docker容器详解（入门必看）(一)

以你之姓@ 2022-05-19 06:24 331阅读 0赞

本篇文章不会涉及到复杂的名词，不会涉及到复杂的实现过程，这篇文章的一个基本目的是让你明白docker是干嘛的，它这样做与之前相比有什么进步，哪些地方有优化。希望能用最简单的语言让你明白，这种技术带来的利弊。  
**目录**

*  虚拟化发展
 *  对比主机虚拟化和容器虚拟化
    
     *  主机级虚拟化
     *  容器虚拟化
     *  常见问题
     *  性能比较
 *  容器技术的优劣
    
     *  Docker目标
     *  Docker使用场景
     *  Docker缺陷
 *  小结

# 虚拟化发展 #

在我们上大学的时候，就会被冯诺依曼体系洗脑，导致我们都知道了计算机是由计算器、控制器、存储器、输入、输出这五部分组成。那计算器和控制器现在一般都结合在一起作为cpu，存储器一般包括内存和磁盘，输入输出一般指的是网络的I/O或者磁盘的I/O。所以，我们在生活中常见的IT资源就有cpu、内存、磁盘、网卡等等这些设备，使用操作系统来驱动这些设备，让它们协同合作，这就变成了一台完整的计算机。

那么，问题来了，随着计算任务的变化，我们对计算机有了更多的需求。比如,你只有一台电脑，上面已经装了windows系统，你却想让他在跑一台linux；再比如，你现在的电脑计算能力不够了，但是加上你同学的电脑就可以了。也就是说，我们想要计算机的资源能够具有很强的弹性伸缩能力，可任意增长，也可任意消减。

于是，科学家们提出了虚拟化这一说法，希望能够使用软件的方法重新定义和划分IT资源，可以实现IT资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，提高IT资源利用率，使IT资源能够真正成为社会基础设施，服务于各行各业中灵活多变的应用需求。虚拟化目前有两个方向，其一是把一个物理机虚拟成多个独立的逻辑虚拟机；其二是把若干分散的物理机拟为一个大的逻辑虚拟机。现在用的较多的一般都是第一种技术。

虚拟化技术其实是很早就提出来的概念，经历了这么多年的发展，其技术迭代如下图所示。现在处于容器级虚拟化阶段，也就是将应用程序、开发软件包、依赖环境等统一打包到容器中，将整个容器部署至其他的平台或者服务器上。  
![这里写图片描述][20180721160414210]  
图1 虚拟化发展

# 对比主机虚拟化和容器虚拟化 #

## 主机级虚拟化 ##

主机级别的虚拟化是将物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，以打破物理结构之间的壁垒，使计算元件运行在虚拟的基础上，而不是真实的物理资源上。通过虚拟化技术，可以将物理资源转变为逻辑资源(虚拟机)，应用程序服务运行在虚拟资源上，而不是真实的物理机上。因此，对于主机级虚拟化，我们的实现方式一般是想办法去模拟出硬件环境，模拟出虚拟的cpu、内存、硬盘、网卡等资源，然后在这些虚拟资源之上安装合适的操作系统来控制这些资源。  
![这里写图片描述][20180722151739297]  
图2 主机虚拟化  
如上图所示，在VMM(又叫做hypervisor)之上，可以模拟出逻辑的计算机虚拟环境，然后安装操作系统，使其成为一台逻辑上虚拟的计算机主机，该主机有自己的系统内核，有自己的用户空间，可以在自己的用户空间内跑各种各样的应用程序。

## 容器虚拟化 ##

容器是一种虚拟化的方案，和传统的虚拟机(通过中间层”guerst OS”运行服务)不同，Docker直接运行在操作系统之上。因此容器虚拟化也被称之为操作系统虚拟化。Docker容器依赖于Linux内核特性，Namespace和Cgroups，所以只能运行在Linux之上。  
一句话来概括的话，主机级虚拟化就是通过各种各样的手段，把物理资源重新分配，然后抽象出一部分拿来做虚拟机的虚拟硬件，是对硬件的模拟；而容器虚拟化技术相当于把操作系统进行虚拟化，把物理的操作系统模拟为逻辑上的多个操作系统，不同的操作系统有自己的用户空间，实现了应用程序间的隔离。

## 常见问题 ##

![这里写图片描述][20180722153139897]  
图3 对比  
上面这幅图可以帮助我们更主管的理解二者之间的区别，下面归纳常见的疑问。

**Q1：Container技术和服务器虚拟化是一样的技术吗?**

答：不是。两者虽然都属于虚拟化的技术，目标都是为了将一套应用程序所需的执行环境打包起来，建立一个孤立环境，方便在不同的硬件中移动，但两者的运作思维截然不同。简单来说，常见的传统虚拟化技术如vSphere或Hyper-V是以操作系统为中心，而Container技术则是一种以应用程序为中心的虚拟化技术。

传统虚拟化技术从操作系统层下手，目标是建立一个可以用来执行整套操作系统的沙盒独立执行环境，习惯以虚拟机(Virtual Machine)来称呼。而Container技术则是直接将一个应用程序所需的相关程序代码、函式库、环境配置文件都打包起来建立沙盒执行环境，为了和传统虚拟化技术产生的虚拟机区分，Container技术产生的环境就称为Container。

**Q2：一般常见的虚拟机和Container有何不同?**  
答：最明显的差别是，虚拟机需要安装操作系统(安装Guest OS)才能执行应用程序，而Container内不需要安装操作系统就能执行应用程序。Container技术不是在OS外来建立虚拟环境，而是在OS内的核心系统层来打造虚拟执行环境，透过共享Host OS的作法，取代一个一个Guest OS的功用。Container也因此被称为是OS层的虚拟化技术。

**Q3：为何Container是轻量级虚拟化技术?**  
答：因为Container技术采取共享Host OS的作法，而不需在每一个Container内执行Guest OS，因此建立Container不需要等待操作系统开机时间，不用1分钟或几秒钟就可以启用，远比需要数分钟甚至数十分钟才能开启的传统虚拟机来的快。

## 性能比较 ##

Hyper-V、KVM和Xen等虚拟机管理程序都“基于虚拟化硬件仿真机制。这意味着，它们对系统要求很高。” 然而，容器却使用共享的操作系统。这意味着它们在使用系统资源方面比虚拟机管理程序要高效得多。容器不是对硬件进行虚拟化处理，而是驻留在单单一个Linux实例上。这反过来意味着，你可以“丢弃没有用的99.9%的虚拟机垃圾，剩下一个小巧简洁的胶囊式容器，里面含有你的应用程序，”，因此，借助经过全面调优的容器系统，你就可以在同一硬件上拥有数量比使用Xen虚拟机或KVM虚拟机多出四到六倍的服务器应用实例。

# 容器技术的优劣 #

举一个例子来说明容器技术的优越性，比如说同时要在虚拟机和容器上都部署Nginx服务器，那么分析下这二者之间的区别

*  传统虚拟化：硬件服务器-HostOS-VMM-GuestOS-Nginx WEB服务
 *  Docker虚拟化：硬件服务器-HostOS-VMM-Nginx WEB服务

传统的虚拟化技术多了一层要去启动虚拟机的操作系统的流程，而虚拟机的操作系统运行时非常消耗内存资源的。在资源的利用上，以及响应速度上，容器虚拟化技术要优越于主机虚拟化技术。

## Docker目标 ##

*  提供简单轻量级的建模方式（docker的启动是毫秒级的）
 *  职责的逻辑分离：开发人员只需要关注容器中运行的程序，运维人员只需要关注对容器的管理。Docker开发提高了开发程序和部署容器的一致性
 *  快速高效的开发声明周期：缩短代码从开发、测试到部署上线的生命周期
 *  鼓励使用面向服务的架构：docker推荐单个容器只运行一个应用程序/进程，这样就形成了一个分布式的应用程序模型，避免服务之间的互相影响。实现 高内聚，低耦合。

## Docker使用场景 ##

1.使用Docker容器开发、测试、部署服务:docker本身是轻量级的，所以本地开发人员可以构建、运行并分享docker容器，容器可以在开发环境中创建，然后提交到测试，在到生产环境。

2.创建隔离的运行环境:在很多企业应用中，同一服务的不同版本可能服务于不同的用户，使用Docker很容易创建不同的环境来运行不同版本的服务

3.搭建测试环境:有于Docker的轻量化，所以开发者很容易在本地搭建测试环境，用来测试程序在不同系统下的兼容性，甚至集群式的测试环境。

4.构建多用户的平台服务(PaaS)基础设施

5.即同软件即服务(SaaS)应用程序

6.高性能、超大规模的宿主机部署

## Docker缺陷 ##

以上介绍了那么多Docker的优点，那么它有没有某些地方在设计之初的时候，是没有被考虑进去的，当然是有的。Docker是一项对开发人员及其友好的技术，因为开发跑的程序只要打包好，就可以直接运行在生产环境中了，但这对于运维是一项挑战，因为，这个镜像已经是被打包好的，如果你想要在里面做一些性能上的调整是很难得，你很难去对已经打包好的这个镜像做处理。又或者，服务运行出问题了，你需要查日志，分析数据，然后做相应的操作，但对于已经封装好的容器来说，这是有难度的。

# 小结 #

总之，docker是目前虚拟化技术发展的一个顶峰了，前阵子还报道，京东已经将所有应用从虚拟机迁移到了容器中，构建了最大的k8s集群，由此可知，这项技术正在以惊人的速度改变着我们现行的世界。

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