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机器或Windows 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。

docker 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从而不会再出现 「这段代码在我机器上没问题啊」 这类问题。

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

Docker 引擎

Docker 引擎是一个包含以下主要组件的客户端服务器应用程序。

• 一种服务器它是一种称为守护进程并且长时间运行的程序。
• REST API用于指定程序可以用来与守护进程通信的接口并指示它做什么。
• 一个有命令行界面 (CLI) 工具的客户端。

Docker 引擎组件的流程如下图所示

Docker 系统架构

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	面向对象
容器	对象
镜像	类

标题	说明
镜像(Images)	Docker 镜像是用于创建 Docker 容器的模板。
容器(Container)	容器是独立运行的一个或一组应用。
客户端(Client)	Docker 客户端通过命令行或者其他工具使用 Docker API (Develop with Docker Engine API | Docker Docs ) 与 Docker 的守护进程通信。
主机(Host)	一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker 守护进程和容器。
仓库(Registry)	Docker 仓库用来保存镜像可以理解为代码控制中的代码仓库。Docker Hub(https://hub.docker.com ) 提供了庞大的镜像集合供使用。
Docker Machine	Docker Machine是一个简化Docker安装的命令行工具通过一个简单的命令行即可在相应的平台上安装Docker比如VirtualBox、 Digital Ocean、Microsoft Azure。

Docker 镜像

我们都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。比如官方镜像 ubuntu:16.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 16.04 最小系统的 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。

因为镜像包含操作系统完整的 root 文件系统其体积往往是庞大的因此在 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。所以严格来说镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件镜像只是一个虚拟的概念其实际体现并非由一个文件组成而是由一组文件系统组成或者说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。

Docker 容器

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。因此容器可以拥有自己的 root 文件系统、自己的网络配置、自己的进程空间甚至自己的用户 ID 空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里使用起来就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。也因为这种隔离的特性很多人初学 Docker 时常常会混淆容器和虚拟机。

前面讲过镜像使用的是分层存储容器也是如此。每一个容器运行时是以镜像为基础层在其上创建一个当前容器的存储层我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为容器存储层。

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删除或者重新运行之后数据却不会丢失。

Docker 仓库

概述

镜像构建完成后可以很容易的在当前宿主机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。

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。

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。我们可以通过 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。

仓库名经常以 两段式路径 形式出现比如 jwilder/nginx-proxy前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名后者则往往是对应的软件名。但这并非绝对取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务。

公有 Docker Registry

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。除此以外还有 CoreOS 的 Quay.ioCoreOS 相关的镜像存储在这里Google 的 Google Container RegistryKubernetes 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Registry Mirror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 等。使用加速器会直接从国内的地址下载 Docker Hub 的镜像比直接从 Docker Hub 下载速度会提高很多。

国内也有一些云服务商提供类似于 Docker Hub 的公开服务。比如 时速云镜像仓库、网易云镜像服务、DaoCloud 镜像市场、阿里云镜像库 等。

私有 Docker Registry

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。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。