• Docker之最细的基础知识入门和底层架构解析


    一、Docker介绍

    Docker是基于Go语言实现的云开源项目。Docker的主要目标是通过对应用组件的封装、分发、部署、运行等生命周期的管理,使用户的APP (可以是一个WEB应用或数据库应用等等)及其运行环境能够做到、一次镜像,处处运行。
    Linux容器技术的出现就解决了这样一个问题,而Docker就是在它的基础上发展过来的。将应用打包成镜像,通过镜像成为运行在Docker容器上面的实例,而Docker容器在任何操作系统上都是一致的,这就实现了跨平台、跨服务器。只需要一次配置好环境,换到别的机子上就可以一键部署好,大大简化了操作。

    二、传统虚拟机和容器的比较

    1、Linux容器介绍

    (1)Linux容器是与系统其他部分隔离开的一系列进程,从另一个镜像运行,并由该镜像提供支持进程所需的全部文件。容器提供的镜像包含了应用的所有依赖项,因而在从开发到测试再到生产的整个过程中,它都具有可移植性和一致性。
    (2)Linux容器不是模拟一个完整的操作系统,而是对进程进行隔离。有了容器,就可以将软件运行所需的所有资源打包到一个隔离的容器中。容器与虚拟机不同,不需要捆绑一整套操作系统,只需要软件工作所需的库资源和设置。系统因此而变得高效轻量并保证部署在任何环境中的软件都能始终如一地运行。

    2、Docker容器与传统虚拟机优劣

    Docker容器是在操作系统层面上实现虚拟化,直接复用本地主机的操作系统。
    而传统虚拟机则是在硬件层面实现虚拟化。
    与传统的虚拟机相比,Docker 优势体现为启动速度快、占用体积小。

    3、Docker和传统虛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,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。每个容器之间互相隔离,每个容器有自己的文件系统,容器之间进程不会相互影响,能区分计算资源。

    三、Docker解决问题场景

    1、提供新的技术岗位(DevOps engineer)

    开发运维混合型工程师

    2、一次构建、随处运行

    2.1 更快速的应用交付和部署

    传统的应用开发完成后,需要提供一堆安装程序和配置说明文档,安装部署后需根据配置文档进行繁杂的配置才能正常运行。
    Docker化之后只需要交付少量容器镜像文件,在正式生产环境加载镜像并运行即可,应用安装配置在镜像里已经内置好,大大节省部署配置和测试验证时间。

    2.2 更便捷的升级和扩缩容

    随着微服务架构和Docker的发展,大量的应用会通过微服务方式架构,应用的开发构建将变成搭乐高积木一样,每个Docker容器将变成一块“积木”,应用的升级将变得非常容易。当现有的容器不足以支撑业务处理时,可通过镜像运行新的容器进行快速扩容,使应用系统的扩容从原先的天级变成分钟级甚至秒级。

    2.3 更简单的系统运维

    应用容器化运行后,生产环境运行的应用可与开发、测试环境的应用高度一致, 容器会将应用程序相关的环境和状态完全封装起来,不会因为底层基础架构和操作系统的不一致性给应用带来影响,产生新的BUG。当出现程序异常时,也可以通过测试环境的相同容器进行快速定位和修复。

    2.4 更高效的计算资源利用

    Docker是内核级虚拟化,其不像传统的虚拟化技术一样需要额外的Hypervisor支持,所以在一台物理机上可以运行很多个容器实例,可大大提升物理服务器的CPU和内存的利用率。

    四、Docker基本架构与环境判断

    1、相关网址

    docker官网: http://www.docker.com
    Docker Hub官网(安装镜像的仓库): https://hub.docker.com/

    2、Docker部署

    2.1 环境介绍

    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。Docker实质上是在已经运行的Linux下制造了一个隔离的文件环境,因此它执行的效率几乎等同于所部署的Linux主机。因此,Docker 必须部署在Linux内核的系统上。如果其他系统想部署Docker就必须安装一个虚拟 Linux环境。在Windows.上部署Docker的方法都是先安装-个虚拟机, 并在安装Linux系统的的虚拟机中运行Docker.

    2.2 前提条件

    目前,CentOS 仅发行版本中的内核支持Docker。Docker 运行在CentOS 7 (64-bit)上,要求系统为64位、Linux系统内 核版本为3.8以上,这里选用Centos7.x

    2.2.1 查看内核

    uname命令用于打印当前系统相关信息(内核版本号、硬件架构、主机名称和操作系统类型等)。

    [ root@zzyy ~] # cat /etc/ redhat- release
    .....
    [ root@zzyy ~] #
    [ root@zzyy ~] # uname - r
    .....
    
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    2.3 Docker基本组成

    2.3.1 镜像(image)

    Docker镜像(Image) 就是一个只读的模板。镜像可以用来创建Docker容器,一个镜像可以创建很多容器。它也相当于是一个root文件系统。比如官方镜像centos:7 就包含了完整的一套centos:7最小系统的root 文件系统。相当于容器的“源代码”。
    docker镜像文件类似于Java的类模板,而docker容器实例类似于java中new出来的实例对象。

    2.3.2 容器(container)

    2.3.2.1 从面向对象角度

    Docker利用容器(Container) 独立运行的一个或一组应用,应用程序或服务运行在容器里面,容器就类似于一个虚拟化的运行环境,容器是用镜像创建的运行实例。就像是Java中的类和实例对象一样,镜像是静态的定义,容器是镜像运行时的实体。容器为镜像提供了一个标准的和隔离的运行环境,它可以被启动、开始、停止、删除。每个容器都是相互隔离的、保证安全的平台。

    2.3.2.2 从镜像容器角度

    可以把容器看做是一个简易版的Linux环境(包括root用户权限、进程空间、用户空间和网络空间等)和运行在其中的应用程序。

    2.3.3 仓库(repository)

    2.3.3.1 介绍

    它是集中存放镜像文件的场所。
    类似于
    Maven仓库, 存放各种jar包的地方;
    github仓库, 存放各种git项目的地方;

    2.3.3.2 最大的仓库

    Docker公司提供的官方registry被称为Docker Hub, 存放各种镜像模板的地方。
    仓库分为公开仓库(Public) 和私有仓库(Private) 两种形式。
    最大的公开仓库是Docker Hubhttps://hub.docker.com/),
    存放了数量庞大的镜像供用户下载。国内的公开仓库包括阿里云、网易云等

    2.3.4 小结

    2.3.4.1 基础概念

    Docker本身是一个容器运行载体或称之为管理引擎。我们把应用程序和配置依赖打包好形成一个可交付的运行环境,这个打包好的运行环境就是image镜像文件。 只有通过这个镜像文件才能生成Docker容器实例(类似Java中new出来一 个对象)。
    image文件可以看作是容器的模板。Docker根据image文件生成容器的实例。同一个image文件,可以生成多个同时运行的容器。

    2.3.4.2 镜像文件

    image文件生成的容器实例,本身也是一个文件,称为镜像文件。

    2.3.4.3 容器实例

    一个容器运行一种服务,当我们需要的时候,就可以通过docker客户端创建一个对应的运行实例,也就是我们的容器

    2.3.4.4 仓库

    就是放一堆镜像的地方,我们可以把镜像发布到仓库中,需要的时候再从仓库中拉下来就可以了。

    2.4 Docker平台架构

    Docker是-一个C/S模式的架构,后端是一个松耦合架构,众多模块各司其职。

    2.4.1 Docker运行的基本流程

    (1)用户是使用Docker Client与Docker Daemon建立通信,并发送请求给后者。
    (2) Docker Daemon作为Docker架构中的主体部分,首先提供Docker Server的功能使其可以接受Docker Client的请求。
    (3)Docker Engine执行Docker内部的一系列工作,每一项工作都是以一一个Job的形式的存在。
    (4)Job的运行过程中,当需要容器镜像时,则从Docker Registry中下载镜像,并通过镜像管理驱动Graph driver将下载镜像以Graph的形式存储。
    (5)当需要为Docker创建网络环境时,通过网络管理驱动Network driver创建并配置Docker容器网络环境。
    (6)当需要限制Docker容器运行资源或执行用户指令等操作时,则通过Exec driver来完成。
    (7)Libcontainer是一项独立的容器管理包,Network driver以及Exec driver都是通过Libcontainer来实现具体对容器进行的操作。

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