什么是Docker?

“Docker 是一个开源的应用容器引擎，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，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。” ——百度词条

由百度词条的定义，我们可以捕捉到几个关键词，应用容器，虚拟化，沙箱。简单的说，容器就是用于存储的一个东西；虚拟化，就是将一台计算机虚拟成多台逻辑计算机；沙箱，是一个独立的工作环境，在内部的任何操作不会影响到外部。总结起来，docker能够生成一个个空间，每个空间内部装载了一些应用及其依赖包，空间之间互不影响，这些空间能够将计算机切分成若干个逻辑（虚拟）计算机。打个比方，docker类似集装箱，各式各样的货物，经过集装箱的标准化进行托管，集装箱与集装箱之间没有影响。本来docker公司就是设想，交付运行如同海运一般，以OS（操作系统）为货轮，进行集装箱运输。

怎么样，听起来这个说法会不会很熟悉？是不是觉得和虚拟机很像？确实，docker和虚拟机的基本思想是一致的，都是通过打包，隔离等手段，将物理计算机分成若干个虚拟计算机，彼此之间相互影响。但是两者还是有区别的，了解两者的区别，有助于我们理解docker技术的优势。

1）计算机结构

我们可以把计算机分成三层，最底下是硬件层，就是各种硬盘，cpu，电源等等设备的集合，议案也称为裸机；第二层是操作系统，操作系统可分成内核空间和用户空间，分别管理计算内部核心进程，系统文件管理，用户空间通过文件系统对其资源进行管理；第三层就是应用层，各类应用程序的集合体。

2）Docker VS 虚拟机

从计算机结构可以看出，如果想要得到多个计算机，最简单的方法就是将整个计算机的架构整体打包封装，让其在一个独立的环境下运行，从而实现虚拟化，这也是虚拟机的做法。如下图所示：

显然，将整个计算机结构一起打包使得虚拟机过于庞大，占用过多资源（存储和计算），导致一部物理机器上能够部署的虚拟机数量很有限。那有没有其他方法吗？有！就是Docker技术。

虚拟机主要运行在应用程序层面，利用物理机上面的存储空间，和计算资源，隔离的比较彻底。而Docker则是直接运行在计算机的内核上面，依靠原计算机的硬件和操作系统，只对应用及其所需的依赖项进行打包，更加轻量化，如下所示。

Docker的容器只是包含应用和它的依赖项，作为一个独立的进程在主机操作系统上运行，和其他容器共享一个内核，相比虚拟机，更加“苗条”和高效。

3）Docker 和虚拟机总结

• Docker主要是对应用层进行封装打包，只包括应用程序的代码而其以来资源，因此占用空间比较小，而且能够作为独立进程在主机空间上运行，和其他容器共享操作系统内核，获得几近原生的性能。轻量化的结构带来了秒级的启动时间和大规模部署的可能性。
• 虚拟机是针对硬件层进行打包，在此基础上，另外构建出操作系统和应用程序，体积较为庞大。由于主机不仅需要支持虚拟机内部应用程序的运行，还要分配资源构建虚拟硬件和操作系统，因此，虚拟机启动比较缓慢，一台物理机上能够部署的虚拟机也是很有限。

当然，虚拟机也不是毫无用处，它能够彻底隔离整个运行环境，一些底层的操作也不会影响到主机的运行，理智选择即可。

为什么使用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

由于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。无论是启动速度，应用执行速度、文件存储速度都比传统虚拟机技术更高效。

2）一致的运行环境

应用交接最怕听到”这个程序怎么在我电脑上就不行了？“这样的话。由于开发环境、测试环境、生产环境不一致，导致有些bug并未在开发过程中发现。而Docker的镜像提供了除内核外外完整的运行时环境，确保应用运行环境一致性。

3）持续交付和部署

对开发和运维人员来说，软件的部署是一个重要工作，如何顺利快捷地完成部署是他们所关心的。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，运维人员可以直接在生产环境中快速部署该镜像。

Docker架构

Docker使用C/S架构，client通过接口与Server进行通行实现容器的构建、运行和发布。cilent可以运行在同一台集群，也可以通过跨主机实现远程通信。

其中

• client：Docker 客户端，调用Docker API，和Docker daemon进行通信。
• Docker daemon:守护进程，接受并处理来自客户端的请求。
• Contianer:容器
• Image:镜像
• registry：仓库集

Docker基础概念

Docker 包括三个基本概念

• 镜像（Image）
• 容器（Container）
• 仓库（Repository）

理解了这三个概念，就理解了 Docker 的整个生命周期。

镜像：一个特殊的文件系统

由上文我们知道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）。可以说，镜像是容器的基础。

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。也就是说，镜像是”read-only“的，这能够保证调用同个镜像得到的内容是一样的。

Docker 设计时，就充分利用 统一文件系统（union file system）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，如下图所示。纵向上我们看到了多个只读层，它们重叠在一起。除了最下面一层，其它层都会有一个指针指向下一层。这些层是Docker内部的实现细节，并且能够在主机（译者注：运行Docker的机器）的文件系统上访问到。union FS技术能够将不同的层整合成一个文件系统，为这些层提供了一个统一的视角，这样就隐藏了多层的存在，在用户的角度看来（即箭头方向的视角），只存在一个文件系统。

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（在构建过程中，处于编辑的一层相当于一个容器）。

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。镜像的复用能够有效地减小存储空间。

容器：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：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， 如果需要在其他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：http://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。

总结

本文介绍了Docker技术的一些基本的概念，指在让更多读者认识Docker技术的魅力和潜力，并不涉及具体Docker技术的实现和使用。Docker虽然说是一个技术，但其思想也是值得大家学习和品味，相信Docker技术在推动行业发展和改变方面具有相当的影响。目前谷歌、腾讯、微软、京东等，都引进Docker技术，变革正在进行，Docker技术有希望将整个互联网变成一个巨计算机，解决资源和服务割裂问题，推动云服务和资源共享向前发展。

参考文献：

https://github.com/yeasy/docker_practice​github.com

yeasy/docker_practice

yeasy/docker_practice​github.com Docker_百度百科​baike.baidu.com https://blog.csdn.net/zl1zl2zl3/article/details/80847805​blog.csdn.net