Docker初探

什么是Docker

Docker 是一种开源的容器化平台，它允许开发者将应用及其依赖打包到一个轻量级、可移植的容器中，然后可以在任何支持Docker的系统上运行。Docker容器在运行时与其他容器相互隔离，但共享同一操作系统内核，这使得它们比传统的虚拟机更为轻量和高效。

Docker的作用

环境一致性：Docker 通过容器化应用及其依赖，确保了开发、测试和生产环境的一致性，减少了常见的“在我机器上可以运行”的问题。
快速部署：容器可以快速启动，相比传统的虚拟机，Docker 容器的部署和运行更加迅速。
版本控制：Docker 镜像支持版本控制，使得应用的发布和变更管理更加容易。
持续集成/持续部署（CI/CD）：Docker 容器非常适合自动化的 CI/CD 流程，可以简化和加速软件的测试和部署。
资源隔离：每个 Docker 容器都是相互隔离的，拥有自己的文件系统和运行环境，这有助于避免应用间的冲突。
资源利用：Docker 容器共享宿主机的操作系统内核，比传统虚拟机更加轻量，提高了系统资源的利用率。
跨平台：Docker 容器可以在不同的主机和操作系统上运行，实现了“一次构建，到处运行”。
安全性：容器提供了额外的隔离层，可以用于运行不受信任的代码，而不影响宿主机的安全。
可移植性：Docker 镜像可以轻松地在不同的云服务提供商和数据中心之间迁移。
微服务架构：Docker 容器非常适合微服务架构，每个服务可以独立容器化，便于管理和扩展。
本地开发：开发者可以使用 Docker 在本地机器上模拟生产环境，提高开发效率。
减少配置：Docker 可以减少应用部署的配置工作，因为镜像包含了运行应用所需的一切。
易于维护：Docker 提供了一套命令行工具，使得容器的创建、运行、停止和删除变得简单。
多租户：在云环境和共享主机中，Docker 容器可以用于实现高效的多租户架构。

容器镜像

什么是Docker镜像?
Docker镜像是一个轻量级、可执行的独立软件包，包含了运行一个容器所需的所有内容，包括代码、运行时环境、库、环境变量和配置文件。镜像是创建Docker容器的基础，但镜像本身是只读的。当容器被创建时，Docker会在镜像的顶部添加一个写入层，以存储容器运行时产生的数据。
什么是Docker容器?
Docker容器是镜像的运行实例。它是一个隔离的、安全的环境，可以运行软件应用及其依赖。容器共享宿主机的操作系统内核，但在文件系统、网络和进程等方面与其他容器相互隔离。容器可以被创建、启动、停止、删除，甚至可以在不同的主机之间移动，同时保持一致性。

容器虚拟机

虚拟机（VM）

虚拟机是一种基于硬件虚拟化技术的产品，它模拟整个计算机系统，允许你在单个物理服务器上运行多个操作系统。每个虚拟机都拥有自己的内核，可以直接在硬件上运行，并且可以安装完整的操作系统以及应用程序。

虚拟机的关键特点：

完整的系统虚拟化：虚拟机提供了对底层硬件的完整抽象，每个虚拟机都像是一台独立的计算机。
操作系统级别的隔离：每个虚拟机运行自己的操作系统，与其他虚拟机完全隔离。
资源占用：虚拟机通常需要更多的内存和存储资源，因为每个虚拟机都包含一个完整的操作系统。
启动时间：虚拟机的启动和关闭通常需要较长的时间，因为需要加载整个操作系统。
灵活性：虚拟机提供了很高的灵活性，因为它们可以运行不同的操作系统，并且可以像管理物理机一样管理虚拟机。
安全性：虚拟机可以提供强大的安全隔离，因为每个虚拟机都是独立的。
管理工具：虚拟机通常由专门的管理软件（如VMware vCenter, Microsoft Hyper-V）进行管理。

虚拟机与容器的比较：

隔离与安全层面：虚拟机因配备独立的操作系统与内核，提供了坚不可摧的隔离界限，确保每个实例间的绝对独立与高级别的安全性。相比之下，容器虽具有较轻量级的进程级隔离，共享宿主机内核，这在提升资源效率的同时，也意味着隔离程度相对较低，潜在的安全风险需通过额外的安全实践加以弥补。
性能与资源效率：容器直接运行于宿主机之上，省去了虚拟化层的开销，显著提升了运行效率与启动速度，实现了资源的密集利用，尤其适合快速扩展与动态部署场景。而虚拟机则由于包含完整操作系统，占用更多资源，启动与运行相对缓慢，但在提供稳定一致的运行环境方面表现出色。
存储与管理便捷性：容器仅需包含应用及其依赖，显著减小了存储需求，加之Docker等工具及Kubernetes等编排平台的辅助，使得容器的部署与管理变得极为高效与自动化。相反，虚拟机由于包含整个系统镜像，存储占用较大，且管理维护通常需要更多的人工介入与配置工作。
成本考量：鉴于容器的高效资源利用，企业在基础设施投资上可实现更优的成本效益比。虚拟机虽在某些情况下可能带来更高的成本负担，但其提供的全面环境复现能力对于特定应用与安全敏感场景来说，是不可或缺的。
应用场景细分：容器技术因其快速灵活的特性，成为微服务架构、持续集成/持续部署流程及需要灵活扩展能力的应用场景首选。而虚拟机凭借其出色的隔离性和对多样操作系统环境的支持，更适合承载需要高度隔离、特定OS运行环境的传统大型应用，以及对安全性有严格要求的系统。
Docker容器有几种状态?

Docker容器在其生命周期中可以处于以下几种状态：

运行中（Running）：容器正在运行并可以使用。
暂停（Paused）：容器被暂停，但仍在运行，不接收输入或处理输出。
停止（Stopped）：容器已经停止运行，直到它被启动。
已退出（Exited）：容器已经结束运行，并且退出了。
已删除（Deleted）：容器已经被删除，不再存在。

除了这些状态，容器还可以处于创建中（Created）或已重启（Restarting）的状态。这些状态可以通过Docker命令行工具查询，例如使用docker ps -a查看所有容器的状态，包括已停止的容器。

架构

Docker 是一个开源的容器化平台，它允许开发者将应用及其依赖打包到一个轻量级、可移植的容器中，然后在任何支持Docker的系统上运行。Docker的架构设计旨在提供高效、安全和可移植的容器化解决方案。以下是Docker架构的关键组成部分：

Docker Daemon (dockerd):

Docker守护进程，负责管理Docker对象，如镜像、容器、网络和卷。它监听Docker API请求并管理Docker服务。

Docker Daemon，也称为dockerd，是Docker架构中的核心组件，它是一个后台运行的守护进程，负责管理Docker容器的整个生命周期，包括创建、运行、监控和删除容器。以下是Docker Daemon的一些关键特点和功能：

守护进程：
Docker Daemon作为守护进程在后台运行，处理来自Docker Client的请求。
通信：
Docker Client通过Docker Daemon提供的REST API与守护进程通信，执行容器管理任务。
镜像管理：
Docker Daemon负责镜像的拉取、推送、更新和删除等操作，确保镜像的安全性和完整性。
容器管理：
它创建和启动容器，管理容器的运行状态，并处理容器的停止和删除。
网络配置：
Docker Daemon配置和管理容器的网络环境，允许容器之间或与外部网络通信。
安全性：
它提供安全特性，如TLS加密通信、用户认证和镜像签名，以保护容器和镜像的安全。
编排支持：
Docker Daemon支持容器编排工具，如Kubernetes和Docker Swarm，允许用户管理和部署容器集群。
事件处理：
它生成和处理Docker事件，如容器状态变化、镜像更新等，这些事件可以被外部程序监听和使用。
存储驱动：
Docker Daemon支持多种存储驱动，如aufs、devicemapper、btrfs、zfs和overlay，以适应不同的存储需求和性能要求。
配置选项：
它提供了多种配置选项，允许管理员根据需要调整守护进程的行为，如日志记录级别、存储驱动选项、网络设置等。
启动流程：
Docker Daemon的启动流程包括创建运行环境、启动服务、接收和处理请求、返回结果等步骤。
模块化：
根据最新的Docker架构，Docker Daemon的某些组件，如containerd和runc，被设计为模块化和可替换的，以提高灵活性和可维护性。

Docker Client (docker CLI):

Docker命令行客户端，提供了一系列命令来与Docker Daemon通信。用户通过CLI与Docker Daemon交互，执行容器的构建、运行、停止等操作。

Docker Registry

Docker Registry 是一个存储 Docker 镜像的服务。开发者可以使用这些镜像来创建容器。Docker Hub 是最流行的公共 Docker Registry，提供了大量的预构建镜像供用户下载和使用。除了 Docker Hub，用户也可以运行自己的私有仓库，用于存储内部使用的镜像，以保证安全性和私有性。

Docker Networks

Docker Networks 允许用户定义和管理容器间的网络连接。Docker 提供了几种类型的网络：

桥接网络：默认网络类型，允许容器在同一宿主机上通信，但与外界隔离。
主机网络：容器共享宿主机的网络堆栈。
无网络：容器没有网络连接。
自定义网络
通过 Docker Networks，用户可以创建复杂的网络配置，以满足不同的应用场景。

Docker Volumes

Docker Volumes 是持久化存储解决方案，用于在容器间共享数据或对数据进行持久化存储。与容器的临时文件系统不同，数据卷独立于容器的生命周期，即使容器被删除，数据卷中的数据也不会丢失。数据卷可以被多个容器挂载，实现数据的共享。

Docker Compose

Docker Compose 是一个用于定义和运行多容器 Docker 应用程序的工具。它使用一个 YAML 文件（通常命名为 docker-compose.yml）来配置应用程序，该文件中包含了应用程序中所有服务的定义。Docker Compose 允许用户通过一个命令来启动、停止和查看所有服务的状态。

Docker Swarm

Docker Swarm 是 Docker 的内置编排工具，用于管理容器的集群。它允许用户在多台机器上运行容器，并将它们作为一个单一的虚拟系统来管理。Docker Swarm 提供了自动部署、扩展和负载均衡等功能，同时还包括服务的健康检查和自我修复机制。

Docker分层

Docker 使用联合文件系统（Union File System）的分层结构来构建镜像和运行容器。这种分层结构是 Docker 镜像高效和可移植的关键特性之一。

什么是联合文件系统？

联合文件系统是一种文件系统，它允许将多个文件系统层叠在一起，对它们进行透明地合并，使得看起来就像一个单一的文件系统。在 Docker 中，每个镜像层都是一个只读的文件系统层。

Docker 分层的作用：

共享和重用：不同的镜像可以共享相同的基础层，这减少了存储空间和分发时的网络传输量。
版本控制：每一层都是一个快照，可以独立地进行版本控制。
安全性：只读的镜像层增加了安全性，因为底层系统文件不能被运行中的容器修改。
构建效率：在构建镜像时，Docker 可以重用已有的层，避免了不必要的重复工作。
轻量级：容器共享宿主机的内核，并且在镜像层之上添加一个可写层，这使得容器非常轻量。

Docker 分层的工作原理：

镜像层：Docker 镜像由多个层组成，每一层代表 Dockerfile 中的一个指令（例如 RUN, COPY, ADD 等）。每一层都是只读的。
容器层：当容器启动时，Docker 在镜像层的顶部添加一个可写层，称为容器层。这个层存储了容器运行时产生的所有更改和数据。
联合挂载：当容器运行时，这些层在宿主机上通过联合挂载的方式叠加在一起，对容器来说看起来就像一个单一的文件系统。