1. 什么是 Docker
Docker 是一种开源的容器化平台,旨在简化应用程序的开发、部署和运行过程。它提供了一种轻量级、可移植和自包含的容器化环境,使开发人员能够在不同的计算机上以一致的方式构建、打包和分发应用程序。
以下是 Docker 的几个核心概念:
- 容器(Container):容器是 Docker 的基本部署单元。它是一个轻量级的、独立的运行时环境,包含应用程序及其相关依赖。容器利用 Linux 内核的命名空间和控制组技术,实现了隔离性和资源管理,使得应用程序在不同的容器中运行不会相互影响。
- 镜像(Image):镜像是用于创建容器的模板。它包含了一个完整的文件系统,其中包括应用程序运行所需的所有文件、依赖和配置信息。镜像是不可变的,通过 Docker 镜像可以创建多个相同的容器实例。
- 镜像仓库(Image Registry):镜像仓库是用于存储和分发 Docker 镜像的地方。最常用的公共镜像仓库是 Docker Hub,上面有大量的官方和社区共享的镜像。此外,还可以搭建私有的镜像仓库,用于存放自己的镜像。
- Dockerfile:Dockerfile 是一种文本文件,用于定义 Docker 镜像的构建过程。它包含了一系列的指令,用于指定基础镜像、安装软件、拷贝文件、配置环境等。通过 Dockerfile,可以自动化地构建镜像,确保镜像的一致性和可重复性。
Docker 的优势在于它的轻量性、可移植性和灵活性。通过使用 Docker,开发人员可以更轻松地创建一个可靠的开发环境、快速部署应用程序、实现弹性扩展和服务编排等。同时,它也提供了生态系统丰富的工具和服务,例如容器编排工具 Docker Compose 和容器编排平台 Kubernetes,使得容器化应用的管理更加便捷和高效。
2. Docker 与虚拟技术的区别和联系
- Docker 在容器的基础上,进行了进一步的封装,从文件系统、网络互联到进程隔离等等,极大地简化了容器的创建和维护。使得 Docker 技术比虚拟机技术更为轻便、快捷。
- 下面的图片比较了 Docker 和传统虚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。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。
3. 为什么要用 Docker
作为一种新兴的虚拟化方式,Docker 跟传统的虚拟化方式相比具有众多的优势:
- 更高效的利用系统资源
由于容器不需要进行硬件虚拟以及运行完整操作系统等额外开销,Docker 对系统资源的利用率更高。无论是应用执行速度、内存损耗或者文件存储速度,都要比传统虚拟机技术更高效。因此,相比虚拟机技术,一个相同配置的主机,往往可以运行更多数量的应用。
- 更快速的启动时间
传统的虚拟机技术启动应用服务往往需要数分钟,而 Docker 容器应用,由于直接运行于宿主内核,无需启动完整的操作系统,因此可以做到秒级、甚至毫秒级的启动时间。大大的节约了开发、测试、部署的时间。
- 一致的运行环境
开发过程中一个常见的问题是环境一致性问题。由于开发环境、测试环境、生产环境不一致,导致有些 bug 并未在开发过程中被发现。而 Docker 的镜像提供了除内核外完整的运行时环境,确保了应用运行环境一致性,从而不会再出现 「这段代码在我机器上没问题啊」 这类问题。
- 持续交付和部署
对开发和运维(DevOps)人员来说,最希望的就是一次创建或配置,可以在任意地方正常运行。
使用 Docker 可以通过定制应用镜像来实现持续集成、持续交付、部署。开发人员可以通过 Dockerfile 来进行镜像构建,并结合持续集成(Continuous Integration)系统进行集成测试,而运维人员则可以直接在生产环境中快速部署该镜像,甚至结合持续部署(Continuous Delivery/Deployment)系统进行自动部署。
而且使用 Dockerfile 使镜像构建透明化,不仅仅开发团队可以理解应用运行环境,也方便运维团队理解应用运行所需条件,帮助更好的生产环境中部署该镜像。
- 更轻松的迁移
由于 Docker 确保了执行环境的一致性,使得应用的迁移更加容易。Docker 可以在很多平台上运行,无论是物理机、虚拟机、公有云、私有云,甚至是笔记本,其运行结果是一致的。因此用户可以很轻易地将在一个平台上运行的应用,迁移到另一个平台上,而不用担心运行环境的变化导致应用无法正常运行的情况。
- 更轻松的维护和扩展
Docker 使用的分层存储以及镜像的技术,使得应用重复部分的复用更为容易,也使得应用的维护更新更加简单,基于基础镜像进一步扩展镜像也变得非常简单。此外,Docker 团队同各个开源项目团队一起维护了一大批高质量的 官方镜像,既可以直接在生产环境使用,又可以作为基础进一步定制,大大的降低了应用服务的镜像制作成本。
- 对比传统虚拟机总结
特性 | 容器 | 虚拟机 |
---|---|---|
启动 | 秒级 | 分钟级 |
硬盘使用 | 一般为 MB
|
一般为 GB
|
性能 | 接近原生 | 弱于 |
系统支持量 | 单机支持上千个容器 | 一般几十个 |
4. 几个基本概念
4.1 镜像
我们都知道,操作系统分为内核和用户空间。对于 Linux 而言,内核启动后,会挂载 root 文件系统为其提供用户空间支持。而 Docker 镜像(Image),就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:18.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 18.04 最小系统的 root 文件系统。
Docker 镜像 是一个特殊的文件系统,除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外,还包含了一些为运行时准备的一些配置参数(如匿名卷、环境变量、用户等)。镜像 不包含 任何动态数据,其内容在构建之后也不会被改变。文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-742354.html
镜像的分层存储:文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-742354.html
- 因为镜像包含操作系统完整的 root 文件系统,其体积往往是庞大的,因此在 Docker 设计时,就充分利用 Union FS 的技术,将其设计为分层存储的架构。所以严格来说,镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件,镜像只是一个虚拟的概念,其实际体现并非由一个文件组成,而是由一组文件系统组成,或者说,由多层文件系统联合组成。
- 镜像构建时,会一层层构建,前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变,后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如,删除前一层文件的操作,实际不是真的删除前一层的文件,而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候,虽然不会看到这个文件,但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此,在构建镜像的时候,需要额外小心,每一层尽量只包含该层需要添加的东西,任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。
- 分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层,然后进一步添加新的层,以定制自己所需的内容,构建新的镜像。
4.2 容器
- 镜像(Image)和容器(Container)的关系,就像是面向对象程序设计中的类和实例一样,镜像是静态的定义,容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。
- 容器的实质是进程,但与直接在宿主执行的进程不同,容器进程运行于属于自己的独立的命名空间。因此容器可以拥有自己的 root 文件系统、自己的网络配置、自己的进程空间,甚至自己的用户 ID 空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里,使用起来,就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。也因为这种隔离的特性,很多人初学 Docker 时常常会混淆容器和虚拟机。
- 前面讲过镜像使用的是分层存储,容器也是如此。每一个容器运行时,是以镜像为基础层,在其上创建一个当前容器的存储层,我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为 容器存储层。
- 容器存储层的生存周期和容器一样,容器消亡时,容器存储层也随之消亡。因此,任何保存于容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。
- 按照 Docker 最佳实践的要求,容器不应该向其存储层内写入任何数据,容器存储层要保持无状态化。所有的文件写入操作,都应该使用数据卷(Volume)、或者绑定宿主目录,在这些位置的读写会跳过容器存储层,直接对宿主(或网络存储)发生读写,其性能和稳定性更高。
- 数据卷的生存周期独立于容器,容器消亡,数据卷不会消亡。因此,使用数据卷后,容器删除或者重新运行之后,数据却不会丢失。
4.3 镜像仓库
- 镜像构建完成后,可以很容易的在当前宿主机上运行,但是,如果需要在其它服务器上使用这个镜像,我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务,Docker Registry 就是这样的服务。
- 一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库(Repository);每个仓库可以包含多个标签(Tag);每个标签对应一个镜像。
- 通常,一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像,而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过
<仓库名>:<标签>
的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签,将以latest
作为默认标签。 - 以 Ubuntu 镜像为例,
ubuntu
是仓库的名字,其内包含有不同的版本标签,如:16.04
,18.04
。我们可以通过ubuntu:16.04
,或者ubuntu:18.04
来具体指定所需哪个版本的镜像。如果忽略了标签,比如ubuntu
,那将视为ubuntu:latest
。 - 仓库名经常以两段式路径形式出现,比如
jwilder/nginx-proxy
,前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名,后者则往往是对应的软件名。但这并非绝对,取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务。
4.3.1 Docker Registry 公开服务
- Docker Registry 公开服务是开放给用户使用、允许用户管理镜像的 Registry 服务。一般这类公开服务允许用户免费上传、下载公开的镜像,并可能提供收费服务供用户管理私有镜像。
- 最常使用的 Registry 公开服务是官方的 Docker Hub,这也是默认的 Registry,并拥有大量的高质量的官方镜像。除此以外,还有 Red Hat 的 Quay.io;Google 的 Google Container Registry,Kubernetes 的镜像使用的就是这个服务;代码托管平台 GitHub 推出的 ghcr.io。
- 由于某些原因,在国内访问这些服务可能会比较慢。国内的一些云服务商提供了针对 Docker Hub 的镜像服务(
Registry Mirror
),这些镜像服务被称为 加速器。常见的有 阿里云加速器、DaoCloud 加速器 等。使用加速器会直接从国内的地址下载 Docker Hub 的镜像,比直接从 Docker Hub 下载速度会提高很多。 - 国内也有一些云服务商提供类似于 Docker Hub 的公开服务。比如 网易云镜像服务、DaoCloud 镜像市场、阿里云镜像库 等。
4.3.2 私有 Docker Registry
- 除了使用公开服务外,用户还可以在本地搭建私有 Docker Registry。Docker 官方提供了 Docker Registry 镜像,可以直接使用做为私有 Registry 服务。
- 开源的 Docker Registry 镜像只提供了 Docker Registry API 的服务端实现,足以支持
docker
命令,不影响使用。但不包含图形界面,以及镜像维护、用户管理、访问控制等高级功能。 - 除了官方的 Docker Registry 外,还有第三方软件实现了 Docker Registry API,甚至提供了用户界面以及一些高级功能。比如,Harbor 和 Sonatype Nexus。
4.4 Dockerfile
- Dockerfile 是一个用来构建镜像的文本文件,文本内容包含了一条条构建镜像所需的指令和说明。
- 在一个文件夹中,如果有一个名字为 Dockfile 的文件,其内容满足语法要求,在这个文件夹路径下执行命令:
docker build --tag name:tag .
,就可以按照描述构建一个镜像了。name
是镜像的名称,tag
是镜像的版本或者是标签号,不写的话默认为lastest
。注意后面有一个空格和点。
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