1.1 什么是docker
1.Docker开源项目背景
Docker是基于Go语言实现的开源容器项目，诞生于2013年初，最初发起者是dotClouc公司。
由于Docker在业界的影响力实大太大，dotCloud公司后来也直接改名为Docker Inc,并专注于Docker相关技术和产品的开发。
Docker项目已加入了Linux基金会，并遵循Apache2.0协议，全部开源代码均在https://github.com/docker/docker上进行维护。
现在主流的Linux系统都已经支持Docker.例如，红帽公司的RHEL6.3/RHEL6.5往上的操作系统、Ubuntu14.04往上的操作系统，都已经在软件源中默认带有Docker软件包。Google公司宣称在其PaaS(Platform as a Service) 平台及服务产品中广泛应用了Docker容器。IBM公司跟Docker公司达成了战略全作伙伴关系。微软公司在其云平台Azure上加强了以Docker的支持。公有云提供商亚马逊推出了AWSEC2 Container服务，提供对Docker和容器业务的支持。
Docker的构想是要实现“build,Ship and Run Any App,Anywhere”,即通过对应用的封装(Packaging)、分发 (Distribution)、部署(Deployment)、运行(Runtime)生命周期进行管理，达到应用级件“一次封装，到处运行”的目的。这里的应用组件，即可以是一个Web应用、一个编译环境，也可以是一套数据库平台服务，甚至是一个操作系统或集群。
基于Linux平台上的多项开源技术、Docker提供了高效、敏捷和轻量级的容器方案、并支持部署到本地环境和多种主流云平台。可以说，Docker首次为应用的开发、运行和部署提供了“一站式”的实用解决方案。
2. Linux容器技术---巨人的肩膀
跟大部分新兴的技术的诞生一样，Docker也并非“从石头缝里蹦出来的”，而是站在前人的肩膀上，其中最重要的就是Linux容器（Linux Containers,LXC）技术。
IBM DeveloperWorks网站关于容器技术的描述十分准确:"容器有效地将由单个操作系统管理的资源划分到孤立的组中，以更好地在孤立的组之间平衡有冲突的资源使用需求。与虚拟化相比。这样即不需要指令级模拟、也不需要即时编译。"容器可以在核心CPU本地运行指令，而不需要任何专门的解释机制，此外，也避免了准虚拟化(paravirtualization)和系统调用替换中的复杂性。"
当然，LXC也经历了长期的演化。最早的容器技术可以追溯到1982年Unix系列操作系统上的chroot工具（直到今天，主流的Unix、Linux操作系统仍然支持和带有该工具）。早期的容器实现技术包括Sun Solaris操作系统上的 Solaris Containers(2004年发布)，FreeBSD 操作系统上的FreeBSD jail(2000年左中出现)，以及GNU/Linux上的Linux-Vserver和OpenVZ。
在LXC之前，这些相关技术经过多年的演化已经十分成熟和稳定，但是由于种种原因，它们并没有很好的集成到主流的Linux内核中，用户使用起来并不方便。例如，如果用户要使用OpenVZ技术，需要先手动给操作系统打上特定的补丁方可使用，而且不同版本并不一致。类似的困难造成在很长一段时间内，这些优秀的技术只流传于技术人员的小圈子中。
后为LXC项目借鉴了前人的成熟的容器设计理念，并基于一互列新引入的内核特性，实现了更具扩展性的虚拟化容器方案。更加关键提，LXC终于被集成到了主流Linux内核中，进而成为了Linux系统轻量级容器技术的事实标准。从技术层面看来，LXC已经趟过了绝大部分的”坑“，完成了容器技术实用化的大半历程。
3. 从Linux容器到Docker
在lXC的基础上，Dockers进一步优化了容器使用体验，让它进入了寻常百姓家。
首先，Docker提供了各种容器管理工具（如分发、版本、移植等）让用户无需关注底层的操作，呆以更简单明了地管理和使用容器；其次，Docker通过引入分层文件系统构建和高效的镜像机制，降低了迁移难度，极大地提升了用户体验。用户操作Docker容器就像操作应用自身一样简单。
早期的Docker代码实现是直接基于LXC的。处0.9版本开始，Docker开发了libcontainer项目，作为更广泛容器驱动实现，从而替换掉了LXC实现。目前Docker还积极推动成立runC标准项目，度图让容器支持不再局限于Linux操作系统，而是更安全、更具扩展性。
简单来讲，读者可以将Docker容器理解为一种轻量级的沙盒(sandbox).每个容器内运行着一个应用，不同的容器相互隔离，容器之间也可以通过网络互相通信。容器的创建和停止都十分快，几乎跟创建和终止原生应用一致；另外，容器自身对系统资源的额外需要也十分有限，远远低于传统虚拟机。很多时候，甚至直接的容器当月作应用本身也没有任何问题。
有理由相信，Docker技术会进一步成熟，将成为更受欢迎的容器虚拟化技术实现，并在云计算和DevOps等领域得到更广泛的应用。
1.2 为什么要使用Docker
1.Docker容器虚拟化的好处
Docker项目的发起人和Docker公司CTO Solomon Hykes曾认为，Docker在正确的地点，正确的时间顺应了正确的趋势----如何正确地构建应用。
在云时代，开发者创建的应用必须要能很方便地在网络上传播，也就是说应用必须脱离底层物理硬件的限制；同是必须是“任何时间、任何地点”可获取的。因此，开发者需要一种新新型的创建分布式应用程序的方式。快速分发和部署，这正是Docker所能提供的最大的优势。
举个简单的例子，假设用户试图基于最常见的LAMP(Linux +Apache +Mysql+PHP)组合来构建一个网站。按照传统的做法，首先，需要安装Apache、Mysql和PHP以及它们各自运行所依赖的环境；之后分别对它们进行配置（包括创建合适的用户、配置参数等）；经过大量的操作后还需要进行功能测试，掉进否工作正常；如果不正常，则进行调度追踪，意味着更多的时间代价和不可控的风险。可以想象，如果应用数目变多，事情会变得更加难以处理。
更为可怕的是，一旦需要服务器迁移（例如从亚马逊迁移到其他云），往往需要对每个应用都进行重新部署和调试，这些琐碎而无趣的“体力活”，极大地降低了工作效率。究其根源，是这些应用直接运行在底层操作系统上，无法保证同一份应用在不同的环境中行为一致。
而Docker提供了一种更为聪明的方式，通过容器来打包应用，解耦应用和运行平台。意味着迁移的时候，只需要在新的服务器上启动需要的容器就可以了，无论新旧服务器是否是同一类型的平台。这无疑将节约大量的宝贵时间，并降低部署过程出现问题的风险。
2. Docker 在开发和运维中的优势
对开发和运维（DevOps）人员来说，可能最梦寐以求的效果就是一次创建或配置，之后可以在任意地方、任意时间让应用正常运行。而Docker恰恰是可以实现这一终极目标的“瑞士军刀”。
具体说来，Docker在开发和运维过程中，具有如下几个方面的优势：
更快速的交付和部署。使用Docker，开发人员可以使用镜像来快速构建一套标准的开发环境；开发守成之后测试和运维人员可以直接使用完全相同环境来部署代码。只要开发测试过的代码，就可以确保在生产环境无缝 运行。Docker可以快速创建和删除容器，实现快速迭代，大量节约开发，测试，部署的时间，并且，整个过程全程可见，使团队更容易理解应用的创建和工作过程。
更高效的资源利用。Docker容器的运行不需要额外的虚拟化管理程序（Virtual Machine Manager,VMM, 及Hypervisor）支持，它是内核级的虚拟化，可以实现更高的性能，同时对资源的额外需求和低。跟传统虚拟机方式相比，要提高一到两个数量级。
更轻松的迁移和扩展。Docker容器几乎可以在任意的平台上运行，包括物理机、虚拟机、公有云、私有云、个人电脑、服务器等，同时支持主流的操作系统发行版。这种兼容性让用户可以在不同平台之间轻松地迁移应用。
更简单的更新管理。使用Docker-file,只需要小小的配置修改，就可以替代以往大量的更新工作，并且所有修改都以增量的方式被分发和更新，从而实现自动化并且高效的容器管理。
3.Docker与虚拟机比较
作为一种轻量级的虚拟化方式，Docker在运行应用上与传统的虚拟机方式相比具有显著优势；
Docker容器很快，启动和停止可以在秒级实现，而传统的虚拟机方式需要数分钟。
Docker容器对系统资源需求很少，一台主机上可以同时运行数千个Docker容器（在IBM服务器上已经实现了同时运行10K量级的容器实例）。
Docker通过类似Git设计理念的操作方式来方便用户获取、分发和更新应用镜像，存储复用，增量更新。
Docker通过Dockerfile支持灵活的自动化创建和部署机制，提高工作效率，使流程标准化。
Docker容器除了运行其中应用外，基本不消耗额外的系统资源，保证应用性能的同时，尽量减小系统开销。传统
虚拟机试运行N个不同的应用就要起N个虚拟机（每个虚拟机需要单独分配独占的内存、磁盘等资源），而Docker只需要启动N个隔离的“很薄的”容器,并将应用放进容器内即可。应用获得的是接近原生的运行性能。
当然，在隔离性方面，传统的虚拟机方式提供的是相对封闭的隔离。但这产东意味着Docker就不安全，Docker利用Linux系统上多种防护技术实现了严格的隔离可靠性，并且可以整合众多安全工具，从1.3.0版本开始，Docker重点改善了容器的安全控制和镜像的安全机制，极大提高了使用Docker的安全性。在已知的大规格应用中，目前尚未出现值得担忧安全隐患。
表1-1 总结了使用Docker容器技术与传统虚拟机技术的特性比较，可见容器技术在很多应用场景下具有巨大的优势。
表1-1 Docker 容器技术与传统虚拟机技术的特性比较
1.3 Docker与虚拟化
虚拟化（Virtualization）技术是一个通用的概念。在不同领域有不同的理解。在计算机领域，一般指的是计算虚拟化（Computing Virtualization）、或通常说的服务器虚拟化。维基百科上的定义：“虚拟化是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源，如服务器、网络,内存及存储等，予以抽象、转化后呈现出来，打破实体结构间的不可切割的障碍，便用户可以比原三的组态更好的方式来应用这些资源。”
可见，虚拟化的核心是对资源的抽象、目标往往是在同一个主机上同时运行多个系统或应用，从而提高系统资源的利用率，并且带来降低成本、方便管理和容错容灾等好处。
从大类上分，虚拟化技术可以分类基于硬件的虚拟化和基于软件的虚拟化。其中，真正基于硬件的虚拟化技术不多见，少数网卡中的单根多IO虚拟化（Single Root I/O Virtualization and Sharing Specif ication,SR-IOV）等技术，也超出了本书的讨论范畴。
基于软件的虚拟化朋对象所在的层次，以可以分为应用虚拟化和平台虚拟化（通常说的是虚拟机技术 即属于这个范畴）。其中，前者一般指的是一些模拟设备或诸如Wine这样的软件。后者又可以细分为如下 几个子类：
完全虚拟化 虚拟机模拟完整的底层硬件环境和特权指令的执行过程，客户操作系统无需要进行修改。例如IBM p 和 z 系列的虚拟化、VMware Workstation、VirtualBox、QWMU等。
硬件辅助虚拟化。利用硬件（主要是CPU）辅助支持(目前x86体系结构上可用的硬件辅助虚拟化技术包括Inter-VT和AMD-V) 处理敏感指令来实现完全虚拟化功能，客户操作系统无需修改，例如VMware Workstation 、Xen、KVM。
部分虚拟化 只针对部分硬件资源进行虚拟化。客户操作系统需要进行修改。现在有些虚拟化技术的早期版本仅支持部分虚拟化。
准虚拟化(paravirtualication)。部分硬件接口以软件的形式提供给客户机操作系统。客户操作系统需要进行修改，例如早期的Xen。
操作系统级虚拟化。内核通过创建多个虚拟的操作系统实例(内核和库)来隔离不同的进程。容器相关技术却在这个范畴。
可见，Docker以及其他容器技术，都属性操作系统虚拟化这个范畴，操作系统虚拟化最大的特点是不需要额外的supervisor支持。
Docker虚拟化方式这所以有众多优势，这下操作系统虚拟化技术自身的设计和实现是分不开的。
图1-2比较了Docker和常见的虚拟化方式的不同之处。
传统方式是在硬件层面实现虚拟化，需要的额外的虚拟机管理应用和虚拟机操作系统层。Docker容器是在操作系统层面上实现虚拟化、直接利用本地主机的操作系统，因此更加轻量级。
1.4 本章小结
本单介绍了容器虚拟化的基本概念、Docker的诞生及发展历史，以及容器在云时代应用分发场景下的巨大优势。 与传统的虚拟机相比，容器虚拟化在很多场景下有极为明显的优势。无论是系统管理员、应用开发人员、测试人员以及运维管理人员，都就该尽快掌握Docker，尽早享受其带来的巨大便利。后续章节，笔者将结合实践案例具体介绍Docker的安装、使用，让我们一起开启精彩的Docker之旅。