Docker简介及基本概念-蒲公英云

1.What is Docker?

   Docker容器是一个完整的文件系统，这个文件系统中包含了你的软件运行所需要的全部环境，如：软件的源码、运行环境、所需的软件等。也就是说，你的软件运行所需要的环境都包含在了Docker容器中，这样的话当你把代码部署到服务器上时就不需要考虑环境问题，只要服务器安装了Docker就能准确无误地运行你的软件。

2.**基本概念**

(1).镜像

Docker 镜像

   我们都知道，操作系统分为内核和用户空间。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:16.04` 就包含了完整的一套 Ubuntu 16.04 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。

分层存储

    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。

(2).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 [命名空间][Link 1]。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。也因为这种隔离的特性，很多人初学 Docker 时常常会混淆容器和虚拟机。
    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。
    按照 Docker 最佳实践的要求，容器不应该向其存储层内写入任何数据，容器存储层要保持无状态化。所有的文件写入操作，都应该使用 [数据卷（Volume）][Volume]、或者绑定宿主目录，在这些位置的读写会跳过容器存储层，直接对宿主（或网络存储）发生读写，其性能和稳定性更高。
    数据卷的生存周期独立于容器，容器消亡，数据卷不会消亡。因此，使用数据卷后，容器删除或者重新运行之后，数据却不会丢失。

(3).仓库

Docker Registry

   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][Ubuntu] 为例，`ubuntu` 是仓库的名字，其内包含有不同的版本标签，如，`14.04`, `16.04`。我们可以通过 `ubuntu:14.04`，或者 `ubuntu:16.04` 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 [CoreOS][] 的 [Quay.io][]，CoreOS 相关的镜像存储在这里；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][Link 2]、[DaoCloud 加速器][DaoCloud] 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。在 [安装 Docker][Docker] 一节中有详细的配置方法。
    国内也有一些云服务商提供类似于 Docker Hub 的公开服务。比如 [时速云镜像仓库][Link 3]、[网易云镜像服务][Link 4]、[DaoCloud 镜像市场][DaoCloud 1]、[阿里云镜像库][Link 5] 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][Docker Registry 1]镜像，可以直接使用做为私有 Registry 服务。在 [私有仓库][Docker Registry] 一节中，会有进一步的搭建私有 Registry 服务的讲解。
    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，[VMWare Harbor][] 和 [Sonatype Nexus][]。