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虚拟化技术，容器技术和Docker

news 2025/7/10 13:23:38

目录

一.虚拟化技术解决了哪些问题，优势是哪些?

1.1 虚拟化技术解决的问题

1.2 虚拟化技术的优势 

二.容器增强了哪些能力、应用场景是什么

2.1 容器增强的能力

三. 虚拟化 vs 容器化

四. Docker

4.1 定义

4.2 docker的安装步骤 

4.3 docker的基本操作

4.4 docker的网络实现原理

4.5 Docker 的网络模式

1. Bridge 模式

网络命名空间

Veth 对

docker0 网桥

2. Host 模式 

3. container模式

4. none模式 

5. Overlay 网络模式

关键组件说明：

6. load balance模式

一.虚拟化技术解决了哪些问题，优势是哪些?

1.1 虚拟化技术解决的问题

1. 物理资源利用率低下

  • 问题：传统服务器通常仅运行单一应用，CPU利用率不足20%，内存和存储资源大量闲置。

  • 解决：通过虚拟化将一台物理服务器划分为多个虚拟机（VM）或容器，使资源利用率提升至70%以上。

2. 硬件依赖性强

  • 问题：应用与物理硬件绑定（如特定型号的服务器），迁移或扩展需重新部署。

  • 解决：虚拟化抽象硬件层，应用以镜像形式运行在任意兼容的虚拟化平台上（如从本地迁移到云）。

3. 环境不一致性

  • 问题：开发、测试、生产环境配置差异导致“在我机器上能跑”的经典问题。

  • 解决：通过虚拟机模板或容器镜像实现环境标准化，确保全生命周期一致性。

4. 高可用性与灾备困难

  • 问题：物理服务器故障导致服务中断，恢复时间长。

  • 解决：虚拟机快照（Snapshot）、实时迁移（Live Migration）和容器编排（如K8s）实现秒级故障转移。

5. 成本高昂

  • 问题：购买和维护大量物理服务器，电力、散热、机房空间成本高。

  • 解决：服务器整合（如将10台物理机合并为1台运行10个VM），降低硬件和运维成本。

6. 安全隔离不足

  • 问题：多个应用运行在同一OS上，漏洞可能横向扩散。

  • 解决：虚拟机（完全隔离）或容器（进程级隔离）提供独立运行环境

1.2 虚拟化技术的优势 

1. 资源池化与动态分配

2. 隔离性与安全性

3. 快速部署与自动化

4. 高可用与弹性

5. 降低成本

6. 兼容性与跨平台

二.容器增强了哪些能力、应用场景是什么

2.1 容器增强的能力

1. 极致的轻量化与高性能

2. 环境一致性

3. 快速弹性伸缩

  • 结合编排工具（如Kubernetes），可实现秒级扩容/缩容，自动应对流量高峰。

  • 支持动态负载均衡和自愈（故障容器自动重启）。

4. 跨平台与混合云部署 

三. 虚拟化 vs 容器化

对比维度虚拟化（VM）容器化（Docker）
隔离级别硬件级（完整OS隔离）进程级（共享内核）
启动速度分钟级秒级
资源占用高（每个VM需独立OS）低（共享主机内核）
性能损耗较高（需通过Hypervisor转换指令）极低（直接调用主机内核）
典型应用场景传统企业应用、多操作系统需求微服务、CI/CD、云原生应用

四. Docker

4.1 定义

Docker 是一种开源的容器化平台，用于快速构建、部署和运行应用程序。它通过轻量级的“容器”（Container）技术，将应用及其依赖环境打包在一起

4.2 docker的安装步骤 


#修改主机名
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname docker-luck-cloud01
[root@localhost ~]# su#关闭防火墙与核心防护（永久）
[root@docker-luck-cloud01 ~]# systemctl stop firewalld
[root@docker-luck-cloud01 ~]# systemctl disable firewalld
[root@docker-luck-cloud01 ~]# setenforce 0
[root@docker-luck-cloud01 ~]# sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

#安装依赖环境
[root@docker-luck-cloud01 ~]# yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2#设置阿里云镜像源
[root@docker-luck-cloud01 ~]# yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo 
#安装docker-ce（社区版）
[root@docker-luck-cloud01 ~]# yum install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io
#设置开机自启动并立即启动
[root@docker-luck-cloud01 ~]# systemctl enable docker.service --now

#申请华为云镜像加速器cd /etc/docker
vim daemon.json{"registry-mirrors": [ "https://0f8a3388042b4b0ab6611ccc6e866ab3.mirror.swr.myhuaweicloud.com" ]
}systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

4.3 docker的基本操作

# 镜像的增删改查
docker images                               查看镜像列表docker pull image_name:tag                  下载镜像docker tag image_name:tag new_name:new_tag  给镜像打标签docker rmi image_id/image_name:tag          删除镜像docker inspect image_id/image_name:tag      查看镜像的详细信息docker save -o file_name image_name:tag     将镜像导出为文件（模板）docker load -i file_name                    将文件导入到docker内（导入为镜像）#容器的增删改查docker ps -a                                            查看所有状态的容器docker run -itd image name:tag [/bin/bash......]        下载并将镜像运行为容器（-i让容器可以接受宿主机的指令，-t 为容器分配一个伪终端，让用户可以“登录”进容器，-d分配一个守护进程，这样可以让容器运行时不占用前端终端）docker rm [-f]                              默认删除非运行状态的容器，加 -f 强制删除所有容器docker ps -aq                               列出所有容器的容器IDdocker export 容器ID/容器名字 > file_name    将容器导出为文件cat file_name | docker import - new_image_name    将容器导出的文件导入为镜像docker start/stop/restart 容器IDC                 对容器进行开启/关闭/重启动作docker inspect 容器ID/容器名字                     查看容器详细信息docker exec -it 容器ID/容器名字 bash [-c cmd]      进入容器，-c 像容器内部传入指令docker run -itd -P/-p image_id:tag   -P 将内部端口设备从32768开始的端口，-p映射，如：‘83：80’ 宿主机端口：容器内部端口#容器网络的操作docker network ls                                           查看当前docker的网络模式的信息docker network create --driver name --subnet 子网段  --gateway  指定网关IP net_name 自定义网络docker run -itd --name c_name --network net-name image_name:tag   指定使用哪个网络docker run -itd --name c2_name --network=container:c1_name image_name:tag   container模式

4.4 docker的网络实现原理

Docker 使用 Linux 桥接技术，在宿主机上虚拟一个名为 docker0 的 Docker 容器网桥。当 Docker 启动一个容器时，会根据 docker0 网桥的网段分配给容器一个 IP 地址（Container-IP）。由于同一宿主机内的容器都连接到同一个网桥，因此容器之间可以通过各自的 Container-IP 直接通信。

Docker 网桥是虚拟的，不是真实存在的网络设备，因此外部网络无法直接寻址到它，这意味着外部网络无法直接通过 Container-IP 访问容器。如果希望外部网络能够访问容器，可以通过端口映射将容器端口映射到宿主主机，即使用 docker run 命令的 -p 或 -P 参数。

4.5 Docker 的网络模式

1. Bridge 模式

  • 当你启动一个容器而不指定网络模式时，Docker 默认使用 bridge 模式。

  • 容器通过 docker0 网桥与宿主机通信，适用于单机容器网络。

  • 特点：容器分配独立 IP，通过 NAT 访问外部网络。

网络命名空间

  • 每个容器启动时，Docker 会为其创建一个独立的 网络命名空间，隔离网络设备、IP、端口、路由等。

Veth 对

  • Docker 会为每个容器创建一对 veth 设备：

    • 一端在容器内（通常命名为 eth0）。

    • 另一端连接到宿主机的 docker0 网桥。

  • 作用：实现容器与宿主机之间的网络通信。

docker0 网桥

  • docker0 是 Docker 默认创建的 Linux 网桥（软件交换机），所有容器（Bridge 模式）的 veth 端点都连接到它。

  • 功能：

    • 为容器分配 IP（默认 172.17.0.0/16）。

    • 实现容器间通信（同主机）。

    • 通过 NAT 实现容器访问外网。

docker 0 的作用：网关，端口映射，负载均衡 

面试题：介绍一下dicker0网桥

 docker0 是所有容器的默认网关

docker0通过veth对与容器进行网络通讯

docker0可以将容器内部的端口（服务）映射到宿主机环境，从而被外网客户端访问到

2. Host 模式 

容器直接使用宿主机的ip与端口，没有自己的ip

3. container模式

  • 网络共享：两个容器共享 IP 地址、端口空间，可以通过 localhost 互相通信。

  • 独立文件系统：除了网络，其他命名空间（如进程、文件系统）仍然是独立的。

  • 多个容器需要共享网络配置，如一组协作的微服务。

4. none模式 

容器没有任何网络配置，相当于断网。

5. Overlay 网络模式

用于在多个 Docker 主机之间创建一个虚拟的分布式网络，让容器可以跨主机通信。 

+-------------------------------------------------------+
|                  物理网络（Underlay）                   |
|   (e.g., 192.168.1.0/24, 10.0.0.0/16, 云厂商VPC)       |
+-------------------------------------------------------+↑               ↑               ↑|VXLAN封装       |VXLAN封装       |
+----------+-------+ +------+--------+ +----+----------+
|   Docker Node1   | |   Docker Node2  | | Docker Node3  |
| +--------------+ | | +-------------+ | | +-----------+ |
| | Container A  | | | | Container B | | | |Container C| |
| | 10.0.0.2     | | | | 10.0.0.3    | | | | 10.0.0.4  | |
| +-------+------+ | | +------+-------+ | | +-----+-----+ |
|         |eth0    | |        |eth0     | |       |eth0   |
|         v        | |        v         | |       v       |
| +-------+------+ | | +------+-------+ | | +-----+-----+ |
| | veth (vethA) | | | | veth (vethB)| | | |veth (vethC)| |
| +-------+------+ | | +------+-------+ | | +-----+-----+ |
|         |        | |        |         | |       |       |
| +-------+------+ | | +------+-------+ | | +-----+-----+ |
| | docker_gwbridge| | | docker_gwbridge| | |docker_gwbr| |
| | (172.18.0.1)  | | | (172.18.0.2)   | | | (172.18.0.3)|
| +-------+------+ | | +------+-------+ | | +-----+-----+ |
|         |        | |        |         | |       |       |
| +-------+------+ | | +------+-------+ | | +-----+-----+ |
| | Overlay Net  | | | | Overlay Net  | | | | Overlay Net|
| | (VXLAN)      | | | | (VXLAN)      | | | | (VXLAN)    |
| +--------------+ | | +-------------+ | | +-----------+ |
+------------------+ +----------------+ +---------------+
关键组件说明：

  1. 容器 (Container A/B/C)

    • 每个容器分配唯一的 Overlay IP（如 10.0.0.2/24）。

  2. veth 对

    • 连接容器和宿主机网络栈（如 vethA ↔ eth0）。

  3. docker_gwbridge

    • 宿主机上的桥接网络，处理容器对外通信（非 Overlay 流量）。

  4. Overlay 网络 (VXLAN)

    • 跨主机的虚拟网络，数据包通过 UDP 4789 端口封装传输。

  5. 物理网络

    • 底层网络（如 AWS VPC、本地数据中心），承载 VXLAN 流量。

 

6. load balance模式

http://www.dtcms.com/a/271361.html

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