【Docker基础】Docker核心概念：容器（Container）详解

目录

1 容器技术概述

2 容器与虚拟机的区别

3 Docker容器的核心组成

4 容器生命周期管理

5 容器核心技术详解

5.1 命名空间（Namespaces）

5.2 控制组（cgroups）

5.3 联合文件系统（UnionFS）

6 容器网络模型

7 容器数据管理

7.1 数据卷（Volume）

7.2 绑定挂载（Bind Mount）

7.3 临时文件系统（tmpfs）

8 Docker容器操作实践

8.1 容器基本操作

8.2 容器交互操作

8.3 容器资源限制

9 总结

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1 容器技术概述

容器（Container）是Docker技术的核心概念之一，它是一种轻量级、可移植的软件打包技术，将应用程序及其所有依赖项（包括库、环境变量和配置文件）打包到一个标准化的单元中。

容器与虚拟机不同，它不需要包含完整的操作系统，而是共享主机系统的内核，这使得容器更加轻量和高效。

容器技术的出现解决了软件开发中著名的"在我机器上能运行"的问题，通过提供一致的运行环境，确保了应用程序在开发、测试和生产环境中的一致性。

2 容器与虚拟机的区别

传统虚拟机架构：

• 在物理服务器上安装主机操作系统
• 在主机OS上安装Hypervisor（虚拟机监控程序）
• 每个虚拟机运行完整的Guest OS
• 应用程序运行在Guest OS中

容器架构：

• 在物理服务器上安装主机操作系统
• 在主机OS上安装Docker引擎
• 容器直接共享主机OS内核
• 应用程序运行在隔离的容器环境中

关键区别：

• 资源占用：虚拟机需要为每个实例分配完整的OS资源，而容器共享主机OS内核，资源占用更少
• 启动速度：虚拟机启动需要启动整个OS，而容器几乎是即时启动
• 性能：容器几乎没有性能开销，而虚拟机有Hypervisor的额外开销
• 隔离性：虚拟机提供更强的隔离性，容器通过命名空间和cgroups实现轻量级隔离

3 Docker容器的核心组成

一个Docker容器由以下几个核心部分组成：

• 镜像（Image）：容器的静态模板，包含运行应用所需的所有文件和配置
• 容器运行时（Container Runtime）：负责容器的创建、运行和管理
• 命名空间（Namespaces）：提供隔离的视图，包括PID、网络、用户等
• 控制组（cgroups）：限制和监控资源使用
• 联合文件系统（UnionFS）：实现镜像的分层和容器的可写层

4 容器生命周期管理

• Docker容器的生命周期包括以下几个关键阶段：

• 创建（Created）：使用docker create命令创建一个容器，此时容器文件系统已准备就绪，但尚未运行
• 运行（Running）：使用docker start启动容器，容器内的主进程开始执行
• 暂停（Paused）：使用docker pause暂停容器，此时容器进程被冻结，但保留在内存中
• 停止（Stopped）：使用docker stop停止容器，容器内的主进程被终止，但容器配置保留
• 删除（Deleted）：使用docker rm删除容器，释放所有资源

5 容器核心技术详解

5.1 命名空间（Namespaces）

命名空间是Linux内核提供的隔离机制，Docker利用以下命名空间实现容器隔离：

• PID命名空间：隔离进程ID，每个容器有自己的PID 1进程
• 网络命名空间：每个容器有独立的网络栈、接口和IP地址
• 挂载命名空间：容器有独立的文件系统挂载点
• UTS命名空间：隔离主机名和域名
• IPC命名空间：隔离进程间通信资源
• 用户命名空间：隔离用户和组ID

5.2 控制组（cgroups）

控制组是Linux内核功能，用于限制、记录和隔离进程组的资源使用：

• 资源限制：限制内存、CPU、磁盘I/O等资源使用
• 优先级控制：为不同进程组分配不同的资源使用优先级
• 资源统计：监控系统资源使用情况
• 进程控制：冻结、恢复进程组

5.3 联合文件系统（UnionFS）

联合文件系统是实现Docker镜像分层和容器可写层的基础技术：

• 分层存储：镜像由多个只读层组成，容器添加一个可写层
• 写时复制（Copy-on-Write）：修改文件时，先复制到可写层再修改
• 高效存储：多个容器可以共享基础镜像层，节省存储空间

6 容器网络模型

• Docker提供了多种网络模式，满足不同场景需求：

• 桥接模式（bridge）：默认模式，容器通过docker0网桥通信
• 主机模式（host）：容器直接使用主机网络栈
• 无网络（none）：容器没有网络接口
• 容器模式（container）：共享另一个容器的网络命名空间
• 覆盖网络（overlay）：用于多主机通信的Swarm模式

7 容器数据管理

容器文件系统是临时的，为了持久化数据，Docker提供了多种数据管理方式：

7.1 数据卷（Volume）

• Docker管理的持久化数据存储
• 独立于容器生命周期
• 可以通过docker volume命令管理

7.2 绑定挂载（Bind Mount）

• 将主机任意目录挂载到容器
• 主机和容器共享同一文件系统位置
• 适合开发环境共享代码

7.3 临时文件系统（tmpfs）

• 数据只存储在内存中
• 容器停止后数据丢失
• 适合敏感临时数据

8 Docker容器操作实践

8.1 容器基本操作

# 运行容器
docker run -d --name my_container nginx:latest# 查看运行中的容器
docker ps# 查看所有容器（包括停止的）
docker ps -a# 停止容器
docker stop my_container# 启动已停止的容器
docker start my_container# 删除容器
docker rm my_container

8.2 容器交互操作

# 以交互模式运行容器
docker run -it my_container /bin/bash# 在运行中的容器中执行命令
docker exec -it my_container /bin/bash# 查看容器日志
docker logs my_container# 查看容器详细信息
docker inspect my_container

8.3 容器资源限制

# 限制内存使用为512MB
docker run -d --name mem_limited --memory=512m nginx# 限制CPU使用（相对权重）
docker run -d --name cpu_limited --cpu-shares=512 nginx# 限制CPU核心数
docker run -d --name cpu_core --cpus=1.5 nginx

9 总结

Docker容器作为现代应用交付和部署的标准，通过轻量级的隔离机制和标准化的打包方式，彻底改变了软件开发和运维的方式。理解容器的核心概念、生命周期和技术原理，对于有效使用Docker至关重要。