d1.Docker 介绍和基础操作

Docker 介绍和基础操作

- [1. Docker 介绍](#1. Docker 介绍)
- - [1.1 Docker 的主要目标](#1.1 Docker 的主要目标)
  - [1.2 使用Docker 容器化封装应用程序的意义](#1.2 使用Docker 容器化封装应用程序的意义)
  - [1.3 容器和虚拟机技术比较](#1.3 容器和虚拟机技术比较)
  - [1.4 容器和虚拟机表现比较](#1.4 容器和虚拟机表现比较)
  - [1.5 Docker 的组成](#1.5 Docker 的组成)

1. Docker 介绍

容器是一种 IT 技术。容器其实是一种沙盒技术。顾名思义，沙盒就是能够像一个集装箱一样，把你的应用装起来。这样，应用与应用之间就有了边界而不会相互干扰;同时装在沙盒里面的应用，也可以很方便的被搬来搬去，这也是 PaaS 想要的最理想的状态(可移植性,标准化,隔离性)。

容器是软件工业上的集装箱的技术，集装箱的标准化，减少了包装成本，大大提高货物运输和装卸效率，是传统运输行业的重大变革。早期的软件项目中软件更新，发布低效，开发测试发布周期很长，很难敏捷。有了容器技术，就可以利用其标准化的特点，大幅提高生产效率。

容器技术是虚拟化、云计算、大数据之后的一门新兴的并且是炙手可热的新技术，容器技术提高了硬件资源利用率、方便了企业的业务快速横向扩容（可以达到秒级快速扩容）、实现了业务宕机自愈功能（配合K8S可以实现，但OpenStack无此功能），因此未来数年会是一个容器愈发流行的时代，这是一个对于 IT 行业来说非常有影响和价值的技术，而对于IT行业的从业者来说，熟练掌握容器技术无疑是一个很有前景的行业工作机会。

Docker （码头工人）是一个开源项目，诞生于 2013 年初，最初是 dotCloud 公司（后由于 Docker 开源后大受欢迎就将公司改名为 Docker Inc ，总部位于美国加州的旧金山）内部的一个开源的 PAAS 服务 (Platform as a ServiceService )的业余项目。它基于 Google 公司推出的 Go 语言实现。项目后来加入了 Linux 基金会，遵从了 Apache 2.0 协议，项目代码在 GitHub 上进行维护。

Docker 是基于 Linux 内核实现，Docker 最早采用 LXC 技术，LXC 是 Linux 原生支持的容器技术，可以提供轻量级的虚拟化，可以说 docker 就是基于 LXC 发展起来的，提供 LXC 的高级封装，标准的配置方法，在LXC的基础之上，docker提供了一系列更强大的功能。而虚拟化技术 KVM(KernelKernelbased Virtual Machine Machine) 基于模块实现，后来Docker 改为自己研发并开源的 runc 技术运行容器，彻底抛弃了LXC。

Docker 相比虚拟机的交付速度更快，资源消耗更低，Docker 采用客户端/服务端架构，使用远程API来管理和创建容器，其可以轻松的创建一个轻量级的、可移植的、自给自足的容器，docker 的三大理念是 build(构建)、ship(运输)、 run(运行)，Docker遵从apache 2.0协议，并通过（namespace及cgroup 等）来提供容器的资源隔离与安全保障等，所以Docke容器在运行时不需要类似虚拟机（空运行的虚拟机占用物理机6-8%性能）的额外资源开销，因此可以大幅提高资源利用率,总而言之Docker是一种用了新颖方式实现的轻量级虚拟机.类似于VM但是在原理和应用上和VM的差别还是很大的，并且docker的专业叫法是应用容器(Application Container)。

1.1 Docker 的主要目标

Build, Ship and Run Any App, Anywhere，即通过对应用组件的封装（Packaging）、分发（Distribution）、部署（Deployment）、运行（Runtime）等生命周期的管理，达到应用组件级别的 "一次封装，到处运行"。这里的应用组件，既可以是一个Web应用，也可以是一套数据库服务，甚至是一个操作系统。将应用运行在Docker 容器上，可以实现跨平台，跨服务器，只需一次配置准备好相关的应用环境，即可实现到处运行，保证研发和生产环境的一致性，解决了应用和运行环境的兼容性问题，从而极大提升了部署效率，减少故障的可能性

1.2 使用Docker 容器化封装应用程序的意义

统一基础设施环境-docker环境
- 硬件的组成配置
- 操作系统的版本
- 运行时环境的异构
统一程序打包（装箱）方式-docker镜像
- java程序
- python程序
- nodejs程序

统一程序部署（运行）方式-docker容器
- java-jar...→ docker run...
- python manage.py runserver... → docker run...
- npm run dev ... → docker run...

1.3 容器和虚拟机技术比较

传统虚拟机是虚拟出一个主机硬件,并且运行一个完整的操作系统 ,然后在这个系统上安装和运行软件
容器内的应用直接运行在宿主机的内核之上,容器并没有自己的内核,也不需要虚拟硬件,相当轻量化
每个容器间是互相隔离,每个容器内都有一个属于自己的独立文件系统,独立的进程空间,网络空间,用户空间等,所以在同一个宿主机上的多个容器之间彼此不会相互影响

1.4 容器和虚拟机表现比较

资源利用率更高: 开销更小,不需要启动单独的虚拟机OS内核占用硬件资源,可以将服务器性能压榨至极致.虚拟机一般会有5-20%的损耗,容器运行基本无损耗,所以生产中一台物理机只能运行数十个虚拟机，但是一般可以运行数百个容器
启动速度更快: 可以在数秒内完成启动
占用空间更小: 容器一般占用的磁盘空间以MB为单位,而虚拟机以GB
集成性更好: 和 CI/CD（持续集成/持续部署）相关技术结合性更好，实现打包镜像发布测试可以一键运行,做到自动化并快速的部署管理,实现高效的开发生命周期

使用虚拟机是为了更好的实现服务运行环境隔离，每个虚拟机都有独立的内核，虚拟化可以实现不同操作系统的虚拟机，但是通常一个虚拟机只运行一个服务，很明显资源利用率比较低且造成不必要的性能损耗，我们创建虚拟机的目的是为了运行应用程序，比如Nginx、PHP、Tomcat等web程序，使用虚拟机无疑带来了一些不必要的资源开销，但是容器技术则基于减少中间运行环节带来较大的性能提升。

根据实验，一个运行着CentOS的KVM虚拟机启动后，在不做优化的情况下，虚拟机自己就需要占用 100~200 MB内存。此外，用户应用运行在虚拟机里面，它对宿主机操作系统的调用就不可避免地要经过虚拟化软件的拦截和处理，这本身又是一层性能损耗，尤其对计算资源、网络和磁盘I/O的损耗非常大。

比如: 一台96G内存的物理服务器，为了运行java程序的虚拟机一般需要分配8G内存/4核的资源，只能运行13台左右虚拟机，但是改为在docker容器上运行Java程序,每个容器只需要分配4G内存即可，同样的物理服务器就可以运行25个左右容器，运行数量相当于提高一倍，可以大幅节省IT支出，通常情况下至少可节约一半以上的物理设备

1.5 Docker 的组成

Docker 主机(Host): 一个物理机或虚拟机，用于运行Docker服务进程和容器，也称为宿主机， node节点
Docker 服务端(Server): Docker守护进程，运行docker容器
Docker 客户端(Client): 客户端使用 docker 命令或其他工具调用docker API Docker 镜像(Images): 镜像可以理解为创建实例使用的模板,本质上就是一些程序文件的集合
Docker 仓库(Registry): 保存镜像的仓库，官方仓库: https://hub.docker.com/，可以搭建私有仓库 harbor
Docker 容器(Container): 容器是从镜像生成对外提供服务的一个或一组服务,其本质就是将镜像中的程序启动后生成的进程