘使用	一般为 `MB`	一般为 `GB`
性能	接近原生	弱于
系统支持量	单机支持上千个容器	一般几十个

三. Docker解决的问题

由于不同的机器有不同的操作系统，以及不同的库和组件，在将一个应用部署到多台机器上需要进行大量的环境配置操作。

Docker 主要解决环境配置问题，它是一种虚拟化技术，对进程进行隔离，被隔离的进程独立于宿主操作系统和其它隔离的进程。使用 Docker 可以不修改应用程序代码，不需要开发人员学习特定环境下的技术，就能够将现有的应用程序部署在其它机器上。

程序在我这跑得好好的，在你那怎么就不行呢？！这是一个典型的应用场景，Docker image中包含了程序需要的所有的运行时依赖，比如java的程序，肯定要在image中包含jdk；比如Python的程序，肯定要在image中包含对应版本的Python解释器。程序在我这跑得好好的，去你那就不行了，显然是环境问题。Docker把整个运行时环境打包放到image中，所以搞定了环境依赖问题！

这点很重要么？真的很重要！如果你做过部署或发布系统将会对此感触颇深。

我们知道，一个程序要跑起来，需要这么几部分：代码 + 运行环境 + 配置 + 依赖的服务。代码当然就是同一份代码，不同的环境都一样，通常不会有问题，Docker image中包含了运行环境+配置，这对部署相当友好。如果你没有做过这种系统（其实大部分人都没有做过啦），但是你肯定装过软件，装一些复杂的软件的时候有没有因为版本依赖或者编译参数等让你抓狂？用了Docker再也没有这种问题了：

docker pull xxx; 
docker run xxx; 
done:)

所以总结起来就是：Docker解决了运行环境和配置问题，方便发布，也就方便做持续集成

四. Docker 容器的优势是什么？

模块化

Docker 容器化方法注重在不必停止整个应用的情况下，单独提取部分应用进行更新或修复的能力。除了这种基于微服务的方法，您还可以采用与面向服务的架构（SOA）类似的方法，在多个应用间共享进程。

层和镜像版本控制

每个 Docker 镜像文件都包含多个层，它们组合成一个镜像。每当镜像发生改变时，就会创建一个新的镜像层。每当用户指定命令时，例如 run 或 copy，就会创建一个新的层。

Docker 可重复利用这些层来构建新容器，因而加快了构建过程。镜像之间共享中间变化，进一步提升了速度、规模以及效率。版本控制也是层所固有的功能：每次发生新的更改时，您大都会获得一个内置的更改日志，拥有对容器镜像的全盘管控。

回滚

回滚也许是层最值得一提的功能。每个镜像有多个层。不喜欢镜像的当前迭代？将它回滚到上一版本。这一功能还支持敏捷开发方法，帮助实现持续集成和部署（CI/CD），使其在工具层面成为一种现实。

快速部署

新硬件的启用、运行、置备和供应在过去需要耗费数日，所需的投入和开销也很繁重。基于 Docker 的容器可以将部署缩短到只用几秒。通过为每个进程创建容器，您可以快速将这些进程共享给新的应用。而且，添加或移动容器时无需重启操作系统，大大缩短了部署时间。除了部署时间更短外，您还可以轻松无虞、经济高效地创建和销毁容器创建的数据。

因此，Docker 技术是一种更加精细、可控、基于微服务的技术，可为企业提供更高的效率价值。

五. Docker基本概念

Docker 包括三个基本概念

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

从中可以看出，Docker 包含三个基本概念，分别是镜像（Image）、容器（Container）和仓库（Repository）。镜像是 Docker 运行容器的前提，仓库是存放镜像的场所，可见镜像更是Docker的核心。

镜像（`Image`）

我们都知道，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。比如官方镜像 ubuntu:18.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 18.04 最小系统的 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。

分层存储

因为镜像包含操作系统完整的 root 文件系统，其体积往往是庞大的，因此在 Docker 设计时，就充分利用 Union FS 的技术，将其设计为分层存储的架构。所以严格来说，镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件，镜像只是一个虚拟的概念，其实际体现并非由一个文件组成，而是由一组文件系统组成，或者说，由多层文件系统联合组成。

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（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。因此容器可以拥有自己的 root 文件系统、自己的网络配置、自己的进程空间，甚至自己的用户 ID 空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里，使用起来，就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。也因为这种隔离的特性，很多人初学 Docker 时常常会混淆容器和虚拟机。

前面讲过镜像使用的是分层存储，容器也是如此。每一个容器运行时，是以镜像为基础层，在其上创建一个当前容器的存储层，我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为 容器存储层。

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。

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，容器删除或者重新运行之后，数据却不会丢失。

仓库（`Repository`）

镜像构建完成后，可以很容易的在当前宿主机上运行，但是，如果需要在其它服务器上使用这个镜像，我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务，Docker Registry 就是这样的服务。

一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库（Repository）；每个仓库可以包含多个标签（Tag）；每个标签对应一个镜像。

通常，一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像，而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签，将以 latest 作为默认标签。

以 Ubuntu 镜像为例，ubuntu 是仓库的名字，其内包含有不同的版本标签，如，16.04, 18.04。我们可以通过 ubuntu:16.04，或者 ubuntu:18.04 来具体指定所需哪个版本的镜像。如果忽略了标签，比如 ubuntu，那将视为 ubuntu:latest。

仓库名经常以 两段式路径 形式出现，比如 jwilder/nginx-proxy，前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名，后者则往往是对应的软件名。但这并非绝对，取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务。

Docker Registry 公开服务

Docker Registry 公开服务是开放给用户使用、允许用户管理镜像的 Registry 服务。一般这类公开服务允许用户免费上传、下载公开的镜像，并可能提供收费服务供用户管理私有镜像。

最常使用的 Registry 公开服务是官方的 Docker Hub，这也是默认的 Registry，并拥有大量的高质量的官方镜像。除此以外，还有 Red Hat 的 Quay.io；Google 的 Google Container Registry，Kubernetes 的镜像使用的就是这个服务；代码托管平台 GitHub 推出的 ghcr.io。

由于某些原因，在国内访问这些服务可能会比较慢。国内的一些云服务商提供了针对 Docker Hub 的镜像服务（Registry Mirror），这些镜像服务被称为 加速器 。常见的有阿里云加速器、DaoCloud 加速器等。使用加速器会直接从国内的地址下载 Docker Hub 的镜像，比直接从 Docker Hub 下载速度会提高很多。在安装 Docker 一节中有详细的配置方法。

国内也有一些云服务商提供类似于 Docker Hub 的公开服务。比如网易云镜像服务、DaoCloud 镜像市场、阿里云镜像库等。

私有 Docker Registry

除了使用公开服务外，用户还可以在本地搭建私有 Docker Registry。Docker 官方提供了 Docker Registry 镜像，可以直接使用做为私有 Registry 服务。在私有仓库一节中，会有进一步的搭建私有 Registry 服务的讲解。

开源的 Docker Registry 镜像只提供了 Docker Registry API 的服务端实现，足以支持 docker 命令，不影响使用。但不包含图形界面，以及镜像维护、用户管理、访问控制等高级功能。

除了官方的 Docker Registry 外，还有第三方软件实现了 Docker Registry API，甚至提供了用户界面以及一些高级功能。比如，Harbor 和 Sonatype Nexus。

网站推荐

Docker官网

Docker Docshttps://docs.docker.com/ Docker中文官网

Docker中文网官网 (p2hp.com)https://docker.p2hp.com/

Docker学习网站:

前言 · Docker -- 从入门到实践 (docker-practice.github.io)https://docker-practice.github.io/zh-cn/Docker 原理新手指南：一文看懂 Docker 是什么? (redhat.com)https://www.redhat.com/zh/topics/containers/what-is-docker