Docker
一、什么是Docker
Docker是一个开源的应用容器引擎，基于go语言开发并遵循了apache2.0协议开源。Docker是在Linux容器里运行应用的开源工具，是一种轻量级的“虚拟机”。Docker 的容器技术可以在一台主机上轻松为任何应用创建一个轻量级的、可移植的、自给自足的容器。
Docker的Logo设计为蓝色鲸鱼，拖着许多集装箱。
鲸鱼可看作为宿主机，集装箱可理解为相互隔离的容器，每个集装箱中都包含自己的应用程序。
Docker的设计宗旨：Build,Ship and Run Any App,Anywhere:即通过对应用组件的封装、发布、部署、运行等生命周期的管理，达到应用组件级别的“一次封装，到处运行”的目的。这里的组件，既可以是一个应用，也可以是一套服务，甚至是一个完整的操作系统。
容器化越来越受欢迎，因为容器是：
- 灵活：即使是最复杂的应用也可以集装箱化。
- 轻量级：容器利用并共享主机内核。
- 可互换：可以即时部署更新和升级。
- 便携式：可以在本地构建，部署到云，并在任何地方运行。
- 可扩展：可以增加并自动分发容器副本。
- 可堆叠：可以垂直和即时堆叠服务。
容器是在linux上本机运行，并与其他容器共享主机的内核，它运行的是一个独立的进程，不占用其他任何可执行文件的内存，非常轻量。虚拟机运行的是一个完整的操作系统，通过虚拟机管理程序对主机资源进行虚拟访问，相比之下需要的资源更多。
Docker与虚拟机的区别：
| 特性 | Docker容器 | 虚拟机 |
| 启动速度 | 秒级 | 分钟级 |
| 计算能力损耗 | 几乎无 | 损耗 50%左右 |
| 性能 | 接近原生 | 弱于 |
| 系统支持量（单机） | 上千个 | 几十个 |
| 隔离性 | 资源隔离/限制 | 完全隔离 |
容器在内核中支持2种重要技术：
docker本质就是宿主机的一个进程，docker是通过namespace实现资源隔离，通过cgroup实现资源限制，通过写时复制技术（copy-on-write）实现了高效的文件操作（类似虚拟机的磁盘比如分配500g并不是实际占用物理磁盘500g）。
namespace的六项隔离
| namespace | 系统调用参数 | 隔离内容 |
| UTS | CLONE_NEWUTS | 主机名与域名 |
| IPC | CLONE_NEWWIPC | 信号量、消息队列和共享内存 |
| PID | CLONE_NEWPID | 进程编号 |
| NETWORK | CLONE_NEWNET | 网络设备、网络栈、端口等 |
| MOUNT | CLONE_NEWNS | 挂载点（文件系统） |
| USER | CLONE_NEWUSER | 用户和用户组（3.8以后的内核才支持） |
二、Docker核心概念：
●镜像
Docker的镜像是创建容器的基础，类似虚拟机的快照，可以理解为一个面向 Docker 容器引擎的只读模板。通过镜像启动一个容器，一个镜像是一个可执行的包，其中包括运行应用程序所需要的所有内容包含代码，运行时间，库、环境变量、和配置文件。
Docker镜像也是一个压缩包，只是这个压缩包不只是可执行文件，环境部署脚本，它还包含了完整的操作系统。因为大部分的镜像都是基于某个操作系统来构建，
所以很轻松的就可以构建本地和远端一样的环境，这也是Docker镜像的精髓。
●容器
Docker的容器是从镜像创建的运行实例，它可以被启动、停止和删除。所创建的每一个容器都是相互隔离、互不可见，以保证平台的安全性。
可以把容器看做是一个简易版的linux环境（包括root用户权限、镜像空间、用户空间和网络空间等）和运行在其中的应用程序。
●仓库
Docker仓库是用来集中保存镜像的地方，当创建了自己的镜像之后，可以使用push命令将它上传到公有仓库（Public）或者私有仓库（Private）。
当下次要在另外一台机器上使用这个镜像时，只需从仓库获取。
Docker 的镜像、容器、日志等内容全部都默认存储在 /var/lib/docker
三、Docker 网络
Docker使用Linux桥接，在宿主机虚拟一个Docker容器网桥(docker0)，Docker启动一个容器时会根据Docker网桥的网段分配给容器一个IP地址，称为Container-IP，同时Docker网桥是每个容器的默认网关。因为在同一宿主机内的容器都接入同一个网桥，这样容器之间就能够通过容器的 Container-IP 直接通信。
Docker网桥是宿主机虚拟出来的，并不是真实存在的网络设备，外部网络是无法寻址到的，这也意味着外部网络无法直接通过 Container-IP 访问到容器。如果容器希望外部访问能够访问到，可以通过映射容器端口到宿主主机（端口映射），即 docker run 创建容器时候通过 -p 或 -P 参数来启用，访问容器的时候就通过[宿主机IP]:[容器端口]访问容器。
Docker 的网络模式：
- Host：容器将不会虚拟出自己的网卡，配置自己的IP等，而是使用宿主机的IP和端口。
- Container：创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的IP，而是和一个指定的容器共享IP、端口范围。
- None：该模式关闭了容器的网络功能。
- Bridge：默认为该模式，此模式会为每一个容器分配、设置IP等，并将容器连接到一个docker0虚拟网桥，通过docker0网桥以及iptables nat 表配置与宿主机通信。
- 自定义网络
安装Docker时，它会自动创建三个网络，bridge（创建容器默认连接到此网络）、 none 、host
1．host模式
相当于Vmware中的桥接模式，与宿主机在同一个网络中，但没有独立IP地址。Docker使用了Linux的Namespaces技术来进行资源隔离，如PID Namespace隔离进程，Mount Namespace隔离文件系统，Network Namespace隔离网络等。一个Network Namespace提供了一份独立的网络环境，包括网卡、路由、iptable规则等都与其他的Network Namespace隔离。 一个Docker容器一般会分配一个独立的Network Namespace。 但如果启动容器的时候使用host模式，那么这个容器将不会获得一个独立的Network Namespace， 而是和宿主机共用一个Network Namespace。容器将不会虚拟出自己的网卡、配置自己的IP等，而是使用宿主机的IP和端口。
2．container模式
在理解了host模式后，这个模式也就好理解了。这个模式指定新创建的容器和已经存在的一个容器共享一个Network Namespace，而不是和宿主机共享。新创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的IP，而是和一个指定的容器共享IP、端口范围等。同样，两个容器除了网络方面，其他的如文件系统、进程列表等还是隔离的。两个容器的进程可以通过lo网卡设备通信。
3．none模式
使用none模式，Docker容器拥有自己的Network Namespace，但是，并不为Docker容器进行任何网络配置。 也就是说，这个Docker容器没有网卡、IP、路由等信息。这种网络模式下容器只有lo回环网络，没有其他网卡。这种类型的网络没有办法联网，封闭的网络能很好的保证容器的安全性。
4．bridge模式
bridge模式是docker的默认网络模式，不用--net参数，就是bridge模式。相当于Vmware中的 nat 模式，容器使用独立network Namespace，并连接到docker0虚拟网卡。通过docker0网桥以及iptables nat表配置与宿主机通信，此模式会为每一个容器分配Network Namespace、设置IP等，并将一个主机上的 Docker 容器连接到一个虚拟网桥上。
- （1）当Docker进程启动时，会在主机上创建一个名为docker0的虚拟网桥，此主机上启动的Docker容器会连接到这个虚拟网桥上。虚拟网桥的工作方式和物理交换机类似，这样主机上的所有容器就通过交换机连在了一个二层网络中。
- （2）从docker0子网中分配一个IP给容器使用，并设置docker0的IP地址为容器的默认网关。在主机上创建一对虚拟网卡veth pair设备。veth设备总是成对出现的，它们组成了一个数据的通道，数据从一个设备进入，就会从另一个设备出来。因此，veth设备常用来连接两个网络设备。
- （3）Docker将 veth pair 设备的一端放在新创建的容器中，并命名为 eth0（容器的网卡），另一端放在主机中， 以 * 这样类似的名字命名，并将这个网络设备加入到 docker0 网桥中。可以通过 brctl show 命令查看。veth
- （4）使用 docker run -p 时，docker实际是在iptables做了DNAT规则，实现端口转发功能。可以使用iptables -t nat -vnL 查看。
四、CPU 资源控制
cgroups，是一个非常强大的linux内核工具，他不仅可以限制被 namespace 隔离起来的资源， 还可以为资源设置权重、计算使用量、操控进程启停等等。 所以 cgroups（Control groups）实现了对资源的配额和度量。
cgroups有四大功能：
- 资源限制：可以对任务使用的资源总额进行限制
- 优先级分配：通过分配的cpu时间片数量以及磁盘IO带宽大小，实际上相当于控制了任务运行优先级
- 资源统计：可以统计系统的资源使用量，如cpu时长，内存用量等
- 任务控制：cgroup可以对任务执行挂起、恢复等操作