Docker简介及基础

什么是docker

Docker 相比虚拟机的交付速度更快，资源消耗更低，Docker 采用客户端/服务端架构，使用远程API来管理和创建Docker容器，其可以轻松的创建一个轻量级的、可移植的、自给自足的容器，docker 的三大理念是build(构建)、ship(运输)、 run(运行)，Docker遵从aoache 2.0协议，并通过（namespace及cgroup等）来提供容器的资源隔离与安全保障等，所以Docke容器在运行时不需要类似虚拟机（空运行的虚拟机占用物理机6-8%性能）的额外资源开销，因此可以大幅提高资源利用率,总而言之Docker是一种用了新颖方式实现的轻量级虚拟机.类似于VM但是在原理和应用上和VM的差别还是很大的，并且docker的专业叫法是应用容器(Application Container)。

Docker是CS架构，主要有两个概念

• Docker daemon: 运行在宿主机上，Docker守护进程，用户通过Docker client(Docker命令)与Docker daemon交

• Docker client: Docker 命令行工具，是用户使用Docker的主要方式，Docker client与Docker daemon通信并将结果返回给用户，Docker client也可以通过socket或者RESTful api访问远程的Docker daemon

了解了Docker的组成，再来了解一下Docker的三个主要概念：

• Docker image：镜像是只读的，镜像中包含有需要运行的文件。镜像用来创建container，一个镜像可以运行多个container；镜像可以通过Dockerfile创建，也可以从Docker hub/registry上下载。

• Docker container：容器是Docker的运行组件，启动一个镜像就是一个容器，容器是一个隔离环境，多个容器之间不会相互影响，保证容器中的程序运行在一个相对安全的环境中。

• Docker hub/registry: 共享和管理Docker镜像，用户可以上传或者下载上面的镜像，官方地址为https://registry.hub.docker.com/，也可以搭建自己私有的Docker registry。

简单归纳docker的组成

• Docker 客户端(Client)：客户端使用docker 命令或其他工具调用docker API。

• Docker 服务端(Server)：Docker守护进程，运行docker容器。

• Docker 镜像(Images)：镜像可以理解为创建实例使用的模板。

• Docker 容器(Container): 容器是从镜像生成对外提供服务的一个或一组服务。

• Docker 仓库(Registry): 保存镜像的仓库，类似于git或svn这样的版本控制系统，官方仓库: https://hub.docker.com/

• Docker 主机(Host)：一个物理机或虚拟机，用于运行Docker服务进程和容器。

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Docker对比虚拟机：

• 资源利用率更高：一台物理机可以运行数百个容器，但是一般只能运行数十个虚拟机。

• 开销更小：不需要启动单独的虚拟机占用硬件资源。

• 启动速度更快：可以在数秒内完成启动。

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• 使用虚拟机是为了更好的实现服务运行环境隔离，但是一个虚拟机只运行一个服务，很明显资源利用率比较低。

Docker的优势：

• 快速部署：短时间内可以部署成百上千个应用，更快速交付到线上。

• 高效虚拟化：不需要额外的hypervisor支持，直接基于linux 实现应用虚拟化，相比虚拟机大幅提高性能和效率。

• 节省开支：提高服务器利用率，降低IT 支出。

• 简化配置：将运行环境打包保存至容器，使用时直接启动即可。

• 快速迁移和扩展：可夸平台运行在物理机、虚拟机、公有云等环境，良好的兼容性可以方便将应用从A宿主机迁移到B宿主机，甚至是A平台迁移到B平台。

Docker的缺点：

• 隔离性：各应用之间的隔离不如虚拟机。

docker(容器)的核心技术：

容器****规范：

• 除了docker之外的docker技术，还有coreOS的rkt，还有阿里的Pouch，为了保证容器生态的标志性和健康可持续发展，包括Google、Docker等公司共同成立了一个叫open container（OCI）的组织，其目的就是制定开放的标准的容器规范，目前OCI一共发布了两个规范，分别是runtime spec和image format spec，有了这两个规范，不通的容器公司开发的容器只要兼容这两个规范，就可以保证容器的可移植性和相互可操作性。

容器****runtime：

• runtime是真正运行容器的地方，因此为了运行不同的容器runtime需要和操作系统内核紧密合作相互在支持，以便为容器提供相应的运行环境。

• 目前主流的三种runtime：

  • Lxc：linux上早期的runtime，Docker早期就是采用lxc作为runtime。
  • runc：目前Docker默认的runtime，runc遵守OCI规范，因此可以兼容lxc。
  • rkt：是CoreOS开发的容器runtime，也符合OCI规范，所以使用rktruntime也可以运行Docker容器。

容器****管理工具：

• 管理工具连接runtime与用户，对用户提供图形或命令方式操作，然后管理工具将用户操作传递给runtime执行。

• Lxd是lxc的管理工具。

• Runc的管理工具是docker engine，docker engine包含后台deamon和cli两部分，大家经常提到的Docker就是指的docker engine。

• Rkt的管理工具是rkt cli。

容器****定义工具：

• 容器定义工具允许用户定义容器的属性和内容，以方便容器能够被保存、共享和重建。

• Docker image：是docker 容器的模板，runtime依据docker image创建容器。

• Dockerfile：包含N个命令的文本文件，通过dockerfile创建出docker image。

• ACI(App container image)：与docker image类似，是CoreOS开发的rkt容器的镜像格式。

Registry：

• 统一保存共享镜像的地方，叫做镜像仓库。

• Image registry：docker 官方提供的私有仓库部署工具。

• Docker hub：docker官方的公共仓库，已经保存了大量的常用镜像，可以方便大家直接使用。

• Harbor：vmware 提供的自带web的镜像仓库，目前有很多公司使用。

编排****工具：

• 当多个容器在多个主机运行的时候，单独管理每个容器是相当负载而且很容易出错，而且也无法实现某一台主机宕机后容器自动迁移到其他主机从而实现高可用的目的，也无法实现动态伸缩的功能，因此需要有一种工具可以实现统一管理、动态伸缩、故障自愈、批量执行等功能，这就是容器编排引擎。

• 容器编排通常包括容器管理、调度、集群定义和服务发现等功能。

• Docker swarm：docker 开发的容器编排引擎。

• Kubernetes：google领导开发的容器编排引擎，内部项目为Borg，且其同时支持docker和CoreOS。

• Mesos+Marathon：通用的集群组员调度平台，mesos与marathon一起提供容器编排引擎功能。

docker(容器)的依赖技术：

容器网络：

• docker自带的网络docker network仅支持管理单机上的容器网络，当多主机运行的时候需要使用第三方开源网络，例如calico、flannel等。

服务****发现：

• 容器的动态扩容特性决定了容器IP也会随之变化，因此需要有一种机制开源自动识别并将用户请求动态转发到新创建的容器上，kubernetes自带服务发现功能，需要结合kube-dns服务解析内部域名。

容器****监控：

• 可以通过原生命令docker ps/top/stats 查看容器运行状态，另外也可以使heapster/ Prometheus等第三方监控工具监控容器的运行状态。

数据****管理：

• 容器的动态迁移会导致其在不通的Host之间迁移，因此如何保证与容器相关的数据也能随之迁移或随时访问，可以使用逻辑卷/存储挂载等方式解决。

日志收集****：

• docker 原生的日志查看工具docker logs，但是容器内部的日志需要通过ELK等专门的日志收集分析和展示工具进行处理。

docker存储引擎：

• 目前docker的默认存储引擎为overlay2，需要磁盘分区支持d-type文件分层功能，因此需要系统磁盘的额外支持。

• 官方文档关于存储引擎的选择文档：https://docs.docker.com/storage/storagedriver/select-storage-driver

• Docker官方推荐首选存储引擎为overlay2其次为devicemapper，但是devicemapper存在使用空间方面的一些限制，虽然可以通过后期配置解决，但是官方依然推荐使用overlay2，以下是网上查到的部分资料：https://www.cnblogs.com/youruncloud/p/5736718.html

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• 如果docker数据目录是一块单独的磁盘分区而且是xfs格式的，那么需要在格式化的时候加上参数-n ftype=1，否则后期在启动容器的时候会报错不支持d-type。

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• 报错界面：

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