Docker简介
什么是Docker
Docker最初是dotCloud公司创始人Solomon Hykes发起的一个公司内部项目，它是基于dotCloud公司多年云服务技术的一次革新，并于2013年3月以 Apache 2.0授权协议开源，主要项目代码在GitHub上进行维护。Docker项目后来还加入了Linux基金会，并成立推动开放容器联盟(OCI)。
Docker自开源后受到广泛的关注和讨论，至今其GitHub项目已经超过5万7千个星标和一万多个fork。甚至由于Docker项目的火爆，在2013年底，dotCloud公司决定改名为Docker。Docker最初是在Ubuntu 12.04上开发实现的；Red Hat则从RHEL 6.5开始对Docker进行支持；Google也在其PaaS产品中广泛应用Docker。
Docker使用Google公司推出的Go 语言进行开发实现，基于Linux内核的cgroup，namespace，以及OverlayFS类的Union FS等技术，对进程进行封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术。由于隔离的进程独立于宿主和其它的隔离的进程，因此也称其为容器。最初实现是基于LXC，从0.7版本以后开始去除LXC，转而使用自行开发的libcontainer，从1.11开始，则进一步演进为使用runC和containerd。
runc是一个Linux命令行工具，用于根据OCI容器运行时规范创建和运行容器
containerd是一个守护程序，它管理容器生命周期，提供了在一个节点上执行容器和管理镜像的最小功能集
Docker在容器的基础上，进行了进一步的封装，从文件系统、网络互联到进程隔离等等，极大的简化了容器的创建和维护。使得Docker技术比虚拟机技术更为轻便、快捷。
为什么要用Docker
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。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。
更高效的系统资源利用
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
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。
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。
持续交付和部署
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。
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。
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。
对比传统虚拟机
| 特性 | 容器 | 虚拟机 |
|---|---|---|
| 启动 | 秒级 | 分钟级 |
| 硬盘使用 | 一般为MB | 一般为GB |
| 性能 | 接近原生 | 弱于 |
| 系统支持量 | 单机支持上千个容器 | 一般几十个 |
基本概念
Docker包括三个基本概念
镜像（
Image）容器（
Container）仓库（
Repository）
理解了这三个概念，就理解了Docker的整个生命周期。
镜像
操作系统分为内核空间和用户空间。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:18.04就包含了完整的一套Ubuntu 18.04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。
因为镜像包含操作系统完整的root文件系统，其体积往往是庞大的，因此在Docker设计时，就充分利用Union FS的技术，将其设计为分层存储的架构。所以严格来说，镜像并非是像一个ISO那样的打包文件，镜像只是一个虚拟的概念，其实际体现并非由一个文件组成，而是由一组文件系统组成，或者说，由多层文件系统联合组成。
镜像构建时，会一层层构建，前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变，后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如，删除前一层文件的操作，实际不是真的删除前一层的文件，而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候，虽然不会看到这个文件，但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此，在构建镜像的时候，需要额外小心，每一层尽量只包含该层需要添加的东西，任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。
分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层，然后进一步添加新的层，以定制自己所需的内容，构建新的镜像。
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namespace。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。
前面讲过镜像使用的是分层存储，容器也是如此。每一个容器运行时，是以镜像为基础层，在其上创建一个当前容器的存储层，我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为容器存储层。
容器存储层的生存周期和容器一样，容器消亡时，容器存储层也随之消亡。因此，任何保存于容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。
仓库
镜像构建完成后，可以很容易的在当前宿主机上运行，但是，如果需要在其它服务器上使用这个镜像，我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务，Docker Registry就是这样的服务。
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，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，如16.04、18.04。我们可以通过ubuntu:16.04，或者ubuntu:18.04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jwilder/nginx-proxy，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。但这并非绝对，取决于所使用的具体Docker Registry的软件或服务。
Docker Registry公开服务
Docker Registry公开服务是开放给用户使用、允许用户管理镜像的Registry服务。一般这类公开服务允许用户免费上传、下载公开的镜像，并可能提供收费服务供用户管理私有镜像。
最常使用的Registry公开服务是官方的Docker Hub，这也是默认的Registry，并拥有大量的高质量的官方镜像。除此以外，还有Red Hat的Quay.io；Google的Google Container Registry，Kubernetes的镜像使用的就是这个服务。
由于某些原因，在国内访问这些服务可能会比较慢。国内的一些云服务商提供了针对Docker Hub的镜像服务（Registry Mirror），这些镜像服务被称为加速器。常见的有阿里云加速器、DaoCloud 加速器等。使用加速器会直接从国内的地址下载Docker Hub的镜像，比直接从Docker Hub下载速度会提高很多。
国内也有一些云服务商提供类似于Docker Hub的公开服务。比如网易云镜像服务、DaoCloud镜像市场、阿里云镜像库等。
私有Docker Registry
除了使用公开服务外，用户还可以在本地搭建私有Docker Registry。Docker官方提供了Docker Registry镜像，可以直接使用做为私有Registry服务。
开源的Docker Registry镜像只提供了Docker Registry API的服务端实现，足以支持docker命令，不影响使用。但不包含图形界面，以及镜像维护、用户管理、访问控制等高级功能。在官方的商业化版本Docker Trusted Registry中，提供了这些高级功能。
除了官方的Docker Registry外，还有第三方软件实现了Docker Registry API，甚至提供了用户界面以及一些高级功能，比如Harbor和Nexus。