LXC是什么、什么是docker、docker产生的背景

LXC

LXC是什么

LXC，其名称来自Linux软件容器（Linux Containers）的缩写，一种操作系统层虚拟化（Operating system–level virtualization）技术，为Linux内核容器功能的一个用户空间接口。它将应用软件系统打包成一个软件容器（Container），内含应用软件本身的代码，以及所需要的操作系统核心和库。透过统一的名字空间和共享API来分配不同软件容器的可用硬件资源，创造出应用程序的独立沙箱运行环境，使得Linux用户可以容易的创建和管理系统或应用容器。

在Linux内核中，提供了cgroups功能，来达成资源的区隔化。它同时也提供了名称空间区隔化的功能，使应用程序看到的操作系统环境被区隔成独立区间，包括行程树，网络，用户id，以及挂载的文件系统。但是cgroups并不一定需要引导任何虚拟机。

LXC利用cgroups与名称空间的功能，提供应用软件一个独立的操作系统环境。LXC不需要Hypervisor这个软件层，软件容器（Container）本身极为轻量化，提升了创建虚拟机的速度。软件Docker被用来管理LXC的环境。

LXC解决什么问题
通过上面的介绍，我们知道容器(6个名称空间)和cgroups组合即可实现完整并且保证隔离的容器环境。但是控制名称空间和cgroups都是系统调用，又有多少人能掌握呢？ 于是LXC出现了，LXC就是让用户可以轻松地创建和管理系统或应用程序容器。
LXC如何工作

LXC容器通常被认为是在chroot和传统虚拟化之间的。LXC的目标是创建一个尽可能接近标准的linux安装环境，但不需要单独的内核。换而言之LXC就像是传统虚拟化一样提供一个VM只是和寄宿系统公用同一个内核（与docker不一样)

LXC工作模式是这样的，使用lxc-create创建一个容器(名称空间)，然后通过模板(早期shell脚本，目前yaml脚本)，执行安装过程。这个模板，会自动实现安装过程，这个安装就是指向了你想创建的容器（名称空间）的系统发行版的仓库，利用仓库中的程序包下载至本地来完成安装过程。于是这个容器(名称空间)就像虚拟机一样使用。

Dcoker

Docker是什么

Docker是一个开放源代码软件，是一个开放平台，用于开发应用、交付（shipping）应用、运行应用。 Docker允许用户将基础设施（Infrastructure）中的应用单独分割出来，形成更小的颗粒（容器），从而提高交付软件的速度。

Docker容器与虚拟机类似，但二者在原理上不同。容器是将操作系统层虚拟化，虚拟机则是虚拟化硬件，因此容器更具有便携性、高效地利用服务器。 容器更多的用于表示 软件的一个标准化单元。由于容器的标准化，因此它可以无视基础设施（Infrastructure）的差异，部署到任何一个地方。另外，Docker也为容器提供更强的业界的隔离兼容。

Docker解决什么问题

通过上面的描述我们知道了LXC被用来管理容器，但是使用LXC来管理容器将会面临下列问题：

1. 要想使用LXC管理容器，要学习很对LXC工具。LXC命令列表
2. 必要时要定制模板
3. 每一个名称空间都是安装生成的，在该名称空间中运行的进程会生成一些文件(数据库之类的)，当该宿主故障时，如何迁移到其他宿主机上
4. 批量创建较困难
   
   总结起来就是通过LXC管理容器比起传统虚拟化的虚拟机的使用复杂度没有多大降低，更何况隔离性也没有虚拟机那么好。当然了好处在于每个容器中的进行都可以直接使用宿主机的性能，中间没有额外开销（节约资源）。LXC在分发和大规模使用上没有很好的方法。于是后来就出现了Docker，早期的Docker可以看作为是LXC的增强版（主要解决分发和大规模使用)。

Docker本身不是容器，Docker只是容器的易用工具。容器是Linux内核的技术，Docker只是简化容器这种技术的使用。

Docker如何工作

如上所述LXC面临大规模使用和在其他的主机上复刻容器（分发)很难，于是Docker就在这方面着手解决。所以早期的Docker就是LXC的二次封装。功能上是通过LXC作为容器管理引擎，但是创建容器时，不在是用模板现场安装生成，而是事先通过一种叫做镜像的技术。把一个操作系统的用户空间用到了所有组件编排好，编排好以后整体打包成一个文件。这个文件就叫做镜像文件(Image)。使用Docker创建容器时，Docker不会激活LXC的模板创建安装。而是连接到镜像仓库，下载一个创建容器所需要的镜像。 Docker极大的简化了容器的使用，比如想要运行一个nginx 直接docker run nginx 就行了。

每个容器本身可以运行一个多一组进程，Docker为了使容器的使用更加易于管理，采用在一个Docker容器中之运行一个进程。这样会带来一下好处和坏处。

好处：

1. 每个容器只运行一个进程，多个进程走容器间通信（更加隔离性，更容器分发)

坏处：

1. 所需要的存储空间增加了
2. 调试容器中的进程比较困难

开发人员开发的好的程序只需要打包到一个Docker镜像中，便可以到处运行在拥有在Docker的机器上。一些特殊进程类似数据库这种，需要采用共享存储才可以更好的解决分发问题。通过将应用打包为镜像这种机制，可以很好的解决分发的问题。 在大规模使用场景上也是很简单的，在每个机器上只需要有一份镜像文件便可以启动N个示例。(具体参考Docker镜像，分层部署-联合挂载这一特性)

有了Docker的镜像机制后就可以很好的解决分发和大规模使用了。 当然想好用好容器还是要有容器编排工具的。

Docker产生背景以及历史

众所周知，Linux在早已存在LXC（Linux Container）的概念。LXC即系统默认利用namespace和cgroup实现的轻量级虚拟化机。LXC利用namespace实现类似于虚拟机的分隔，利用cgroup实现资源分配。现在流行的容器引擎有docker和rocket，其中出名的则为docker。docker公司发展是有dotCloud公司内部项目演化而来。

可以理解，docker就是一款容器引擎，利用其相关的工具实现容器、镜像的管理和应用。

由上图可见，容器生态十分丰富，从最底层的物理硬件，到虚拟化的云平台，到操作系统，到容器引擎，到编排服务工具以及开发流等。完整的容器生态将给整个云生态带来各个层面的改变，更加快捷、高效、省心的运维等。

虚拟机和容器的区别
容器是一种轻量级的虚拟化技术，那么与传统虚拟机的区别呢？

由上图可见，左图虚拟机的Guest OS层和Hypervisor层在docker中被Docker Engine层所替代。虚拟机的Guest OS即为虚拟机安装的操作系统，它是一个完整操作系统内核；虚拟机的Hypervisor层可以简单理解为一个硬件虚拟化平台，它在Host OS是以内核态的驱动存在的。
虚拟机实现资源隔离的方法是利用独立的OS，并利用Hypervisor虚拟化CPU、内存、IO设备等实现的。例如，为了虚拟CPU，Hypervisor会为每个虚拟的CPU创建一个数据结构，模拟CPU的全部寄存器的值，在适当的时候跟踪并修改这些值。需要指出的是在大多数情况下，虚拟机软件代码是直接跑在硬件上的，而不需要Hypervisor介入。只有在一些权限高的请求下，Guest OS需要运行内核态修改CPU的寄存器数据，Hypervisor会介入，修改并维护虚拟的CPU状态。