项目1Docker容器简介

任务1.1 了解Docker历史

1.1.1 什么是 Docker

Docker 最初是dotCloud 公司创始人 Solomon Hykes在法国期间发起的一个公司内部项目，它是基于 dotCloud 公司多年云服务技术的一次革新，并于2013 年 3 月以 Apache 2.0 授权协议开源），主要项目代码在GitHub上进行维护。Docker 项目后来还加入了Linux 基金会，并成立推动开放容器联盟。

Docker 自开源后受到广泛的关注和讨论，至今其GitHub 项目已经超过 3 万6 千个星标和一万多个 fork。甚至由于Docker 项目的火爆，在 2013 年底，dotCloud 公司决定改名为 Docker。Docker 最初是在 Ubuntu 12.04上开发实现的；Red Hat 则从RHEL 6.5 开始对 Docker 进行支持；Google 也在其 PaaS 产品中广泛应用Docker。

Docker 使用Google 公司推出的Go 语言进行开发实现，基于 Linux 内核的cgroup，namespace，以及AUFS类的 Union FS等技术，对进程进行封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术。由于隔离的进程独立于宿主和其它的隔离的进程，因此也称其为容器。最初实现是基于LXC，从 0.7 以后开始去除LXC，转而使用自行开发的 libcontainer，从1.11 开始，则进一步演进为使用 runC 和containerd。

对于Docker,目前的定义是一个开源的容器引擎，可以方便地对容器进行管理。其对镜像的打包封装，以及引入Docker Regsitry 对镜像的统一管理，构建了方便快捷的“Build，Ship and Run”流程，它可以统一整个开发、测试和部署的环境和流程，极大地减少运维成本。另外，得益于容器技术带来的轻量级虚拟化，以及Docker在分层镜像应用上的创新，Docker在磁盘占用、性能和效率方面相较于传统的虚拟化都有非常明显的提高，所以理所当然，Docker开始不断蚕食传统虚拟化的市场。

时间	版本	更新内容
2013.7.18	v0.5	主要增加对外置存储、高级网络、自组织注册项的支持
2015.8.26	v1.8	Toolbox 以及编排工具大更新
2015.10.20	v1.9.0	使用linux容器引擎
2016.7.28	v1.12.0	改进了服务的负载均衡参数
2016.12.14	v1.12.4	更新容器文件系统

表1.1 Docker版本变更表

任务1.2 容器和虚拟机对比

1.2.1 容器和虚拟机差异

下面的图片比较了 Docker和传统虚拟化方式的不同之处。传统虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统，在该系统上再运行所需应用进程；而容器内的应用进程直接运行于宿主的内核，容器内没有自己的内核，而且也没有进行硬件虚拟。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。

图1.1 传统虚拟化架构

图1.2 Docker架构

1.2.2 为什么要使用Docker？

作为一种新兴的虚拟化方式，Docker跟传统的虚拟化方式相比具有众多的优势。

（1）更高效的利用系统资源

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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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。

（7）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

表1.2 Docker容器与传统虚拟机对比表

任务1.3 Docker架构及基本组件

1.3.1 认识Docker 平台

Docker是开发、测试、部署、运行应用的一个开放平台，目的让应用快速交付，快速上线。Docker遵循开源Apache 2.0协议。

Docker提供一个安全隔离用于打包和运行应用的轻量级环境—容器（Container），一个宿主机可以同时运行很多容器（数量远远超过虚拟机VM的方式）。

1）Docker引擎

Docker引擎Docker Engine是C/S架构，主要有以下部件组成：:

服务器（Docker daemon）：后台运行的Dockerdaemon进程。Daemon进程用于管理Docker对象，包括镜像（images,）容器（containers）网络（networks）数据卷（data volumes）。

REST接口：同daemon交互的REST API接口。

客户端（Docker client）：命令行（CLI）交互客户端。客户端使用REST API接口同Dockerdaemon进行访问。

图1.3 Docker服务的架构图

2）Docker平台组成

图1.4 Docker服务组成图

运行一个Docker服务，组成包括Docker daemon服务器、Docker Client客户端、DockerImage镜像、Docker Registry库、Docker Contrainer容器。

（1）Docker镜像：

是一个只读模板，用于创建Docker容器，由Dockerfile文本描述镜像的内容。镜像定义类似“面对对象的类”，从一个基础镜像（Base Image）开始。构建一个镜像实际就是安装、配置和运行的过程，Docker镜像基于UnionFS把以上过程进行分层（Layer）存储，这样更新镜像可以只更新变化的层。Docker的描述文件为Dockerfile，Dockerfile是一个文本文件，基本指令包括：

FROM：定义基础镜像。

MAINTAINER ：作者或维护者。

RUN：运行linux 命令。

ADD：增加文件或目录。

EVN：定义环境变量。

CMD：运行进程。

（2）Docker容器：

是一个镜像的运行实例。容器有镜像创建，运行过程例如：

运行ubuntu操作系统镜像，-I 前台交互模型，运行命令为/bin/bash

$ docker run -i -t ubuntu /bin/bash

运行过程如下：

拉（pull）镜像，Docker Engine 检查ubuntu 镜像是否存在，如果本地已经存在，使用该镜像创建容器，如果不存在，Docker Engine从镜像库拉镜像。

使用该镜像创建新容器。

分配文件系统，挂载一个读写层，在读写从加载镜像。

分配网络/网桥接口，创建一个网络接口，让容器和主机通信。

从可用的IP池选择IP地址，分配给容器。

执行命令/bin/bash。

捕获和提供执行结果。

（3）Docker 仓库：

Docker仓库是Docker镜像库。Docker Registry也是一个容器。Docker Hub是Docker公司提供的互联网公共镜像仓库。可以构建自己本地的镜像仓库，国内有些公司也构建了镜像仓库。包括阿里云、新浪等。Docker 集群服务：Docker集群服务运行承租的Docker节点一起工作。目前支持swarm模式。

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。

一般而言，一个仓库包含的是同一个软件的不同版本的镜像，而标签则用于对应于软件的的不同版本。可以通过<仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是哪个版本的镜像。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，14.04, 16.04。可以通过 ubuntu:14.04，或者ubuntu:16.04 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。

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 CoreOS的 Quay.io，CoreOS 相关的镜像存储在这里；Google的 Google ContainerRegistry，Kubernetes 的镜像使用的就是这个服务。

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（RegistryMirror），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、灵雀云加速器等。

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。在后续的相关章节中，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 RegistryAPI 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。在官方的商业化版本Docker Trusted Registry 中，提供了这些高级功能。

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，VMWare Harbor 和 Sonatype Nexus。

任务1.4 Docker容器目前的使用情况

1.4.1 Google与容器

Google自从2004年起就已经开始使用容器技术了，于2006年发布了cgroups，发布了lmctfy项目。Imctfy是Google开源版本的容器栈，它提供了用来代替LXC的Linux应用容器。

Google云平台的高级软件工程师Joe Beda在2014年Gluecon上做了一个关于Google如何使用Linux容器技术的报告。报告中声称现在Google所有的应用都是运行在容器中的。Google每周要启动超过20亿个容器，每秒钟要启动超过3000个容器，这还不包括那些长期运行的容器。Google同样也正在将容器集成到Google云平台中。

Google 2014年开源容器集群管理系统Kubernetes，Kubernetes构建在Docker之上。

图1.5 Google开源容器管理平台

1.4.2 京东与容器

2013年，京东弹性计算云从KVM起步，京东弹性云首先应用于京东私有云上，在选择Docker之前，尝试了KVM虚拟化方案，各方反馈性能不够好，无法满足大促的需求。

2014年10月，京东开始思考用Docker重构，在2014年底，决定采用Docker容器化方案，基于Docker镜像的方式进行发布，其快速的弹性伸缩能力适合京东大规模生产需求，并且其具备轻量、高性能和便捷性的优势。京东首先使用图片系统来验证其性能和弹性伸缩能力，之后再逐步推广到如单品页这样的核心系统，并进行网络的优化，以满足京东应用的性能。

在2015年的618大促中，京东大胆启用了基于Docker的容器技术来承载大促的关键业务（图片展现、单品页、团购页），当时基于Docker容器的弹性云项目已经有近万个Docker容器在线上环境运行，并且经受住了大流量的考验。而今年618，弹性云项目更是担当重任，全部应用系统和大部分的DB服务都跑在Docker上。经受住了2015年618和双11大流量的考验后，2016年双活的数据中心全部采用弹性云进行建设，同时2016年618流量全部落到弹性云上。