Docker 核心概念与基本使用

一、Docker 简介

Docker 是一个构建，发布和运行应用程序的开放平台。Docker 以容器为资源分隔和调度的基本单位，容器封装了整个项目运行时所需要的所有环境，通过 Docker 你可以将应用程序与基础架构分离，像管理应用程序一样管理基础架构，以便快速完成项目的部署与交付。

Docker 使用 Go 语言进行开发，基于 Linux 内核的 cgroup，namespace，以及 AUFS 类的 Union FS 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。最初实现是基于 LXC，从 0.7 版本以后开始去除 LXC，转而使用自行开发的 libcontainer，从 1.11 开始，则进一步演进为使用 runC 和 containerd。

• runc ：是一个 Linux 命令行工具，用于根据 OCI容器运行时规范 创建和运行容器。
• containerd ：是一个守护程序，它管理容器生命周期，提供了在一个节点上执行容器和管理镜像的最小功能集。

下图体现了 Docker 和传统虚拟化方式的差异：传统虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，再在其上运行一个完整操作系统，之后可以在该系统上运行所需的应用进程；而 Docker 容器内的应用进程则是直接运行于宿主的内核，容器没有自己的内核，也没有进行硬件虚拟，因此要比传统虚拟机更为轻便。

二、Docker 架构与核心概念

Docker 使用 client-server 架构， Docker 客户端将命令发送给 Docker 守护进程，后者负责构建，运行和分发 Docker 容器。 Docker 客户端和守护程序使用 REST API，通过 UNIX 套接字或网络接口进行通信。核心概念如下：

2.1 镜像

Docker 镜像（Image）是一个特殊的文件系统，包含了程序运行时候所需要的资源和环境。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。

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，充分利用 Union FS （联合文件系统）的技术，将其设计为分层存储的架构，所以一个镜像实际上是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。

2.2 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，容器进程运行在属于自己的、独立的命名空间中。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。

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称为 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，数据都不会丢失。

2.3 仓库

镜像构建完成后，可以很容易的在当前宿主机上运行，但如果需要在其它服务器上使用这个镜像，就需要一个集中的存储、分发镜像的服务，这就是镜像仓库（Registry）。Docker Hub 是 Docker 官方提供的