深入剖析虚拟化技术概念和Docker虚拟化技术概念

深入剖析虚拟化技术概念和应用场景

虚拟化，一是项技术～～，是一种资源解决方案。

虚拟化技术是将物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，以打破物理结构之间的壁垒，使计算元件运行在虚拟的基础上，而不是真实的物理资源上。

通过虚拟化技术，可以将物理资源转变为逻辑资源(虚拟机)，应用程序服务运行在虚拟资源上，而不是真实的物理机上。

VMware workstation 属于个人版虚拟化软件，称为虚拟机软件。将物理资源转变为多台虚拟机，应用软件运行在虚拟机中，各个虚拟机共享物理机的资源 (CPU，硬盘，网卡，内存，IO设备...)

虚拟化技术的落地，底层就必须有物理机支撑！

单纯的物理机器是不能直接虚拟化的，都需要虚拟化软件来实现。目前主流的虚拟化软件有：KVM，XEN，ESXI，HP-V，Docker，Virtual BOX等

虚拟化技术的应用场景示例

企业需求：部署一百套Nginx WEB服务，要求对外端口为80，要求独立服务器部署

• 传统方案：采购一百台低配硬件物理机，每台物理机部署一套Nginx WEB服务

• 虚拟化方案：采购10台高配硬件物理机，每台物理机虚拟10台虚拟机，每台虚拟机独立部署一套Nginx WEB服务

很明显，第二种方案，从成本、部署难度、维护等方面，第二种都是比第一种好的。

所以，虚拟化的意义：对于硬件设备资源的最大化利用，降低企业各种费用成本，简化后期资源部署和维护，动态满足企业需求，基于虚拟化资源来代替待淘汰的物理资源

云计算技术概念和应用场景

深入剖析Docker虚拟化概念和底层原理

Docker简介

Docker是虚拟化技术的一种，也是目前使用比较多的一种。Go语言开发引擎

Docker利用“集装箱”(容器)的原理，将系统、开发软件包、依赖环境等统一打包到容器中，将整个容器部署至其他的平台或者服务器上。

容器技术：一种虚拟化的方案，和传统的虚拟机(通过中间层"guerst OS"运行服务)不同，Docker直接运行在操作系统之上。因此容器虚拟化也被称之为操作系统虚拟化。Docker容器依赖于Linux内核特性，Namespace和Cgroups，所以只能运行在Linux之上。

官方定义：Docker是一个开元的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖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，相互之间没有任何接口(iphone的app也是这样)，几乎没有性能开销；可以很容易在机器和数据中心运行。最重要的是，他们不依赖任何语言，框架甚至系统

Docker虚拟化技术比传统虚拟化技术的优点

假设基于传统虚拟化和Docker虚拟化部署Nginx WEB服务，两种方案部署如下：

• 传统虚拟化：硬件服务器-HostOS-VMM-GuestOS-Nginx WEB服务

• Docker虚拟化：硬件服务器-HostOS-VMM-Nginx WEB服务

传统的虚拟化，不能直接启动Nginx WEB，Docker可以直接启动Nginx WEB

如果是传统虚拟化技术，原本只需要很少资源的服务应用，就需要很大的“guestOS“资源来支撑真正的服务

Docker目标

• 提供简单轻量级的建模方式（docker的启动是毫秒级的）

• 职责的逻辑分离：开发人员只需要关注容器中运行的程序，运维人员只需要关注对容器的管理。Docker开发提高了开发程序和部署容器的一致性

• 快速高效的开发声明周期：缩短代码从开发、测试到部署上线的生命周期

• 鼓励使用面向服务的架构：docker推荐单个容器只运行一个应用程序/进程，这样就形成了一个分布式的应用程序模型，避免服务之间的互相影响。实现 高内聚 低耦合

Docker的使用场景

1. 使用Docker容器开发、测试、部署服务。

   docker本身是轻量级的，所以本地开发人员可以构建、运行并分享docker容器，容器可以在开发环境中创建，然后提交到测试，在到生产环境。

2. 创建隔离的运行环境

   在很多企业应用中，同一服务的不同版本可能服务于不同的用户，使用Docker很容易创建不同的环境来运行不同版本的服务

3. 搭建测试环境

   有于Docker的轻量化，所以开发者很容易在本地搭建测试环境，用来测试程序在不同系统下的兼容性，甚至集群式的测试环境。

4. 构建多用户的平台服务(PaaS)基础设施

5. 即同软件即服务(SaaS)应用程序

6. 高性能、超大规模的宿主机部署

Docker的基本组成

Docker基本组成：

1. Docker Client 客户端

2. Docker Daemon 守护进程

3. Docker Image 镜像

4. Docker Container 容器

5. Docker Registry 仓库

• Docker客户端/守护进程：

  docker是C/S架构的程序，docker客户端向服务端发送请求，守护进程处理完所有的工作，并返回处理结果。客户端对服务端的访问，既可以是本地，也可以通过远程

• Docker镜像：

  docker镜像是docker容器的基石。跟ISO镜像类似，静止的模版，用于Docker容器的底层基础文件

  docker镜像是一个层叠的只读文件系统(联合文件系统)：

  最低端是一个引导文件系统 bootfs

  第二层是rootfs，位于引导文件系统之上，可以是一种或多种操作系统(redhat/ubuntu等)，在docker中，rootfs永远是只读方式，并且利用联合加载技术(union mount)，加载更多的只读文件系统

  
  

• Docker容器：

  docker容器通过docker镜像启动，是Docker镜像运行的实体，是活动的。

  当一个容器启动时，会再docker镜像的最顶层加载一个读写文件系统，docker中运行的程序就是在该层进行运行的，第一次启动是，初始化的读写层是空的，所有的写操作都应用在该层(从只读的底层复制到读写层(写时复制技术))

  Docker镜像和容器的关系，跟程序和进程的关系类似

• Docker仓库：

  存放Docker镜像的地方，一般分为公共仓库和私有仓库，docker公司提供了一个自己的仓库"Docker Hub"

Docker的相关技术

Docker依赖Linux的内核特性有：Cgroup(控制组)和Namespace(命名空间)

• Namespace

命名空间是一种封装的概念，在操作系统层面上，提供了系统资源的隔离，系统资源包括{进程、文件系统、网络等}。Linux实现命名空间的目的：为了实现轻量级虚拟化服务，在不同命名空间下的进程，彼此毫无关系。

docker使用了五种命名空间：

1. PID 进程隔离

2. NET 管理网络接口

3. IPC 管理进程间通信

4. MNT 管理挂载点，文件系统间的隔离

5. UTS 管理内核和版本标示的隔离

• Cgroup(Control Groups)

Cgroup对隔离的资源进行管理，是一种用来限制、记录，隔离进程组资源的机制。就是为了容器技术而生的。

Cgroup对资源的管理方式：

1. 资源限制 如：对内存的分配上限

2. 优先级设定 如：某个进程优先使用cpu时间片

3. 资源计量 计算进程组使用了多少系统资源，尤其时在记费系统中

4. 资源控制 将进程组挂起或恢复

Docker容器的能力：

• 文件系统隔离：每个容器都有自己的root文件系统

• 进程隔离：每个容器都运行在自己的进程环境中，互相不影响

• 网络隔离：容器间的虚拟网络接口和IP地址都是分开的

• 资源隔离和分组：使用Cgroups将CPU和内存之类的物理资源独立的分配给每个Docker容器