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docker技术之container与docker介绍

news 2025/10/22 13:56:28

一、Docker 简介

Docker 是一种容器化技术，用于将应用程序及其依赖打包到一个独立的容器中，从而实现快速部署、隔离运行和跨环境一致性。

容器与虚拟机的区别

  • 容器：运行在操作系统内核之上，依赖于 Linux 内核特性（如 Namespace 和 Cgroups），轻量级，启动速度快，资源消耗少。
  • 虚拟机：通过虚拟化层运行完整的操作系统，资源占用大，启动慢，但隔离性更强。

Docker 的优点

  1. 快速：启动、停止等操作以秒或毫秒为单位，性能提升显著。
  2. 敏捷：部署简单，成本低。
  3. 灵活：应用和系统“容器化”，无需额外操作系统。
  4. 轻量：一台服务器可部署多个容器。
  5. 开源免费：由现代 Linux 内核支持，社区和生态系统丰富。
  6. 云支持：与众多云服务集成。

Docker 的争议点

  1. 隔离性：在复杂业务系统中，单 OS 的隔离性是否足够强。
  2. 语言成熟度：Docker 使用 Go 语言开发，Go 语言仍在不断改进。
  3. 商业化：由私有公司控制，未来可能商业化。

Docker 的目标

  1. 轻量建模：同一台宿主机运行多个容器。
  2. 逻辑分离：开发环境与生产环境一致。
  3. 快速开发周期：缩短从开发到生产的周期。
  4. 服务架构：鼓励单个容器运行单一服务，形成分布式模型。

Docker 的使用场景

  1. 开发、测试、部署服务。
  2. 创建隔离运行环境。
  3. 搭建测试环境。
  4. 构建 PaaS 基础设施。
  5. 提供 SaaS 应用程序。
  6. 高性能、大规模部署。

Docker 的技术实现

  1. Namespace：隔离资源（如进程、网络、文件系统等）。
  2. Cgroups：限制资源（如 CPU、内存）。
  3. UnionFS：联合文件系统，支持多层文件系统叠加。

Docker 的三大组件

  1. 仓库（Registry）：存储和分发镜像，如 Docker Hub。
  2. 镜像（Image）：容器的模板，包含启动容器所需的文件系统和配置。
  3. 容器（Container）：运行中的实例，基于镜像启动。

Docker 的基本组成

  1. Docker Client：用户与 Docker 交互的客户端。
  2. Docker Daemon：后台服务，管理容器和镜像。
  3. Docker Image：只读文件系统，由多层组成。
  4. Docker Container：可写层，运行应用程序。

Docker 依赖的 Linux 内核特性

  1. Namespaces：隔离进程、网络、文件系统等资源。
  2. Cgroups：限制和管理资源使用。

Docker 容器的能力

  1. 文件系统隔离：每个容器有自己的 root 文件系统。
  2. 进程隔离：每个容器运行在独立的进程环境中。
  3. 网络隔离：容器间网络接口和 IP 地址独立。
  4. 资源隔离和分组：通过 Cgroups 管理资源分配。

二、什么是Docker?

PaaS（Platform as a Service）

PaaS 是一种云计算服务模型，为开发者提供了一个完整的开发平台，包括开发工具、运行时环境、数据库、中间件等。开发者可以在这个平台上开发、部署、运行和管理应用程序，而无需关心底层硬件和基础设施的管理。

PaaS 的特点

1、开发环境支持：

  • 提供多种编程语言的运行时环境，如 Java、Python、Ruby、Node.js 等。
  • 提供数据库服务，如 MySQL、PostgreSQL、MongoDB 等。
  • 提供中间件支持，如消息队列（RabbitMQ）、缓存服务（Redis）等。

2、自动化部署：

  • 支持通过配置文件或脚本实现应用程序的自动化安装、部署和升级。
  • 提供持续集成和持续部署（CI/CD）工具，简化开发流程。

3、资源管理：

  • 提供弹性扩展功能，根据应用负载自动调整资源分配。
  • 提供资源监控和管理工具，帮助开发者优化性能和成本。

4、隔离性：

  • 提供多租户支持，不同用户的应用程序在逻辑上隔离，互不影响。

常见的 PaaS 平台

  1. Heroku：支持多种编程语言，提供简单易用的部署流程。
  2. Google App Engine：提供强大的自动扩展功能，支持多种语言和框架。
  3. Microsoft Azure：提供广泛的开发工具和云服务，支持多种语言和平台。
  4. Amazon Web Services (AWS) Elastic Beanstalk：提供灵活的部署选项，支持多种语言和框架。

Docker 在 PaaS 中的应用

Docker 作为容器化技术，是实现 PaaS 平台的理想选择。它提供了以下优势：

1、轻量级和高性能：

  • Docker 容器启动速度快，资源消耗少，适合在 PaaS 平台上快速部署和运行应用程序。

2、标准化和可移植性：

  • Docker 容器将应用程序及其依赖打包成一个标准化的组件，可以在任何支持 Docker 的环境中运行，实现“一次打包，到处运行”。

3、隔离性：

  • 每个容器运行在独立的环境中，应用程序之间互不干扰，提高了系统的稳定性和安全性。

4、自动化部署：

  • 通过 Dockerfile 和 Docker Compose 等工具，可以轻松实现应用程序的自动化安装、部署和升级。

5、生态系统丰富：

  • Docker 社区提供了大量的镜像和工具，支持多种编程语言和框架，方便开发者快速搭建开发环境。

Docker 与 PaaS 的结合

Docker 可以与 PaaS 平台无缝结合，为开发者提供更强大的开发和部署体验。例如：

  • Heroku：支持 Docker 容器部署，允许开发者将应用程序打包成 Docker 镜像并部署到 Heroku 平台。
  • Google Cloud Run：基于 Docker 容器的无服务器计算平台，支持自动扩展和按需计费。
  • AWS ECS (Elastic Container Service)：提供容器编排服务，支持 Docker 容器的管理和部署。

总结

PaaS 平台为开发者提供了一个完整的开发和部署环境，而 Docker 作为容器化技术，为 PaaS 平台提供了轻量级、高性能、标准化和可移植的解决方案。两者的结合，使得开发者可以更高效地开发、部署和管理应用程序，同时降低运维成本和复杂性。

三、Docker的核心技术

1. cgroups（Control Groups）

cgroups 是 Linux 内核的一个功能，用于对进程进行资源限制和隔离。它最初由 Google 工程师提出，后来被整合进 Linux 内核中。

重要概念

  • 子系统（Subsystem）：每个子系统是一个资源控制器，用于管理特定资源的分配。常见的子系统包括：
    • cpu：控制 CPU 时间分配。
    • memory：控制内存分配。
    • blkio：控制块设备（如磁盘）的输入输出。
    • net_cls：控制网络接口的分类。
    • devices：控制设备访问权限。
  • 控制组（Control Group）：一个控制组是一个逻辑上的进程集合，可以分配特定的资源限制。例如，可以为一个控制组设置最大可用内存或 CPU 时间。

使用方法

1、挂载子系统：首先需要将子系统挂载到一个挂载点。

mount -t cgroup -o cpu,memory cgroup /sys/fs/cgroup

2、创建控制组：在挂载点下创建一个目录，表示一个新的控制组。

mkdir /sys/fs/cgroup/mygroup

3、设置资源限制：通过写入特定的文件来设置资源限制。

echo 100 > /sys/fs/cgroup/mygroup/cpu.shares # 设置 CPU 时间份额 echo 100M > 
/sys/fs/cgroup/mygroup/memory.limit_in_bytes # 设置内存限制

4、将进程加入控制组：将进程的 PID 写入到控制组的 tasks 文件中。

echo 1234 > /sys/fs/cgroup/mygroup/tasks

优势

  • 性能优势：cgroups 是内核级功能，性能开销小。
  • 资源管理：可以精细控制各种资源的分配，适用于多租户环境。
  • 广泛支持：被广泛应用于容器技术（如 Docker）和云计算平台。

2. LXC（Linux Containers）

LXC 是一种基于 Linux 的操作系统级虚拟化技术，利用 Namespace 和 cgroups 提供隔离和资源限制。

特点

  • 轻量级：共享宿主机的内核，不需要单独加载内核，启动速度快，内存消耗少。
  • 高性能：IO 和 CPU 性能接近物理机（baremetal）。
  • 隔离性：通过 Namespace 提供进程、网络、文件系统等的隔离。
  • 资源管理：通过 cgroups 限制资源使用。

与 Docker 的关系

  • Docker 最初是基于 LXC 实现的，但后来 Docker 开发了自己的容器运行时（如 runc），不再依赖 LXC。
  • LXC 和 Docker 都利用了 Linux 内核的 Namespace 和 cgroups，但 Docker 提供了更高级的抽象和工具，更适合应用容器化。

性能对比

  • 性能：LXC > KVM（传统虚拟化技术）
  • 内存利用率：LXC > KVM
  • 隔离性：KVM > LXC（KVM 是完全的虚拟化，隔离性更强）

3. AUFS（Advanced Multi-Layered Unification Filesystem）

AUFS 是一种联合文件系统，支持将多个目录合并成一个虚拟文件系统。它通过“写入复制”（Copy on Write, COW）技术实现高效的文件系统操作。

特点

  • 多层合并：可以将多个目录（如只读层和可写层）合并成一个单一的文件系统。
  • 写入复制：当需要修改文件时，AUFS 会创建文件的副本，而不是直接修改原始文件。这减少了存储空间的占用。
  • 高效部署：Docker 使用 AUFS 来管理容器的文件系统，使得容器的启动和部署非常快速。

应用

  • Docker 镜像：Docker 镜像是由多层组成的，每层都是一个只读文件系统。AUFS 将这些层合并成一个可写的文件系统，供容器使用。
  • 版本管理：Docker 利用 AUFS 的 COW 特性，只存储镜像之间的差异，从而节省存储空间。

典型的 Linux 启动文件系统

  • bootfs：引导文件系统，用于启动过程中的初始化。
  • rootfs：根文件系统，是系统启动后的主要文件系统。

总结

  • cgroups：用于资源限制和隔离，是容器技术的核心组件之一。
  • LXC：轻量级的容器技术，为 Docker 提供了早期的技术基础。
  • AUFS：联合文件系统，通过 COW 技术实现高效的文件系统管理，是 Docker 容器文件系统的重要实现方式。

四、Docker全生命周期开发模式

Docker Image

定义Docker Image 是一个只读模板，包含了运行一个容器所需的文件系统和配置信息。它是一个极度精简的 Linux 程序运行环境，通常不包含不必要的工具（如 vi），除非是通过镜像叠加方式构建的。

特点

1、精简：

  • 官方的 Java 镜像通常只包含运行 Java 应用程序所需的最小环境。
  • 例如，CentOS + Java 7 的镜像会包含 CentOS 基础镜像和 Java 7 的运行时环境。

2、定制化：

  • Docker Image 是一个需要定制化的“安装包”，包含基础镜像和应用的二进制部署包。
  • 通过 Dockerfile 可以创建自定义的镜像，包含用户指定的软件依赖。

3、配置文件：

  • Docker Image 内不建议包含运行时需要修改的配置文件。配置文件可以通过挂载卷（Volumes）或环境变量（Environment Variables）在运行时动态注入。

4、构建：

  • 使用 Dockerfile 在当前目录下构建新的镜像：docker build -t my-image-name .
  • Dockerfile 是一个文本文件，包含了一系列指令，用于定义如何构建镜像。

5、最佳实践：

  • 重用基础镜像：尽量使用网上公开的基础镜像，避免重复造轮子。
  • 多阶段构建：使用多阶段构建（Multi-Stage Builds）来减少镜像大小，只保留最终运行所需的文件。
  • 标签化：为镜像添加清晰的标签（Tags），便于版本管理和区分。

Docker Container

定义

Docker Container 是 Docker Image 的运行实例。它共享宿主机的内核，但运行在隔离的环境中。

特点

1、实例化：

  • Docker Container 是从 Docker Image 启动的实例，每个容器可以运行不同的操作系统镜像（如 Ubuntu 或 CentOS）。
  • 容器的启动和停止速度非常快，通常在秒级。

2、隔离性：

  • 容器之间是隔离的，每个容器运行在自己的环境中，互不干扰。
  • 容器的文件系统是独立的，基于镜像的只读层和容器的可写层（Copy on Write）。

3、运行环境：

  • 容器内部可以运行任何应用程序，但建议尽量保持容器的轻量化。
  • 不建议在容器内部开启 SSHD 服务。Docker 1.3 版本后新增了 docker exec 命令，可以直接进入容器排查问题：docker exec -it container-name /bin/bash

4、网络配置：

  • 容器默认没有对外的 IP 地址，但可以通过 Docker 的网络功能（如端口映射、自定义网络等）暴露服务端口。
  • 容器可以连接到 Docker 网络，实现容器之间的通信。

5、生命周期：

  • 容器的生命周期与应用程序的生命周期绑定。当应用程序退出时，容器也会停止运行。
  • 容器可以被启动、停止、重启、删除等，操作非常灵活。

6、数据持久化：

  • 容器的文件系统是临时的，容器删除后数据会丢失。可以通过挂载卷（Volumes）将数据持久化到宿主机或其他存储设备。

总结

  • Docker Image 是一个只读模板，用于构建和分发应用程序及其依赖。它通过 Dockerfile 定制，支持多阶段构建和重用基础镜像。
  • Docker Container 是 Docker Image 的运行实例，运行在隔离的环境中，共享宿主机的内核。它支持快速启动和停止，提供灵活的生命周期管理。

五、Docker Container的生命周期

 

注：Container必须在前台执行，命令执行完成就结束

Docker Daemon

定义

Docker Daemon 是 Docker 的核心组件之一，它是一个在后台运行的 Linux 守护进程，负责管理 Docker 镜像、容器、网络和存储卷等资源。

功能

1、容器管理：

  • 创建、启动、停止、删除容器。
  • 管理容器的生命周期，确保容器的正常运行。

2、镜像管理：

  • 拉取、推送、存储和管理 Docker 镜像。
  • 从本地或远程仓库下载镜像，或上传本地镜像到仓库。

3、网络管理：

  • 配置和管理 Docker 网络，支持容器之间的通信。
  • 支持多种网络模式，如桥接网络、主机网络、覆盖网络等。

4、存储卷管理：

  • 管理数据卷，支持数据的持久化存储。
  • 支持本地存储卷和外部存储卷（如 NFS、Ceph 等）。

5、REST API 服务：

  • Docker Daemon 可以绑定本地端口（默认是 unix:///var/run/docker.sock 或 tcp://0.0.0.0:2375），提供 REST API 服务。
  • 通过 REST API，用户可以远程访问和控制 Docker 守护进程，执行各种操作，如创建容器、拉取镜像等。

6、插件支持：

  • 支持各种插件，如网络插件、存储插件等，扩展 Docker 的功能。

启动和配置

  • 启动 Docker Daemon：
  • bash复制sudo systemctl start docker
  • 配置 Docker Daemon：
    • 配置文件通常位于 /etc/docker/daemon.json，可以设置绑定的端口、镜像仓库地址等参数。
    • 示例配置文件：
    • JSON复制{ "hosts": ["unix:///var/run/docker.sock", "tcp://0.0.0.0:2375"], "insecure-registries": ["myregistry.local:5000"] }

六、Docker Registry/Hub

定义

Docker Registry 是一个集中化的镜像存储和分发系统，用于存储和管理 Docker 镜像。Docker Hub 是 Docker 官方提供的公共镜像仓库，是 Docker 生态系统的重要组成部分。

功能

1、镜像存储和分发：

  • 存储和管理 Docker 镜像，支持用户上传和下载镜像。
  • 提供镜像版本管理，用户可以拉取特定版本的镜像。

2、用户管理：

  • 支持用户注册、登录和权限管理。
  • 用户可以创建和管理自己的镜像仓库。

3、自动化构建：

  • 支持与代码托管系统（如 GitHub 和 Bitbucket）集成，实现自动化构建。
  • 当代码更新时，Docker Hub 会自动触发构建流程，生成新的镜像。

4、镜像搜索和发现：

  • 提供镜像搜索功能，用户可以快速找到所需的镜像。
  • 支持镜像分类和标签，方便用户管理和查找。

5、私有仓库：

  • 支持创建私有仓库，用户可以将敏感镜像存储在私有仓库中，限制访问权限。
  • 私有仓库可以部署在本地或云服务中，如 Docker Registry。

使用方法

  1. 登录 Docker Hub：docker login
  2. 拉取镜像：docker pull hello-world
  3. 推送镜像：docker push myusername/myimage
  4. 配置自动化构建：
  • 在 Docker Hub 上绑定 GitHub 或 Bitbucket 仓库。
  • 配置自动化构建规则，指定触发条件和构建步骤。

总结

  • Docker Daemon 是 Docker 的核心守护进程，负责管理容器、镜像、网络和存储卷等资源。它通过 REST API 提供远程访问和控制功能，是 Docker 运行的基础。
  • Docker Registry/Hub 是 Docker 镜像的存储和分发中心，提供了丰富的镜像资源和自动化构建功能。Docker Hub 作为官方公共仓库，极大地促进了 Docker 生态系统的繁荣。

 

http://www.dtcms.com/a/513020.html

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