Docker 系列(一)：什么是容器？

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” 起来的技术。这样，应用于应用之间，就因为有了边界而不至于互相干扰；而被装进集装箱的应用，也可以被方便的搬来搬去。

容器技术的核心功能，就是通过约束和修改进程（应用）的动态表现，从而为其创造一个 “边界”

动态表现：应用程序启动之后的设涉及到的数据和状态的总和。

在 Linux 中，实现容器的边界，主要有两种技术 Cgroups 和 Namespace.

• Cgroups 用于对运行的容器进行资源的限制；
• Namespace 则会将容器隔离起来，实现边界。

所以，容器这个听起来玄而又玄的概念，实际上是在创建容器进程时，为它加上了各种各样的 Namespace 参数。

这时，容器进程就会觉得自己是各自 PID Namespace 里的第 1 号进程，只能看到各自 Mount Namespace 里挂载的目录和文件，只能访问到各自 Network Namespace 里的网络设备，而对于宿主机以及其他不相关的程序，它就完全看不到了。

虚拟机 vs 容器

虚拟机：指的是在一个宿主机上搭建出来的一个完全隔离的环境，这个环境的特点就是，从底层的硬件开始逐级的进行虚拟，虚拟机中的 cpu 内存 硬盘等均进行虚拟（甚至包括网卡 显卡 声卡等也是虚拟的）在这一套虚拟的硬件基础上建立一个虚拟的操作系统，然后在这个虚拟的操作系统里运行应用程序。整套环境和宿主系统完全没有关系的。（可以在 windows 上跑一个 linux）

Docker（容器技术）：不会虚拟硬件层，应用软件和系统之间仅隔着一个用于任务调度的 docker engine，docker engine 就是利用 linux 内核技术中的 namespace 和 cgroup（control group） 来隔离进程和资源。进而为宿主和容器，以及容器与容器创建相对独立的环境。这里的环境指的是文件系统，cpu，网络，内存等一系列的资源。这些资源并非独立于宿主之外的一套硬件系统，而是和宿主共用的。 应用程序和宿主共用一套内核空间

虚拟机和容器，两者没有绝对的好与坏，因为两者有不同的使用场景。虚拟机更擅长于彻底隔离整个运行环境。例如，云服务提供商通常采用虚拟机技术隔离不同的用户。而 Docker通常用于隔离不同的应用 ，例如前端，后端以及数据库。

什么是 Docker

说实话关于Docker是什么并太好说，下面我通过四点向你说明Docker到底是个什么东西。

• Docker 是世界领先的软件容器平台。
• Docker 是 Google 公司推出的，用 Go 语言进行开发实现，基于 Linux 内核的Cgroup，Namespace，以及 UnionFS 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。Docke最初实现是基于 LXC.
• Docker 能够自动执行重复性任务，例如搭建和配置开发环境，从而解放了开发人员以便他们专注在真正重要的事情上：构建杰出的软件。
• Docker 使用户可以方便地创建和使用容器，把自己的应用放入容器。容器还可以进行版本管理、复制、分享、修改，就像管理普通的代码一样。

Docker 是容器技术的一种实现，并不是唯一的。只不过 docker 做的太成功了。所以一提容器技术就会想到 docker 。 docker 成功的地方就在于它将应用程序进行了打包生成镜像，并且提供了一个集中的发行平台。

Docker 容器特点

• 轻量：在一台机器上运行的多个 Docker 容器可以共享这台机器的操作系统内核；它们能够迅速启动，只需占用很少的计算和内存资源。镜像是通过文件系统层进行构造的，并共享一些公共文件。这样就能尽量降低磁盘用量，并能更快地下载镜像。
• 标准：Docker 容器基于开放式标准，能够在所有主流 Linux 版本、Microsoft Windows 以及包括 VM、裸机服务器和云在内的任何基础设施上运行。
• 安全：Docker 赋予应用的隔离性不仅限于彼此隔离，还独立于底层的基础设施。Docker 默认提供最强的隔离，因此应用出现问题，也只是单个容器的问题，而不会波及到整台机器。

Docker 存在的问题

• 资源隔离不彻底（使用 namesapce 和 cgroup 来实现资源隔离，但依然存在一个无法隔离的东西，例如系统时间，如果一个容器是以一个比较高的权限在运行时，可能会将该容器中的病毒传染给宿主系统）
• 跨平台受限（和技术实现方式有关，因为资源隔离用的是 linux 内核的技术）
• 容器间资源抢夺

为什么要用 Docker ?

• 一致的运行环境：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。
• 更快速的启动时间：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。
• 隔离性：避免公用的服务器，资源会容易受到其他用户的影响。
• 弹性伸缩，快速扩展： 善于处理集中爆发的服务器使用压力。
• 迁移方便：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。
• 持续交付和部署：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。

Docker 概念

Docker 包括三个基本概念:

• 镜像（Image）：Docker 镜像（Image），就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:16.04 就包含了完整的一套 Ubuntu16.04 最小系统的 root 文件系统。

• 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。

• 仓库（Repository）：仓库可看成一个代码控制中心，用来保存镜像。

• 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。

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.。