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阿里P8架构师谈:Docker容器的原理、特征、基本架构、与应用场景

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。

再来看看容器较为通俗的解释:

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。

阿里P8架构师谈:Docker容器的原理、特征、基本架构、与应用场景

什么是Docker

Docker 是一个开源项目,诞生于 2013 年初,最初是 dotCloud 公司内部的一个业余项目。它基于 Google 公司推出的 Go 语言实现。 项目后来加入了 Linux 基金会,遵从了 Apache 2.0 协议,项目代码在 GitHub 上进行维护。

阿里P8架构师谈:Docker容器的原理、特征、基本架构、与应用场景

说实话关于Docker是什么并太好说,下面我通过四点向你说明Docker到底是个什么东西。

  •  Docker是世界领先的软件容器平台。
  •  Docker使用Google公司推出的Go语言进行开发实现,基于Linux内核的cgroup,namespace,以及AUFS类的UnionFS等技术,对进程进行封装隔离,属于操作系统层面的虚拟化技术。 由于隔离的进程独立于宿主和其它的隔离的进程,因此也称其为容器。Docke最初实现是基于LXC。
  •  Docker能够自动执行重复性任务,例如搭建和配置开发环境,从而解放了开发人员以便他们专注在真正重要的事情上:构建杰出的软件。
  •  用户可以方便地创建和使用容器,把自己的应用放入容器。容器还可以进行版本管理、复制、分享、修改,就像管理普通的代码一样。

为什么用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。

Docker 在如下几个方面具有较大的优势:

1.更快速的交付和部署

Docker在整个开发周期都可以完美的辅助你实现快速交付。Docker允许开发者在装有应用和服务本地容器做开发。可以直接集成到可持续开发流程中。

例如:开发者可以使用一个标准的镜像来构建一套开发容器,开发完成之后,运维人员可以直接使用这个容器来部署代码。 Docker 可以快速创建容器,快速迭代应用程序,并让整个过程全程可见,使团队中的其他成员更容易理解应用程序是如何创建和工作的。 Docker 容器很轻很快!容器的启动时间是秒级的,大量地节约开发、测试、部署的时间。

2.高效的部署和扩容

Docker 容器几乎可以在任意的平台上运行,包括物理机、虚拟机、公有云、私有云、个人电脑、服务器等。 这种兼容性可以让用户把一个应用程序从一个平台直接迁移到另外一个。

Docker的兼容性和轻量特性可以很轻松的实现负载的动态管理。你可以快速扩容或方便的下线的你的应用和服务,这种速度趋近实时。

3.更高的资源利用率

Docker 对系统资源的利用率很高,一台主机上可以同时运行数千个 Docker 容器。容器除了运行其中应用外,基本不消耗额外的系统资源,使得应用的性能很高,同时系统的开销尽量小。传统虚拟机方式运行 10 个不同的应用就要起 10 个虚拟机,而Docker 只需要启动 10 个隔离的应用即可。

4.更简单的管理

使用 Docker,只需要小小的修改,就可以替代以往大量的更新工作。所有的修改都以增量的方式被分发和更新,从而实现自动化并且高效的管理。

Docker与虚拟机的区别

阿里P8架构师谈:Docker容器的原理、特征、基本架构、与应用场景
阿里P8架构师谈:Docker容器的原理、特征、基本架构、与应用场景

比较上面两张图,我们发现虚拟机是携带操作系统,本身很小的应用程序却因为携带了操作系统而变得非常大,很笨重。

Docker是不携带操作系统的,所以Docker的应用就非常的轻巧。

另外在调用宿主机的CPU、磁盘等等这些资源的时候,拿内存举例,虚拟机是利用Hypervisor去虚拟化内存,整个调用过程是虚拟内存->虚拟物理内存->真正物理内存,但是Docker是利用Docker Engine去调用宿主的的资源,这时候过程是虚拟内存->真正物理内存。

Docker 基本架构

Docker 使用客户端-服务器 (C/S) 架构模式,使用远程API来管理和创建Docker容器。

Docker 主要有以下几部分组成:

  1.  Docker Client 客户端
  2.  Docker daemon 守护进程
  3.  Docker Image 镜像
  4.  Docker Container 容器
  5.  Docker Registry 仓库

客户端和守护进程:

  •  Docker是C/S(客户端client-服务器server)架构模式。
  •  docker通过客户端连接守护进程,通过命令向守护进程发出请求,守护进程通过一系列的操作返回结果。
  •  docker客户端可以连接本地或者远程的守护进程。
  •  docker客户端和服务器通过socket或RESTful API进行通信。

Docker 容器通过 Docker 镜像来创建,容器与镜像的关系类似于面向对象编程中的对象与类。

如图所示基本架构:

阿里P8架构师谈:Docker容器的原理、特征、基本架构、与应用场景

1.Docker 镜像(Images)

Docker 镜像是用于创建 Docker 容器的模板。

2.Docker 容器(Container)

容器是独立运行的一个或一组应用。

3.Docker 客户端(Client)

Docker 客户端通过命令行或者其他工具使用 Docker API

4.Docker 主机(Host)

一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker 守护进程和容器。

5.Docker 仓库(Registry)

Docker 仓库用来保存镜像,可以理解为代码控制中的代码仓库。

6.Docker Hub

提供了庞大的镜像集合供使用。

7.Docker Machine

Docker Machine是一个简化Docker安装的命令行工具,通过一个简单的命令行即可在相应的平台上安装Docker,比如VirtualBox、 Digital Ocean、Microsoft Azure。

总之,Docker是一种轻量虚拟化的容器技术,提供类似虚拟机的隔离功能,并使用了一种分层的联合文件系统技术管理镜像,能极大简化环境运维过程,最后看看对应的应用场景。

Docker的应用场景

1. 作为云主机使用

相比虚拟机来说,容器使用的是一系列非常轻量级的虚拟化技术,使得其启动、部署、升级跟管理进程一样迅速,用起来灵活又感觉跟虚拟机一样没什么区别,所以有些人直接使用Docker的Ubuntu等镜像创建容器,当作轻量的虚拟机来使用。

2. 作为服务使用

如果你仅仅把Docker容器当作一个轻量的固定虚拟机用,那其实只能算是另类用法,Docker容器最重要价值在于提供一整套平台无关的标准化技术,简化服务的部署、升级、维护,只要把需要运维的各种服务打包成标准的集装箱,就可以在任何能运行Docker的环境下跑起来,达到开箱即用的效果,这个特点才是Docker容器风靡全球的根本原因。

  •  Web应用服务
  •  持续集成和持续部署

3. 微服务架构使用

如果说上面两种应用场景还不足以体现出与传统的PaaS平台相比的巨大优势的话,那么对微服务的架构这种复杂又灵活的使用场景的无缝支持绝对具有革命意义。

微服务架构将传统分布式服务继续拆分解耦,形成一些更小服务模块,服务模块之间独立部署升级,这些特性与容器的轻量、高效部署不谋而合。


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马 东东
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热爱开源技术的程序猿。
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