Docker简介_谷歌容器是什么

1. 容器(Container)介绍

1.1 什么是容器？

一句话概括容器：容器就是将软件打包成标准化单元，以用于开发、交付和部署。

• 容器镜像是轻量的、可执行的独立软件包 ，包含软件运行所需的所有内容：代码、运行时环境、系统工具、系统库和设置。
• 容器化软件适用于基于Linux和Windows的应用，在任何环境中都能够始终如一地运行。
• 容器赋予了软件独立性，使其免受外在环境差异（例如，开发和预演环境的差异）的影响，从而有助于减少团队间在相同基础设施上运行不同软件时的冲突。

如果需要通俗的描述容器的话，我觉得容器就是一个存放东西的地方，就像书包可以装各种文具、衣柜可以放各种衣服、鞋架可以放各种鞋子一样。我们现在所说的容器存放的东西可能更偏向于应用比如网站、程序甚至是系统环境。

1.2 Docker 开源项目背景

Docker 是基于Go 语言实现的开源容器项目，诞生于2013 年年初，最初发起者是 dotCloud 公司。Docker 自开源后受到广泛的关注和l 讨论，目前已有多个相关项目（包括 Docker 三剑客、Kubemetes 等），逐渐形成了围绕Docker 容器的生态体系。 由于Docker 在业界造成的影响力实在太大， dotCloud 公司后来也直接改名为Docker Inc ，并专注于Docker 相关技术和产品的开发。

1.3 Docker的概念

Docker 是世界领先的软件容器平台。开发人员利用 Docker 可以消除协作编码时“在我的机器上可正常工作”的问题。运维人员利用 Docker 可以在隔离容器中并行运行和管理应用，获得更好的计算密度。企业利用 Docker 可以构建敏捷的软件交付管道，以更快的速度、更高的安全性和可靠的信誉为 Linux 和 Windows Server 应用发布新功能。

• Docker是PasS提供商DoctCloud开源的一个基于LXC的高级容器引擎，源代码托管在Github上，基于go语言并遵从Apache2.0协议开源。Docker近期非常火热，无论是从Github上的代码活跃度，还是Redhat在REHEL6.5中集成对Docker的支持，就连Google的Compute Engine也支持docker在意之上运行，百度、阿里、新浪、京东也开始使用Docker作为PaaS基础。

• 某款开源软件能否在商业上成功，很大程度上依赖三件事-成功的User case，活跃的社区和一个好故事。DotCloud在自家的PaaS产品上建立在docker之上，长期维护且有大量用户，社区十分活跃，接下来我们看看docker 的故事。

• ·环境管理复杂–从各种OS到各种中间件到各种app，一款产品能够成功作为开发者需要关心的东西太多，且难于管理，这个问题几乎在所有现代IT相关行业都需要面对，对此Docker可以简化部署多种应用实例工作，比如Web应用、后台应用、数据库应用、大数据应用比如Hadoop集群、消息队列等等都可以打包成一个 Image部署。
  
  Docker容器的特点

• 轻量，在一台机器上运行的多个Docker容器可以共享这台机器的操作系统内核；它们能够迅速启动，只需占用很少的计算和内存资源。镜像是通过文件系统层进行构造的，并共享一些公共文件。这样就能尽量降低磁盘用量，并能更快地下载镜像。

• 标准，Docker容器基于开放式标准，能够在所有主流Linux版本、Microsoft Windows以及包括VM、裸机服务器和云在内的任何基础设施上运行。

• 安全，Docker赋予应用的隔离性不仅限于彼此隔离，还独立于底层的基础设施。Docker默认提供最强的隔离，因此应用出现问题，也只是单个容器的问题，而不会波及到整台机器。

2 传统虚拟化与容器的区别

容器和虚拟机具有相似的资源隔离和分配优势，但功能有所不同，因为容器虚拟化的是操作系统，而不是硬件，因此容器更容易移植，效率也更高。

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。

两者对比图

• 容器是一个应用层抽象，用于将代码和依赖资源打包在一起。 多个容器可以在同一台机器上运行，共享操作系统内核，但各自作为独立的进程在用户空间中运行 。与虚拟机相比， 容器占用的空间较少（容器镜像大小通常只有几十兆），瞬间就能完成启动 。
• 虚拟机（VM）是一个物理硬件层抽象，用于将一台服务器变成多台服务器。 管理程序允许多个VM在一台机器上运行。每个VM都包含一整套操作系统、一个或多个应用、必要的二进制文件和库资源，因此占用大量空间。而且VM启动也十分缓慢 。

3 cgroups

• Linux控制组（cgroups）是一个内核功能，用于限制，记录和隔离一个或多个进程对CPU，内存，磁盘I/O，以及网络的使用量及访问。

• 控制组技术最初是由谷歌开发的，最终在2.6.24版本（2008年1月）中并入Linux内核主线。这项技术被部分重新设计，添加了kernfs（用于分割一些sysfs逻辑），这些改变被合并到3.15和3.16版本的内核中。

• 控制组主要为了提供统一接口来管理进程或者整个操作系统级别的虚拟化，包括Linux 容器，或者LXC（将在之后的文章中详细介绍这项技术）。控制组框架提供了以下功能：

资源限制：一个控制组可以配置成不能超过指定的内存限制或是不能使用超过一定数量的处理器或限制使用特定的外围设备。

优先级：一个或者多个控制组可以配置成使用更少或者更多的CPU或者磁盘

I/O吞吐量

• 记录：一个控制组的资源使用情况会被监督以及测量。
• 控制：进程组可以被冻结，暂停或者重启。
  一个控制组可以包含一个或者多个进程，这些进程将全部绑定于同一组限制。控制组也可以继承，这意味着一个子组可以继承其父组限制。

Linux内核为控制组技术的一系列控制器以及子系统提供了访问。控制器将负责将特定类型的系统资源分配给一个控制组（包含一个或者多个进程）。例如，内存控制器会限制内存使用而cpuacct控制器会监控CPU的使用情况。

4 LXC

4.1 什么是LXC

LXC是Linux containers的简称，是一种基于容器的操作系统层级的虚拟化技术。

4.2 LXC简介

• LXC（LinuX Containers）Linux容器，一种操作系统层虚拟化技术，为Linux内核容器功能的一个用户空间接口。它将应用软件系统打包成一个软件容器（Container），内含应用软件本身的代码，以及所需要的操作系统核心和库。透过统一的名字空间和共享API来分配不同软件容器的可用硬件资源，创造出应用程序的独立沙箱运行环境，使得Linux用户可以容易的创建和管理系统或应用容器。

• 在Linux内核中，提供了cgroups功能，来达成资源的隔离。它同时也提供了名称空间隔离的功能，使应用程序看到的操作系统环境被区隔成独立区间，包括进程树，网络，用户id，以及挂载的文件系统。但是cgroups并不一定需要启动任何虚拟机。

• LXC利用cgroups与名称空间的功能，提供应用软件一个独立的操作系统环境。LXC不需要Hypervisor这个软件层，软件容器（Container）本身极为轻量化，提升了创建虚拟机的速度。

• LXC可以在操作系统层次上为进程提供的虚拟的执行环境(对进程进行隔离)，一个虚拟的执行环境就是一个容器。可以为容器绑定特定的cpu和memory节点，分配特定比例的cpu时间、IO时间，限制可以使用的内存大小（包括内存和是swap空间），提供device访问控制，提供独立的namespace（网络、pid、ipc、mnt、uts）。

Docker本质来说不是容器，而是容器的管理工具，最初的Docker也是基于LXC实现的。

4.3 LXC关键技术点

• chroot，根切换，从容器内的角度来看
• namespaces：名称空间，负责将资源隔离，比如pid，网络，mnt，user，uts等
• CGroups：控制组，负责控制资源的分配

4.4 Namespaces(名称空间)

命名空间(Namespaces)是Linux内核针对实现容器虚拟化而引入的一个强大特性。

每个容器都可以拥有自己独立的命名空间，运行其中的应用都像是在独立的操作系统中运行一样。命名空间保证了容器间彼此互不影响。

5 docker工作方式

为了使容器的使用更加易于管理，docker采取一个用户空间只跑一个业务进程的方式，在一个容器内只运行一个进程，比如我们要在一台主机上安装一个nginx和一个tomcat，那么nginx就运行在nginx的容器中，tomcat运行在tomcat的容器中，二者用容器间的通信逻辑来进行通信。

LXC是把一个容器当一个用户空间使用，当虚拟机一样使用，里面可以运行N个进程，这就使得我们在容器内去管理时极为不便，而docker用这种限制性的方式，在一个容器中只运行一个进程的方式，使得容器的管理更加方便。

使用docker的优劣：

• 删除一个容器不会影响其他容器
• 调试不便，占空间(每个容器中都必须自带调试工具，比如ps命令)
• 分发容易，真正意义上一次编写到处运行，比java的跨平台更彻底
• 部署容易，无论底层系统是什么，只要有docker，直接run就可以了
• 分层构建，联合挂载
  

在容器中有数据称作有状态，没有数据称作无状态。在容器的使用中，我们应以有状态为耻，以无状态为荣。数据不应该放在容器中，而应放置于外部存储中，通过挂载到容器中从而进行数据的存储。