Docker学习笔记一：了解Docker

简介：

Docker是一个操作系统级的虚拟化技术，是基于LXC技术构建的轻量级容器引擎。与传统的虚拟化技术相比，Docker具有更高效的系统资源利用率、更快速的启动时间、提供一致的运行环境、更轻松的迁移等众多优势。自2013年0.1版本发布以来，围绕Docker逐渐形成了繁荣的生态，迅速的成为国内外各大云计算厂商和开发者手中的利器，并得到大规模的实践应用。

Docker的特性

在docker的官方网站上提到了docker的典型场景：

1. 自动化打包与部署应用
2. 创建轻量级、私密的PAAS环境
3. 自动化测试和持续的集成/部署
4. 部署与扩展webapp、数据库和后台服务

Docker 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采用 C/S架构 Docker daemon 作为服务端接受来自客户的请求，并处理这些请求（创建、运行、分发容器）。 客户端和服务端既可以运行在一个机器上，也可通过 socket 或者RESTful API 来进行通信。

Docker daemon 一般在宿主主机后台运行，等待接收来自客户端的消息。 Docker 客户端则为用户提供一系列可执行命令，用户用这些命令实现跟 Docker daemon 交互。

Docker与虚拟机对比

虚拟化的核心是对资源进行抽象，目标往往是为了在同一个机器上运行多个系统或应用，从而提高系统资源的利用率。虚拟化分为很多类型，比如常见的硬件辅助虚拟化（VMware workstation、 KVM等）。Docker所代表的容器虚拟化技术属于操作系统级虚拟化：内核通过创建多个虚拟的操作系统实例（内核和库）来隔离不同的进程。

如下图所示，传统虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统，在该系统上再运行所需应用进程；而容器内的应用进程直接运行于宿主的内核，容器内没有自己的内核，而且也没有进行硬件虚拟。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。

Docker的优势：

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。
更高效的利用系统资源

1. 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。
   更快速的启动时间：

2. 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。

Docker的基本概念

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

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:14.04 就包含了完整的一套Ubuntu 14.04 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。

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。

Docker Registry

仓库（Repository）是集中存放镜像的地方。另外一个非常相似的单词Registry是注册服务器（例如Docker Hub就是一个官方的Registry）。注册服务器是管理仓库的具体服务器，每个服务器上可以有多个仓库，而每个仓库下面有多个镜像。

从这方面来说，仓库可以被认为是一个具体的项目或目录。例如对于仓库地址dl.dockerpool.com/ubuntu来说，dl.dockerpool.com 是注册服务器地址，ubuntu 是仓库名。（一般而言，一个仓库会存放同一种类型的镜像，例如ubuntu的仓库。）

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会，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，比如，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training/webapp，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。

参考文献：
docker官网,https://www.docker.com/
百度百科,docker,https://baike.baidu.com/item/Docker/13344470?fr=aladdin
浙江大学SEL实验室著,Docker容器与容器云: 人民邮电出版社 2015年9月出版.https://book.douban.com/subject/26593175/
DockerOne著,Docker入门:百度阅读 2015年6月出版. https://yuedu.baidu.com/ebook/d817967416fc700abb68fca1