Docker的基础概念介绍

左手的ㄟ右手 2024-04-03 11:51 76阅读 0赞

**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 ###

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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 ##

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## 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 ###

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#### 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 ####

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>不同点</td> 
   <td>Docker容器</td> 
   <td>VM</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>启动速度</td> 
   <td>秒级</td> 
   <td>分钟级</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>运行性能</td> 
   <td>接近原生（直接在内核中运行）</td> 
   <td>约50%左右损失</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>磁盘占用</td> 
   <td>MB</td> 
   <td>GB&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数量</td> 
   <td>成百上千</td> 
   <td>一般几十台</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>隔离性</td> 
   <td>进程进别</td> 
   <td>系统级别（更彻底）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>操作系统</td> 
   <td>只要支持linux</td> 
   <td>几乎所有</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>分装程度</td> 
   <td>只打包项目代码和依赖关系，共享宿主机内核</td> 
   <td>完成的操作系统，与宿主机隔离</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 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。

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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：**

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### 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

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<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>mount（mnt）</td> 
   <td>（挂载点）文件系统</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>user</td> 
   <td>操作进程的用户和用户组</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pid</td> 
   <td>进程编号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>uts</td> 
   <td>主机名和域名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ipc</td> 
   <td>信号量、消息队列，共享内存</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>net</td> 
   <td>网络设备、网络协议栈、端口等</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 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**

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[8753fe12d4d84d2cb5a356174cbd3def.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/5f71e8b21f2d4c9ab797fe1b4ea99c52.png
[e7624219c5ad4e129c741947028aca7a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/c1def49db58a46179b61b3721e603433.png
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[dd05ebe5fe8d41a2a04a017bc326dc4a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/27d7c0350bd8422b956f8296be30b04e.png