Docker的基础概念介绍

目录

一、引言

二、虚拟化介绍

1、虚拟化概念

2、耦合和解耦合概念

2.1、耦合性

2.2、耦合

2.3、解耦合

3、虚拟化作用

4、虚拟化工作原理

5、两大核心组件

5.1、QEMU

5.2、KVM

6、虚拟化类型

三、Docker概述

1、docker是什么？

2、为什么从传统服务器迭代到虚拟化

3、Docker特点

4、Docker容器 VS KVM

4.1、KVM：

4.2、Docker容器：

4.3、区别

 5、Docker的三大组成要素

6、Docker容器的运行逻辑

7、Docker 名称空间

8、控制组—cgroups（Control groups）

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一、引言

Linux操作系统会有一个主进程，派生出其他进程来控制不同的服务。

二、虚拟化介绍

       虚拟化使得在一台物理的服务器上可以跑多台虚拟机，虚拟机共享物理机的 CPU、内存、IO 硬件资源，但逻辑上虚拟机之间是相互隔离的。虚拟化在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

       目前主流的虚拟化技术包括开源的XEN、KVM，VMware的ESXi以及微软的Hyper-V。

1、虚拟化概念

将应用程序和系统内核资源进行解耦，以操作系统级别进行隔离，目的是提高资源利用率

2、耦合和解耦合概念

2.1、耦合性

       耦合性也叫块间联系。指软件系统结构中各模块间相互联系紧密程度的一种度量。模块 之间联系越紧密，其耦合性就越强，模块之间越独立则越差，模块间耦合的高低取决于模块 间接口的复杂性，调用的方式以及传递的信息。

2.2、耦合

       在软件工程中，对象之间的耦合度就是对象之间的依赖性。对象之间的耦合越高，维护成本越高，因此对象的设计应使类和构件之间的耦合最小。

2.3、解耦合

解耦合，字面意思就是解除耦合关系。

在软件工程中，降低耦合度即可以理解为解耦，模块间有依赖关系必然存在耦合，理论上的绝对零耦合是做不到的，但可以通过一些现有的方法将耦合度降至最低。

3、虚拟化作用

缓解及解决资源利用率的问题。实际的实例的性能相对而言比虚拟化的要稳定，功能要强大的多。

4、虚拟化工作原理

一种叫做 Hypervisor （虚拟机监控程序）的软件可有效分隔物理资源，并将这些资源分配给不同虚拟环境（也就是需要这些资源的任务）使用。虚拟机监控程序可能位于操作系统的顶层（例如在便携式计算机上），或者直接安装在硬件上（例如服务器），这是大多数企业使用虚拟化的方式。虚拟机监控程序接管物理资源，并对它们进行划分，以便虚拟环境能够对其进行使用。

来自物理环境的资源根据需要进行了分区，分配给了很多虚拟环境使用。用户在虚拟环境（通常称为客户机或虚拟机）内部，能够与计算任务交互，并运行计算。虚拟机作为单个数据文件运行。与任何数字文件相同，虚拟机可从一台计算机迁移至另一台计算机，在任何一台计算机上打开，工作方式都是相同的。

当虚拟环境正在运行时，如果用户或程序发出一条指令，请求来自物理环境的更多资源， 虚拟机监控程序就会将请求传递到物理系统并缓存更改，所有这些步骤都接近本机速度（特别是如果该请求来自基于 KVM，即基于内核的虚拟机的开源虚拟机监控程序）。

5、两大核心组件

5.1、QEMU

QEMU是I/O控制的模块，可以理解为队列，核心目的是调用资源内核中的资源，需要把KVM逻辑分割出来的资源运输给QEMU，再给虚拟机。

QEMU是I/O控制的模块，可以理解为队列，核心目的是调用资源内核中的资源，需要把KVM逻辑分割出来的资源运输给QEMU，再给虚拟机

5.2、KVM

用来逻辑分割物理资源，抽象化为虚拟化资源，根据VMM里的配置，进行逻辑分割，给应用程序去进行虚拟化。

只接受来自QEMU的请求指令。对于应用程序直接过来的敏感指令会拦截，然后通过接口发给QEMU，让QEMU判断是否需要执行，可以的话，再下来，不可以的话，打回去，不执行该敏感指令。

6、虚拟化类型

1. 全虚拟化：将物理硬件资源全部通过软件的方式抽象化，最后进行调用
2. 半虚拟化：需要修改操作系统
3. 直通:直接使用物理硬件资源（需要支持，还不完善)

三、Docker容器

1、docker 诞生

①、Docker是 dotcloud 公司开源的一款产品 dotcloud是2010年新成立的一家公司,主要基于PAAS ( Platfrom as a Service )平台为开发者提供服务

②、Linux Container是一种内核虚拟化技术，可以提供轻量级的虚拟化，以便隔离进程和资源。

③、Docker是PAAS提供商dotCloud开源的一个基于LXC 的高级容器引擎，源代码托管在Github 上，基于go语言并遵从 Apache2.0协议开源

2、docker是什么？

①、是一种轻量级的“虚拟机”

②、在Linux容器里运行应用的开源工具

3、为什么从传统服务器迭代到虚拟化

优势：

①、对于传统服务器，可以提高利用率

②、为微服务提供对于的运行时环境

③、隔离性较高（因为虚拟机之间是完整的操作系统的隔离)

④、安全性较高，不会轻易出现雪崩的情况

⑤、管理较为方便(争议性)

⑥、比较容易进行弹性伸缩资源

⑦、前期成本高，后期相较传统，会更"便宜"点

劣势：

①、前期成本较高

②、维护难度高

③、主机安全性要求高

④、不适合运行对资源要求极高的应用（简称极度吃资源的应用)

⑤、运行代价有的时候，较高

4、Docker特点

1. 灵活：即使是最复杂的应用也可以集装箱化。
2. 轻量级：容器利用并共享主机内核。
3. 可互换：可以即时部署更新和升级。
4. 便携式：可以在本地构建，部署到云，并在任何地方运行。
5. 可扩展：可以增加并白动分发容器副本。
6. 可堆叠：可以垂直和即时堆叠服务。

5、Docker容器 VS KVM

5.1、KVM：

使用Hypervisor提供虚拟机的运行平台，管理每个VM中操作系统的运行。每个VM都要有自己的操作系统、应用程序和必要的依赖文件等。

5.2、Docker容器：

使用Docker引擎进行调度和隔离，提高了资源利用率，在相同硬件能力下可以运行更多的容器实例；每个容器拥有自己的隔离化用户空间

5.3、区别

不同点	Docker容器	VM
启动速度	秒级	分钟级
运行性能	接近原生（直接在内核中运行）	约50%左右损失
磁盘占用	MB	GB
数量	成百上千	一般几十台
隔离性	进程进别	系统级别（更彻底）
操作系统	只要支持linux	几乎所有
分装程度	只打包项目代码和依赖关系，共享宿主机内核	完成的操作系统，与宿主机隔离

6、Docker的三大组成要素

1、镜像：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配置参数。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镜像运行之后就变成容器（docker run）

2、容器：镜像创建的运行实例，Docker利用容器来运行应用。每个容器都是相互隔离的、保证安全的平台。我们可以把容器看做是一个轻量级的Linux运行环境。

3、镜像仓库：集中存放镜像文件的地方。用户创建完镜像后，可以将其上传到公共仓库或者私有仓库，需要在另一台主机上使用该镜像时，只需要从仓库上下载即可。

7、Docker容器的运行逻辑

Docker使用客户端/服务器 (C/S) 架构模式，Docker守护进程（Docker daemon）作为Server端接收Docker客户端的请求，并负责创建、运行和分发Docker容器。Docker守护进程一般在Docker主机后台运行，用户使用Docker客户端直接跟Docker守护进程进行信息交互。

①、橙色流程所示，执行Docker构建指令会根据Docker文件构建一个镜像存放于本地Docker主机。

②、蓝色流程所示，本地没有需求的镜像，Docker拉取指令会从云端镜像仓库拉取镜像至本地Docker主机。

③、黑色流程所示，执行Docker启动指令会将本地已有的镜像安装至容器并启动容器。

各自的职能

Docker客户端：用于和Docker守护进程（Docker Daemon）建立通信的客户端

Docker主机：一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker守护进程和容器

Docker守护进程：接收并处理Docker客户端发送的请求，监测Docker API的请求和管理Docker对象，比如镜像、容器、网络和数据卷

各人总结大白话：

8、Docker 名称空间

Docker 通过 namespace六项隔离，实现了容器与宿主机之间的隔离。

查看六个名称空间位置

mount（mnt）	（挂载点）文件系统
user	操作进程的用户和用户组
pid	进程编号
uts	主机名和域名
ipc	信号量、消息队列，共享内存
net	网络设备、网络协议栈、端口等

9、控制组—cgroups（Control groups）

六种名称空间是由cgroups管理的，最后一种centos的cgroups管理版本是3.8版本，3.6和3.5用不了

Docker通过cgroup限制容器对宿主机资源的使用

cgroup四大功能 :

①、资源限制：cgroup可以对进程组使用的资源总额进行限制

②、优先级分配：通过分配的cpu时间片数量以及硬盘IO带宽大小， 实际上相当于控制了进程运行的优先级别

③、资源统计：cgroup可以统计系统资源使用量，比如cpu使用时 间，内存使用量等，用于按量计费。同时，还支持挂起动能，也就是说通过cgroup把所有资源限制起来，对资源都不能使用， 注意着并不是说我们的程序不能使用了，只是不能使用资源，处于等待状态

④、进程控制：可以对进程组执行挂起、恢复等操作

10、docker 的底层原理

cgroup和名称空间