Docker 入门

初始Docker

一、What

Docker 使用 Google 公司推出的 Go 语言 进行开发实现，诞生于2013年初。基于 Linux 内核的 cgroup，namespace，以及 AUFS 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。Docker的主要目标是对应用组件的封装、分发、部署和运行等生命周期管理，达到应用组件的“一次封装、多处运行”。

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。

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。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。

二、Why

1、Docker优势

1.1、更高效的利用系统资源

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。

1.2、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。

1.3、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。

1.4、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。

1.5、更简单的更新管理

使用Dockerfile,只需要修改小小的配置更改，就可以替代以往大量的更新工作。

1.6、持续交付和部署

开发人员可以通过 Dockerfile 来进行镜像构建，并结合 持续集成(Continuous Integration) 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(Continuous Delivery/Deployment) 系统进行自动部署。

2、Docker与传统虚拟机比较

传统的虚拟化方式是在硬件层面实现的虚拟化，需要额外的虚拟机管理应用和虚拟机操作系统层。

Docker容器是操作系统层实现的虚拟化，直接复用本地主机的操作系统。

三、Concept

Docker三大核心概念：镜像、容器、仓库。

3.1 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。 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。

镜像是创建Docker容器的基础。通过版本管理和增量的文件系统。Docker提供了一套十分简单的机制来创建和更新现有的镜像。

3.2 容器

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 命名空间。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。

3.3 仓库

Docker仓库类似于代码仓库，是Docker集中存放镜像文件的场所。

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。关系图如下：

4、使用场景

场景一： 节省项目环境部署时间

4.1 单项目打包

每次部署项目到测试、生产等环境，都要部署一大堆依赖的软件、工具，而且部署期间出现问题几率很大，不经意就花费了很长时间。

Docker主要理念就是环境打包部署，可在任意Docker Engine运行。前期我们只需要将每个项目环境打包到镜像，push到镜像仓库，当有需要部署这个项目时，直接pull镜像启动容器，这个项目就可以访问了！一次构建多次部署，一劳永逸。

4.2 整套项目打包

公司有一项这样的业务：有一个产品可以整套部署到客户那里，以往都是派一名实施工程师到客户那部署。如果用了Docker，我们可以前期将这套项目封装打包起来，实现一键部署，分分钟钟搞定，就不需要再派人过去了。比如官方的Docker Compose编排工具。

4.3 新开源技术试用

有时，我们想调研一些开源项目，我们可以直接从公共镜像仓库pull项目官方做好镜像启动容器即可。

场景二：环境一致性

开发工程师在Windows系统上开发项目，测试、生产环境操作系统都是Linux系统，这就产生了环境不一致的情况：项目在开发电脑本地运行没问题，到了测试或生产环境就运行不起来，解决这问题最好方式就是这三处环境保持一致。软件版本、操作系统、物理机、云主机......试想下，能做到吗？

Docker将项目环境打包成镜像，可以在任何Docker Engine上浪。此时Docker就是我们这些项目的基石，Docker可移植性，保持运行状态一致性，可想而知，是否更容易解决问题呢？

场景三：持续集成

一个项目版本快速迭代的测试场景，需要一个合理的CI（持续集成）/CD（持续部署）环境支撑。CI/CD是一个周期性自动化项目测试流程，包括构建、部署、测试、发布等工作，很少需要人工干预。

Docker在上面这个图的作用是项目镜像构建和快速部署，打通测试环境与生产环境，高度保持多个环境之间一致性。

场景四：微服务

微服务是近几年来IT圈内谈论比较多的一个名词，意义也很简单：尽可能细粒度拆分业务程序架构，由多个独立服务组成业务系统。

Docker的容器设计原则：一个容器一个服务，容器之间相互隔离，不妨试想一下，如果容器作为这些独立服务的部署单元，是不是有点恰到好处呢？

场景五：弹性伸缩

当适用Docker技术以后，这种弹性伸缩的单元就是云主机之上的容器了。

容器集群化管理已经有成熟的解决方案，比如：官方的Swarm，谷歌的K8S。

由于Docker容器快速启动特性，可以很快速的启动几十个、上百个容器来提供更多并发和资源利用率。