容器——容器概述

容器概述

容器发展简史

互联网企业生产环境的应用部署经历了三个阶段：

1. 物理机部署时代

• 特点：
  • 使用纯粹的物理机部署应用。
  • 一台服务器上部署多个应用进程（如 DB、缓存进程等）。
• 问题：
  • 进程间资源抢占，导致资源耗尽或磁盘满等问题。
  • 资源隔离不足，单个进程异常可能影响其他进程。

2. 虚拟机部署时代

• 特点：
  • 通过硬件虚拟化，每台虚拟机分配固定的 CPU、内存、磁盘资源。
  • 每台虚拟机通常只部署一个应用。
• 优点：
  • 解决了进程间资源隔离的问题。
• 缺点：
  • 软件版本和配置文件容易碎片化，导致管理复杂。

3. 容器部署时代

• 特点：
  • 使用容器技术（如 Docker），通过镜像文件实现应用部署。
  • 所有容器共享相同的基础镜像，确保环境一致性。
• 优点：
  • 解决了虚拟机部署中的软件版本碎片化问题。
  • 容器销毁后，修改的内容不会保留，确保环境一致性。

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虚拟机与容器

1. 名词解释

① 虚拟机

• 定义：通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的计算机系统。
• 特点：
  • 每个虚拟机有独立的操作系统和硬件资源。
  • 启动慢，占用资源多。
• 代表技术：VMWare、OpenStack。

② 容器

• 定义：将操作系统层虚拟化，是一个标准的软件单元。
• 特点：
  • 随处运行：打包代码、配置和依赖，确保环境一致性。
  • 高资源利用率：进程级隔离，精细控制资源使用。
  • 快速扩展：启动速度快，适合弹性伸缩。

2. 容器技术与虚拟机技术对比

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Docker 基础概念

1. 仓库（Repository）

• 定义：用于存储和分发 Docker 镜像的地方。
• 类型：
  • 公共仓库（如 Docker Hub）。
  • 私有仓库（如 Harbor）。

2. 镜像（Image）

• 定义：一个只读的模板，包含运行容器所需的文件系统和配置。
• 特点：
  • 分层存储，支持增量更新。
  • 通过 Dockerfile 构建。

3. 容器（Container）

• 定义：镜像的运行实例，包含一个可写层。
• 特点：
  • 独立运行，与其他容器隔离。
  • 生命周期短暂，销毁后数据丢失（除非使用卷）。

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Docker 架构

• 客户端-服务器架构：
  • Docker 客户端：提供命令行工具，与用户交互。
  • Docker 守护进程（Daemon）：在宿主机后台运行，管理容器和镜像。
• 通信方式：
  • 通过 Socket 或 RESTful API 进行通信。

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Docker 容器卷

1. 卷的设计目的

• 数据持久化：确保数据在容器删除后仍然保留。
• 独立于容器生命周期：卷的生命周期与容器无关。

2. 卷的特性

• 数据共享：多个容器可以挂载同一个卷。
• 实时更新：对卷的修改会立即生效。
• 与镜像分离：卷中的数据不会被打包到镜像中。

3. 卷的使用场景

• 数据库存储。
• 日志存储。
• 配置文件共享。
• 数据备份。

4. 卷的类型

• 命名卷（Named Volume）：
  • 由 Docker 管理，具有唯一名称。
  • 创建命令：docker volume create my_volume。
• 绑定挂载（Bind Mount）：
  • 将主机目录挂载到容器中。
  • 挂载命令：docker run -v /host/path:/path/in/container my_image。

5. 卷的管理命令

• 创建卷：docker volume create my_volume。
• 查看卷列表：docker volume ls。
• 查看卷详情：docker volume inspect my_volume。
• 删除卷：docker volume rm my_volume。

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Dockerfile 构建

1. 基础镜像

• FROM 指令：指定基础镜像，Docker 从该镜像开始构建。

2. 指令执行

• 顺序执行：Dockerfile 中的指令从上到下依次执行。
• 创建临时容器：每条指令在临时容器中执行。
• 提交新层：如果指令改变了文件系统，Docker 会提交这些更改为新的镜像层。

3. 缓存利用

• 加速构建：Docker 会重用缓存中的层，避免重复执行指令。

4. 构建完成

• 最终镜像：所有指令执行完毕后，生成最终的镜像。
• 清理中间层：构建过程中创建的中间容器和镜像层会被清理。

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Docker 特性

1. 轻量级虚拟化

• 特点：启动速度快，资源占用小。
• 优势：适合快速启停的应用场景。

2. 标准化构建与部署

• 特点：使用 Dockerfile 定义应用环境，构建过程标准化。
• 优势：简化了应用打包和部署流程。

3. 环境隔离与一致性

• 特点：每个容器运行在独立的环境中，确保环境一致性。
• 优势：解决了“在我机器上能运行”的问题。

4. 高效的镜像管理

• 特点：镜像分层存储，支持版本管理。
• 优势：节省存储空间，便于分发和回滚。

5. 横向扩展与弹性伸缩

• 特点：容器启动速度快，适合横向扩展。
• 优势：适合应对流量峰谷的应用场景。

6. 轻量级 PaaS 环境

• 特点：可以快速构建轻量级、私密的 PaaS 环境。
• 优势：简化了 PaaS 环境的搭建和管理。

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容器与 Linux 启动过程

1. 典型的 Linux 启动过程

• BootFS：包含 bootloader 和内核，启动后卸载。
• RootFS：包含操作系统的核心文件，挂载为只读后切换为读写。

2. Docker 容器的启动过程

• BootFS：通常共享宿主机的内核，BootFS 不常用。
• RootFS：由多个只读镜像层组成，容器层为可写。
• 容器层：所有对文件系统的修改都发生在这里。

3. Docker 容器与典型 Linux 启动过程的区别

特性	典型 Linux 启动过程	Docker 容器启动过程
BootFS	包含 bootloader 和内核	通常共享宿主机的内核
RootFS	挂载为只读后切换为读写	由多个只读镜像层组成
文件系统	完整的文件系统	联合文件系统
内核	使用自己的内核	通常共享宿主机的内核
隔离性	无隔离	通过命名空间和控制组实现隔离