玩转Docker基础知识

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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让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中,然后发布到任何流行的Linux机器上,便可以实现虚拟化。Docker改变了虚拟化的方式,使开发者可以直接将自己的成果放入Docker中进行管理。方便快捷已经是Docker的最大优势,过去需要用数天乃至数周的 任务,在Docker容器的处理下,只需要数秒就能完成

作为一种轻量级的虚拟化方式,Docker在运行应用上跟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,这相比传统的虚拟机方式要快得多。

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。

Docker通过类似Git的操作来方便用户获取、分发和更新应用镜像,指令简明,学习成本较低。

Docker通过Dockerfile配置文件来支持灵活的自动化创建和部署机制,提高工作效率。

Docker容器除了运行其中的应用之外,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。

Docker利用Linux系统上的多种防护机制实现了严格可靠的隔离。从1.3版本开始,Docker引入了安全选项和镜像签名机制,极大地提高了使用Docker的安全性

容器虚拟化的是操作系统而不是硬件,容器之间是共享同一套操作系统资源的。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。因此容器的隔离级别会稍低一些

Docker使用客户端-服务器(C/S)架构模式,使用远程API来管理和创建Docker容器。

Docker容器通过Docker镜像来创建。容器与镜像的关系类似于面向对象编程中的对象与类

Docker组件

  • Docker Client客户端——>向Docker服务器进程发起请求,如:创建、停止、销毁容器等操作

  • Docker Server服务器进程—–>处理所有Docker的请求,管理所有容器

  • Docker Registry镜像仓库——>镜像存放的中央仓库,可看作是存放二进制的scm

Docker技术的基础

  • Namespace,容器隔离的基础,保证A容器看不到B容器,6个名空间:User、Mnt、Network、UTS、IPC、Pid

  • CGroups,容器资源统计和隔离。主要用到的CGroups子系统:CPU、blkio、Device、freezer、memory

  • UnionFS,典型:AUFS/OverlayFS,分层镜像实现的基础

Docker包括三个基本概念:

  • 镜像(Image)

  • 容器(Container)

  • 仓库(Repository)

镜像(Image)——一个特殊的文件系统

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。

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。

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。 镜像实际是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)——镜像运行时的实体

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。前面讲过镜像使用的是分层存储,容器也是如此。

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,容器可以随意删除、重新run,数据却不会丢失

仓库(Repository)——集中存放镜像文件的地方

镜像构建完成后,可以很容易的在当前宿主上运行,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。所以说:镜像仓库是Docker用来集中存放镜像文件的地方类似于我们之前常用的代码仓库。

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。

这里补充一下Docker Registry公开服务和私有Docker Registry的概念:

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,网址为:hub.docker.com/ 。在国内访问Docker Hub可能会比较慢国内也有一些云服务商提供类似于Docker Hub的公开服务。

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。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

  • Build(构建镜像):镜像就像是集装箱包括文件以及运行环境等等资源。

  • Ship(运输镜像):主机和仓库间运输,这里的仓库就像是超级码头一样。

  • Run (运行镜像):运行的镜像就是一个容器,容器就是运行程序的地方。

Docker运行过程也就是去仓库把镜像拉到本地,然后用一条命令把镜像运行起来变成容器

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