浅谈Docker底层原理

1 Docker和虚拟机异同

如下图，来自Docker官网，左边为Docker，右边为虚拟机，VM虚拟机是在宿主机器操作系统的基础上创建操作系统。Docker是在宿主机器的操作系统上创建Docker引擎，直接调用硬件资源。

但是Docker和虚拟机都有的相同点，那就是隔离性，Docker最大优势就是相对于虚拟机更加的轻量级。

因此，我们可以总结出：

Docker和虚拟机相同点：

• 隔离性
• 资源可分配

Docker和虚拟机不同点：

• 虚拟机是硬件层抽象，虚拟硬件和操作系统，而Docker是应用层抽象，只虚拟化操作系统
• Docker相比虚拟机更加轻量级和便携
• Docker启动速度更快

2 Docker底层原理

说到Docker的底层原理，不得不说下Linux中的两个关键性概念：cgroups和namespace，下面我们利用wiki的参考来进行下讲解。

2.1 cgroups

cgroups，其名称源自控制组群（英语：control groups）的简写，是Linux内核的一个功能，用来限制、控制与分离一个进程组的资源（如CPU、内存、磁盘输入输出等）。

cgroups的一个设计目标是为不同的应用情况提供统一的接口，从控制单一进程到操作系统层虚拟化（像LXC）。

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执行环境，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并不一定需要启动任何虚拟机。

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。

cgroups功能：

• **资源限制：**组可以被设置不超过设定的内存限制；这也包括虚拟内存。
• **优先级：**一些组可能会得到大量的CPU 或磁盘IO吞吐量。
• **结算：**用来度量系统实际用了多少资源。
• **控制：**冻结组或检查点和重启动。

2.2 Namespace

名字空间（英语：Namespace），也称命名空间、名称空间等，它表示着一个标识符（identifier）的可见范围。一个标识符可在多个名字空间中定义，它在不同名字空间中的含义是互不相干的。这样，在一个新的名字空间中可定义任何标识符，它们不会与任何已有的标识符发生冲突，因为已有的定义都处于其他名字空间中。

在编程语言中，名字空间是对作用域的一种特殊的抽象，它包含了处于该作用域内的标识符，且本身也用一个标识符来表示，这样便将一系列在逻辑上相关的标识符用一个标识符组织了起来。许多现代编程语言都支持名字空间。在一些编程语言（中，名字空间本身的标识符也属于一个外层的名字空间，也即名字空间可以嵌套，构成一个名字空间树，树根则是无名的全局名字空间。

命名空间最典型的是在Spring的IOC配置文件中：

<bean id="sqlSessionFactory" class="org.mybatis.spring.SqlSessionFactoryBean">
    <property name="dataSource" ref="dataSource"/>
    <property name="configLocation" value="classpath:mybatis-config.xml"/>
bean>

<bean class="org.mybatis.spring.mapper.MapperScannerConfigurer">
    <property name="sqlSessionFactoryBeanName" value="sqlSessionFactory"/>
    <property name="basePackage" value="org.ymx.Dao"/>
bean>

3 总结

Docker是采用Go语言编写的项目，底层原理就是利用Linux的cgroups和namespace，本质上就是操作系统的一个进程，cgroups主要负责资源分配，namespace主要负责容器间的隔离（包括进程和网络等等）。

参考链接：

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e7/Linux_kernel_unified_hierarchy_cgroups_and_systemd.svg

https://zh.wikipedia.org/wiki/Cgroups

https://zh.wikipedia.org/wiki/LXC

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%91%BD%E5%90%8D%E7%A9%BA%E9%97%B4

https://www.docker.com/resources/what-container