本文介绍了Docker的基础知识，包括KVM虚拟化的概念、Docker与虚拟机的区别、Docker的使用场景及其核心组件。详细阐述了Docker的部署、镜像和容器的管理，以及私有仓库的操作。总结了Docker的镜像、容器、仓库三大组件及其重要操作，强调了Docker的资源隔离和管理优势。
目录
6、docker的架构(docker architecture)
前言
以1inux而言，linux操作 系统会有一个主进程pid=1派生出其他进程来控制不同服务，例如：
pid=2 --> python 、pid=3-->java 、pid4-->php ，三个服务可能会相互影响，此时使用者期望将这
三个不同的服务，跑在不同的运行时环境中实现相互不影响，同时不会增加服务器成本，以此为基
础，思考能否将这三种服务分别封装起来呢？这时就有了KVM虛拟化技术，实现了一个操作系统
模拟多个操作系统/不同的运行时环境。随着技术发展，人们发现虚拟化技术开销较大，这时就延
伸出了容器技术，虚拟化层的抽象层(用户层)剥离，使用docker engine来替代(来宾操作系统去
除)，只要通过引擎就可以直接连接到宿主机操作系统中，极大减小了开销。
一、KVM虚拟化的简单概论
1、虚拟化
虚拟化，是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机（对计算机物理资源的抽
象，实现资源的模拟、隔离和共享）。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机
可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高
计算机的工作效率。虚拟化是一种资源管理技术，打破实体结构的不可分割的障碍，可以对数据中
心的所有资源进行虚拟化和管理，可以实现服务虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化和桌面虚拟化。
在实际的生产环境中，虚拟化技术主要用来解决高性能的物理硬件产能过剩和老的、旧的硬
件产能过低的重组、重用，透明化底层物理硬件，从而最大化的利用物理硬件，对资源充分利用。
（主要解决的两个问题：资源充分利用；以及缩短交付时间。）
虚拟化技术就是通过软件/应用程序的方式，来实现物理硬件的功能。
2、虚拟化类型
①全虚：将物理硬件资源全部通过软件的方式抽象化，最后进行调用
使用的方法：使用hypervisor（VMM）软件，其原理是在底层硬件和服务器之间建立一个抽象层，
而基于核心的虚拟机是面向Linux系统的开源产品hypervisor（VMM）可以捕捉CPU的指令。
②半虚：需要修改操作系统
③直通：直接使用物理硬件资源（需要设备支持，还不完善）
3、虚拟化特性
①优势：
集中化管理（远程管理、维护）；
提高硬件利用率（物理资源利用率低，例如峰值，虚拟化解决了“空闲”容量）；
动态调整机器/资源配置（虚拟化把系统的应用程序和服务硬件分离、提高了灵活性）；
高可靠（可部署额外的功能和方案，可提高透明负载均衡、迁移、恢复复制等应用环境）。
②劣势：
前期高额费用（初期的硬件支持）；
降低硬件利用率（特定场景，例：极度吃资源的应用不一定适合虚拟化）；
更大的错误影响面（本地物理机down机会导致虚拟机均不可用，同时可能虚拟机中文件全部损
坏）；
实施配置复杂、管理复杂（管理人员运维、排障困难）；
一定的限制性（虚拟化技术涉及各种限制，必须与支持/兼容虚拟化的服务器、应用程序以及供应
商结合使用）；
安全性（虚拟化技术自身的安全隐患）。
4、KVM简介
KVM (Kernel-based vritual Machine)——基于内核的虚拟机。KVM是基于虚拟化扩展的X86
硬件的开源Linux原生的全虚拟化方案(要求cpu支持Intel-vT-x或AMD-V)。KVM内嵌于内核模块
中，模拟处理器和内存以支持虚拟机运行，虚拟机被实现为常规的Linux进程，由标准Linux调度程
序进行调度；虚拟机的每个虚拟CPU被实现为一个常规的Linux进程。这使得KVM能够使用Linux内
核的已有功能但KVM本身不执行任何模拟。
需要客户空间程序(虚拟机)通过/dev/kvm (此虚拟设备需要开起硬件辅助虚拟化才能看到)接口
设置一个客户机虚拟服务器的地址空间，并且由Qemu模拟I/O (ioctl)进行调度资源和维护管理。
Libvirt：KVM的管理工具，除了可以管理KM这类VMM，还可以管理xen，VirtualBox，甚至
Openstack底层
Libvirt包含3个组件：后台daemon程序libvirtd、 API库、命令行工具virsh
①、KVM工作流程
【1】用户模式的Qemu利用接口libkvm通过ioctl系统调用进入内核模式。
【2】KVM驱动为虚拟机创建 虚拟CPU和虚拟内存。
【3】然后执行VMLAU.NCH指令进入客户模式，装载Guest OS并运行。
【4】Guest OS运行过程中如果发生异常，则暂停Guest OS的运行并保存当前状态同时退出到内
核模式来处理这些异常。
【5】内核模式处理这些异常时如果不需要I/O则处理完成后重新进入客户模式。如果需要I/O则进
入到用户模式，则由Qemu来处理I/O，处理完成后进入内核模式，再进入客户模式。
②、KVM各核心组件功能
【1】QEMU：负责抽象化I/O资源，客户机系统，包括CPU (vCPU) 、内存驱动(Console、 网卡、
I/O设备驱动等)，被KVM置于一种受限制的CPU 模式下运行。功能：控制I/O虚拟化，调用硬件资
源。
【2】KVM：内置在内核中，负责对实际物力资源进行抽象/逻辑分割，模拟处理器和内存以支持虚
拟机运行。功能：为虚拟机提供CPU、内存(硬件资源)的虚拟化。
③、KVM虚拟化架构(三种模式)
◆客户模式(guestOs) ：VM中的OS为Guestos
客户机在操作系统中运行的模式，客户机分为内核模式和用户模式，作用如下:
◆用户模式：为用户提供虚拟机管理的用户空间工具以及代表用户执行I/O，Qemu工作在此模式下(Qemu的主要功能)
◆linux内核模式：模拟CPU、 内存，实现客户模式切换，处理从客户模式的推出，KVM即运行在此模式下
④、KVM原理
KVM驱动提供处理器、内存的虚拟化，以及客户机I/O的拦截，guest的I/O被拦截后，交由Qemu处
理；Qemu利用接口libkvm调用(ioctl) 虚拟机设备接口/dev/kvm来分配资源、管理、维护虚拟机。
客户机-----用户层/虚拟化层（QEMU）------内核（kvm）之间是通过API接口调用的。
二、docker容器简介
Docker是一种轻量级的”虚拟机”，在linux容器里运行应用的开源工具。
1、docker概念
docker是一个用于开发，交付和运行应用程序的开放平台。docker是由容器引擎，把linux的
cgroup、namespaces等容器底层技术进行完美的封装、并抽象为用户提供创建和管理容器的便捷
界面(命令行Cli、api等) C/s。docker使应用程序和基础架构分开，从而可以快捷交付软件；还是一
个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包大门的应用以及依赖包到一个可移植的镜像中，然后发
布到任何流行的linux或者windows机器上；也可以实现虚拟化，容器是完全使用沙箱机制，相互之
间不会任何接口。（沙箱，在计算机安全领域，沙箱是一种程序的隔离运行机制）
①、云计算三层架构及说明如下。而Docker就是PAAS中的技术。
②、使用docker的作用
◆docker引擎统一了基础设施环境docker环境：docker环境------》image------>封装一个简易的操作
系统(3.0+G)。
◆docker引擎统一了程序打包(装箱)方式-docker镜像：docker镜像一》 images
◆docker引擎统一了程序部署(运行)方式-docker容器：docker容器一 》基于镜像——》运行为容器
(可运行的环境)实现了一次构建、多次、多处使用。
镜像———》 封装的某一个时刻的服务/应用状态
容器———》应用跑起来的状态(正常提供服务的状态-运行时)
2、Docker和虚拟机的区别
| 不同点 |
container |
vm |
| 启动速度 |
快速（秒级别） |
慢（分钟级） |
| 运维性能 |
接近原生（使用共享内核） |
50%左右损失 |
| 磁盘占用 |
小（内核大小MB） |
大（整个系统的大小GB） |
| 数量 |
成百上千 |
一般十几台 |
| 隔离性 |
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