Docker基础原理

前言

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Docker和容器不是一个意思，Docker包含实现虚拟化技术的一系列技术，而容器（container）只是其中的一个组件。

Docker可以给你带来什么？

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1. 更快交付你的应用（Faster delivery of your applications）
2. 让部署和测试更简单（Deploying and scaling more easily）
3. 实现更高密度和更多的负载（Achieving higher density and running more workloads）

目标

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Docker项目的目标是实现轻量级的操作系统虚拟化解决方案，创建软件程序可移植的轻量容器。

底层实现

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1. Docker 的基础是Linux容器（LXC）等技术，最新的版本开始使用Libcontainer替代LXC。
2. 在LXC的基础上Docker进行了进一步的封装，让用户不需要去关心容器的管理，使得操作更为简便。
3. Docker使用CGroups来提供容器隔离，而Union文件系统用于保存镜像并使容器变得短暂。

Cgroups：Cgroups是Linux内核功能，它让两件事情变成可能：限制Linux进程组的资源占用（内存、CPU）；为进程组制作 PID、UTS、IPC、网络、用户及装载命名空间。
Union文件系统：在union文件系统里，文件系统可以被装载在其他文件系统之上，其结果就是一个分层的积累变化。如下图：

union文件系统

与虚拟机的关系

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用户操作Docker的容器就像操作一个快速轻量级的虚拟机一样简单。
但是它们还是有很大的区别的，看下面两幅图：

virtualization应用

docker应用

官网的说法是：虚拟机上的应用不仅包含了应用本身、必要的依赖（二进制和库包等），还包括整个操作系统；而docker应用不同，共享系统内核，仅仅包含应用本身和依赖。

docker的优势：

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	弱于原生
系统支持量	单机支持上千个容器	一般几十个

docker的特性：

• 交互式Shell：Docker可以分配一个虚拟终端并关联到任何容器的标准输入上，例如运行一个一次性交互shell
• 文件系统隔离：每个进程容器运行在完全独立的根文件系统里
• 写时复制：采用写时复制方式创建根文件系统，这让部署变得极其快捷，并且节省内存和硬盘空间
• 资源隔离：可以使用cgroup为每个进程容器分配不同的系统资源
• 网络隔离：每个进程容器运行在自己的网络命名空间里，拥有自己的虚拟接口和IP地址
• 日志记录：Docker将会收集和记录每个进程容器的标准流（stdout/stderr/stdin），用于实时检索或批量检索
• 变更管理：容器文件系统的变更可以提交到新的映像中，并可重复使用以创建更多的容器。无需使用模板或手动配置

一般情况下

Linux（如ubuntu）运行一个应用，如tomcat，它需要依赖Java环境吧，其实就（可能）是把Java放在/usr/lib下，然后配置用户环境，使你可以在shell（如bash）上使用java指令，（可选）然后关联tomcat的bin目录下的startup.sh到用户环境上，完成上面两个步骤，就可以把tomcat运行起来。

docker方面

相对上面的tomcat例子，Docker就是通过

1. 使用Cgroups隔离计算机资源，使计算机可以运行很多的服务；

2. 使用Namespace分离打包服务运行时需要的所有依赖——java、tomcat，方便移植到新的计算机上，可以看下图（MacOS系统上运行docker）,你会发现此容器已经有java和tomcat；

   
   
   MacOS上docker运行tomcat
3. 使用Union文件系统，把所有的操作记录在Dockerfile（构建镜像的蓝图）；
4. 还有两个特别重要的功能，映射端口和外挂数据卷，映射端口负责接受把docker容器里的某个端口与主机某个端口绑定（请看下面的注意），外挂数据卷就是把war包放置的路径映射到主机上的某个路径，达到业务逻辑和数据持久化分割开，是不是颇有MVC的熟悉感。

注意：这里的端口映射有一个坑，在非Linux上安装docker（比如Windows和MacOS），都是在本机上安装Linux的虚拟机，所有当你在docker运行tomcat时，访问“localhost:8080”是不会有响应的，你应该把localhost换成运行此docker的Linux虚拟机的IP地址。但是在Linux上，就可以通过"localhost:8080"访问到tomcat。这坑很深，我刚接触docker就因为此坑差点放弃了。

Docker结构引擎

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引擎组件图

注意上图，显示的是docker主要组件。

1. Server，就是一个守护进程，它会一直运行在后台；
2. REST API，说明如何与server交互和指示它执行命令；

3. Client，是客户书写指令的地方，也俗称shell，看下图：

   
   
   iTerm运行docker
4. Image，俗称镜像；
5. Container，俗称容器，装载和运行镜像；
6. Network，俗称网络，容器通过暴露端口与主机端口绑定，达到接受来自主机的信号；
7. Volume，俗称外挂，为了能够持久化数据以及共享容器间的数据，Docker提出了Volume的概念。

正如上面提到的内容，docker的基础就是这几块内容。往深一点，就是swarm之类的云计算概念了。

Docker运行流程

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docker运行流程

正如上图所示，当我们想运行一个容器的时候，docker会：

1. 拉取镜像，若本地已经存在该镜像，则不用到网上去拉取
2. 创建新的容器
3. 分配union文件系统并且挂着一个可读写的层，任何修改容器的操作都会被记录在这个读写层上，你可以保存这些修改成新的镜像，也可以选择不保存，那么下次运行改镜像的时候所有修改操作都会被消除
4. 分配网络\桥接接口，创建一个允许容器与本地主机通信的网络接口
5. 设置ip地址，从池中寻找一个可用的ip地址附加到容器上，换句话说，localhost并不能访问到容器
6. 运行你指定的程序
7. 捕获并且提供应用输出，包括输入、输出、报错信息