【Docker】Docker的优势、与虚拟机技术的区别、三个重要概念和架构及工作原理详细讲解

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2024-05-23 14:08 31阅读 0赞

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**前言**

> Docker 是一个`开源的应用容器引擎`，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中,然后发布到任何流行的`Linux或Windows`操作系统的机器上,也可以实现虚拟化,容器是完全使用沙箱机制,相互之间不会有任何接口。

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#### Docker的优势、与虚拟机技术的区别、三个重要概念和架构及工作原理详细讲解 ####

*  Docker是什么
 *  1. Docker的优势有哪些
 *  2. Docker的作用
 *  3. Docker的脱颖而出
 *  4. Docker和虚拟机技术的区别
 *  5. Docker容器和虚拟机的区别总结
 *  6. Docker中的三个重要概念
 *   *  6.1 Image（镜像）一个特殊的文件系统
     *  6.2 Container（容器）镜像运行时的实体
     *  6.3 Repository（仓储）集中存放镜像文件的地方
 *  7. Docker 架构
 *  8. 特性
 *  9. Docker 架构及工作原理

## Docker是什么 ##

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> Docker 是一个开源的应用容器引擎，基于 Golang 语言开发，可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何流行的 Linux 服务器。容器是一个沙箱机制，相互之间不会有影响（类似于我们手机上运行的 app），并且容器开销是很低的。

Docker 是一个供开发人员和系统管理员构建、运行和与容器共享应用程序的平台。使用容器部署应用程序称为容器化。容器并不是新事物，但它们用于轻松部署应用程序却是新鲜的。  
注意：Docker并非是一个通用的容器工具，它依赖于已存在并运行的Linux内核环境。

## 1. Docker的优势有哪些 ##

*  灵活性：即使是最复杂的应用程序也可以容器化。
 *  轻量级：容器利用并共享主机内核，使它们在系统资源方面比虚拟机更有效率。
 *  可移植：您可以在本地构建，部署到云上，并在任何地方运行。
 *  松耦合：容器是高度自给自足和封装的，允许您在不影响其他容器的情况下替换或升级其中一个。
 *  可扩展：您可以跨数据中心增加和自动分发容器副本。
 *  安全性：容器对进程应用主动约束和隔离，而不需要用户进行任何配置。

## 2. Docker的作用 ##

Docker 是一个用于开发、传送和运行应用程序的开放平台。Docker 使您能够将应用程序与基础设施分开，以便您可以快速交付软件。使用 Docker，您可以像管理应用程序一样管理基础设施。通过利用 Docker 的快速交付、测试和部署代码的方法，您可以显着减少编写代码和在生产中运行代码之间的延迟。Docker(opens new window)是个划时代的开源项目，它彻底释放了计算虚拟化的威力，极大提高了应用的维护效率，降低了云计算应用开发的成本！使用 Docker，可以让应用的部署、测试和分发都变得前所未有的高效和轻松！`无论是应用开发者、运维人员、还是其他信息技术从业人员，都有必要认识和掌握 Docker，节约有限的生命`。

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Docker主要用来解决什么问题？  
Docker的出现主要就是为了解决：`在我的机器上运行时是正常的，但为什么到你的机器上就运行不正常了`。  
　　比如你写一个Web应用，并且本地调试没有任何问题。这时候你想发给你的朋友试试看或者发布部署到远程的云服务器上查看效果，那么首先你需要配置和你本地相同的软件环境，如数据库，Web服务器（IIS，Tomcat，Nginx），必要的插件，库等等。而这你还不能保证的你的软件一定能够运行起来，因为别人可能用完全不同的操作系统，即便是使用Linux每种发行版也会有微小的区别。

为了模拟完全相同的本地开发环境。  
我们首先想到的就是虚拟机，`但是虚拟机需要模拟硬件，运行整个操作系统不但体积臃肿内存占用高，程序的性能也会受到影响`。

## 3. Docker的脱颖而出 ##

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这时候Dokcer就派上了用场，Docker在概念上与虚拟机非常类似。但是Docker更轻量，它不会去模拟底层的硬件 ，只会为每一个应用提供完全隔离的运行环境。你可以在容器中配置不同的应用环境，并且不用的环境之间互相不影响，这个“环境”在Docker中也被称作为Container(容器)。

## 4. Docker和虚拟机技术的区别 ##

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。  
下面的图片比较了 Docker 和传统虚拟化方式的不同之处。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。

## 5. Docker容器和虚拟机的区别总结 ##

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<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>特性</th> 
   <th>docker容器</th> 
   <th>虚拟机</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>启动</td> 
   <td>秒级</td> 
   <td>分钟级</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>硬盘使用</td> 
   <td>一般为MB</td> 
   <td>一般为GB</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>性能</td> 
   <td>接近原生(宿主机)</td> 
   <td>弱于原生</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>系统支持量</td> 
   <td>单机支持上千个容器</td> 
   <td>一般几十个</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 6. Docker中的三个重要概念 ##

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> Docker中的三个重要概念分别是：Image（镜像），Container（容器），Repository（仓储）。

### 6.1 Image（镜像）一个特殊的文件系统 ###

你可以把它理解成一个虚拟机的快照（Snapshot），里面包含了你要部署的应用程序以及它所关联的所有库。  
　　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`。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。

### 6.2 Container（容器）镜像运行时的实体 ###

这里的容器就像是一台台运行起来的虚拟机，里面运行了你的应用程序，每个容器是独立运行的他们相互之间不影响。通过一个镜像，我们可以创建许多个不同的Container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类的实例一样，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。前面讲过镜像使用的是分层存储，容器也是如此。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。

### 6.3 Repository（仓储）集中存放镜像文件的地方 ###

镜像构建完成后，可以很容易的在当前宿主上运行，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（就像Git仓库一样），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。所以说：镜像仓库是Docker用来集中存放镜像文件的地方类似于我们之前常用的代码仓库。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。

## 7. Docker 架构 ##

Docker 使用客户端-服务器 (C/S) 架构模式，使用远程API来管理和创建Docker容器。Docker 容器通过 Docker 镜像来创建。容器与镜像的关系类似于面向对象编程中的对象与类。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Docker</th> 
   <th>面向对象</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>容器</td> 
   <td>对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>镜像</td> 
   <td>类</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

Docker采用 C/S架构 Docker daemon 作为服务端接受来自客户的请求，并处理这些请求（创建、运行、分发容器）。 客户端和服务端既可以运行在一个机器上，也可通过 socket 或者RESTful API 来进行通信。Docker daemon 一般在宿主主机后台运行，等待接收来自客户端的消息。 Docker 客户端则为用户提供一系列可执行命令，用户用这些命令实现跟 Docker daemon 交互。

## 8. 特性 ##

在docker的网站上提到了docker的典型场景：

*  Automating the packaging and deployment of applications（使应用的打包与部署自动化）
 *  Creation of lightweight, private PAAS environments（创建轻量、私密的PAAS环境）
 *  Automated testing and continuous integration/deployment（实现自动化测试和持续的集成/部署）
 *  Deploying and scaling web apps, databases and backend services（部署与扩展webapp、数据库和后台服务）

由于其基于LXC的轻量级虚拟化的特点，docker相比KVM之类最明显的特点就是启动快，资源占用小。

1.  构建标准化的运行环境，现有的方案大多是在一个baseOS上运行一套puppet/chef，或者一个image文件，其缺点是前者需要base OS许多前提条件，后者几乎不可以修改(因为copy on write 的文件格式在运行时rootfs是read only的)。并且后者文件体积大，环境管理和版本控制本身也是一个问题。
2.  PaaS环境是不言而喻的，其设计之初和dotcloud的案例都是将其作为PaaS产品的环境基础
3.  因为其标准化构建方法(buildfile)和良好的REST API，自动化测试和持续集成/部署能够很好的集成进来
4.  因为LXC轻量级的特点，其启动快，而且docker能够只加载每个container变化的部分，这样资源占用小，能够在单机环境下与KVM之类的虚拟化方案相比能够更加快速和占用更少资源

## 9. Docker 架构及工作原理 ##

Docker使用客户端-服务器架构。Docker 客户端与 Docker 守护进程通信，后者负责构建、运行和分发Docker容器等繁重的工作。Docker 客户端和守护进程可以运行在同一个系统上，或者您可以将一个 Docker 客户端连接到一个远程 Docker 守护进程。Docker 客户端和守护进程通过 UNIX 套接字或网络接口使用 REST API 进行通信。

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