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Docker-软件容器平台

article 2024/11/14 10:53:48

一、容器

1、什么是容器

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。

2、物理机、虚拟机和容器

容器虚拟化的是操作系统而不是硬件，容器之间是共享同一套操作系统资源的。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。因此容器的隔离级别会稍低一些。

3、容器对比虚拟机

容器和虚拟机具有相似的资源隔离和分配优势，但功能有所不同，因为容器虚拟化的是操作系统，而不是硬件，因此容器更容易移植，效率也更高。
容器是一个应用层抽象，用于将代码和依赖资源打包在一起。多个容器可以在同一台机器上运行，共享操作系统内核，但各自作为独立的进程在用户空间中运行。与虚拟机相比，容器占用的空间较少（容器镜像大小通常只有几十兆），瞬间就能完成启动。
虚拟机 (VM) 是一个物理硬件层抽象，用于将一台服务器变成多台服务器。管理程序允许多个 VM 在一台机器上运行。每个 VM 都包含一整套操作系统、一个或多个应用、必要的二进制文件和库资源，因此占用大量空间。而且 VM 启动也十分缓慢。
虚拟机更擅长于彻底隔离整个运行环境。例如，云服务提供商通常采用虚拟机技术隔离不同的用户。而 Docker 通常用于隔离不同的应用，例如前端，后端以及数据库。

二、Docker

1、什么是Docker

Docker 是世界领先的软件容器平台，基于 Go 语言 进行开发实现。
基于 Linux 内核提供的 CGroup 功能和 namespace 来实现的，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。
Docker 能够自动执行重复性任务，例如搭建和配置开发环境，从而解放开发人员。
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。
Docker思想：
- 集装箱：就像海运中的集装箱一样，Docker 容器包含了应用程序及其所有依赖项，确保在任何环境中都能以相同的方式运行。
- 隔离：每个 Docker 容器都在自己的隔离环境中运行，与宿主机和其他容器隔离。

2、Docker的特点

轻量 : 在一台机器上运行的多个 Docker 容器可以共享这台机器的操作系统内核；它们能够迅速启动，只需占用很少的计算和内存资源。镜像是通过文件系统层进行构造的，并共享一些公共文件。这样就能尽量降低磁盘用量，并能更快地下载镜像。
标准 : Docker 容器基于开放式标准，能够在所有主流 Linux 版本、Microsoft Windows 以及包括 VM、裸机服务器和云在内的任何基础设施上运行。
安全 : Docker 赋予应用的隔离性不仅限于彼此隔离，还独立于底层的基础设施。Docker 默认提供最强的隔离，因此应用出现问题，也只是单个容器的问题，而不会波及到整台机器。

3、为什么使用Docker

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，轻松迁移；——一致的运行环境
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——更快速的启动时间
对进程进行封装隔离，容器与容器之间互不影响——隔离性
善于处理集中爆发的服务器使用压力，可以通过镜像复制多个一致的容器——弹性伸缩，快速扩展
可以很轻易的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。——迁移方便
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。——持续交付和部署

三、Docker基本概念

1、镜像-特殊的文件系统

镜像就是一个只读的模板，镜像可以用来创建 Docker 容器，一个镜像可以创建多个容器

2、容器-镜像运行的实体

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。
容器是用镜像创建的运行实例，，每个容器都是相互隔离的、保证安全的平台。可以把容器看作是一个简易的 Linux 环境和运行在其中的应用程序。容器的定义和镜像几乎一模一样，也是一堆层的统一视角，唯一区别在于容器的最上面那一层是可读可写的

3、仓库-集中存放镜像文件的地方

仓库是集中存放镜像文件的场所。仓库和仓库注册服务器是有区别的，仓库注册服务器上往往存放着多个仓库，每个仓库中又包含了多个镜像，每个镜像有不同的标签。仓库分为公开仓库和私有仓库两种形式，最大的公开仓库是 DockerHub，存放了数量庞大的镜像供用户下载，国内的公开仓库有阿里云、网易云等

通俗点说，一个镜像就代表一个软件；而基于某个镜像运行就是生成一个程序实例，这个程序实例就是容器；而仓库是用来存储 Docker 中所有镜像的。其中仓库又分为远程仓库和本地仓库，和 Maven 类似，倘若每次都从远程下载依赖，则会大大降低效率，为此，Maven 的策略是第一次访问依赖时，将其下载到本地仓库，第二次、第三次使用时直接用本地仓库的依赖即可，Docker 的远程仓库和本地仓库的作用也是类似的。

4、三者的关系

5、Build、Ship、Run

Build（构建镜像）：镜像就像是集装箱包括文件以及运行环境等等资源。
Ship（运输镜像）：主机和仓库间运输，这里的仓库就像是超级码头一样。
Run （运行镜像）：运行的镜像就是一个容器，容器就是运行程序的地方。
Docker 运行过程也就是去仓库把镜像拉到本地，然后用一条命令把镜像运行起来变成容器。

四、Docker常见命令

1、基本命令

docker version # 查看docker版本
docker images # 查看所有已下载镜像，等价于：docker image ls 命令
docker container ls # 查看所有容器
docker ps #查看正在运行的容器
docker image prune # 清理临时的、没有被使用的镜像文件。-a, --all: 删除所有没有用的镜像，而不仅仅是临时文件；

2、拉取镜像

docker search mysql # 查看mysql相关镜像
docker pull mysql:5.7 # 拉取mysql镜像
docker image ls # 查看所有已下载镜像

3、构建镜像

#
# imageName 是镜像名称，1.0.0 是镜像的版本号或标签
docker build -t imageName:1.0.0 .

4、删除镜像

5、镜像推送

# 将镜像推送到私有镜像仓库 Harbor
# harbor.example.com是私有镜像仓库的地址，ubuntu是镜像的名称，18.04是镜像的版本标签
docker push harbor.example.com/ubuntu:18.04

五、Docker数据管理

数据卷（Volumes）
- 数据卷是由 Docker 管理的数据存储区域
  - 可以在容器之间共享和重用。
  - 即使容器被删除，数据卷中的数据也不会被自动删除，从而确保数据的持久性。
  - 对数据卷的修改会立马生效。
  - 对数据卷的更新，不会影响镜像。
挂载主机目录 (Bind mounts)

六、Docker Compose

Docker Compose 是 Docker 官方编排（Orchestration）项目之一，基于 Python 编写，负责实现对 Docker 容器集群的快速编排。通过 Docker Compose，开发者可以使用 YAML 文件来配置应用的所有服务，然后只需一个简单的命令即可创建和启动所有服务。
功能
- 多容器管理：允许用户在一个 YAML 文件中定义和管理多个容器。
- 服务编排：配置容器间的网络和依赖关系。
- 一键部署：通过简单的命令，如docker-compose up和docker-compose down，可以轻松地启动和停止整个应用程序。

七、Docker底层原理

Docker 是基于轻量级虚拟化技术的软件。虚拟化技术可以这样定义：
虚拟化技术是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源（CPU、内存、磁盘空间、网络适配器等）予以抽象、转换后呈现出来并可供分割、组合为一个或多个电脑配置环境。由此，打破实体结构间的不可切割的障碍，使用户可以比原本的配置更好的方式来应用这些电脑硬件资源。这些资源的新虚拟部分是不受现有资源的架设方式，地域或物理配置所限制。一般所指的虚拟化资源包括计算能力和数据存储。
Docker 技术是基于 LXC（Linux container- Linux 容器）虚拟容器技术的。LXC 技术主要是借助 Linux 内核中提供的 CGroup 功能和 namespace 来实现的，通过 LXC 可以为软件提供一个独立的操作系统运行环境。

LXC，其名称来自 Linux 软件容器（Linux Containers）的缩写，一种操作系统层虚拟化（Operating system–level virtualization）技术，为 Linux 内核容器功能的一个用户空间接口。它将应用软件系统打包成一个软件容器（Container），内含应用软件本身的代码，以及所需要的操作系统核心和库。通过统一的名字空间和共用 API 来分配不同软件容器的可用硬件资源，创造出应用程序的独立沙箱运行环境，使得 Linux 用户可以容易的创建和管理系统或应用容器。
cgroup 和 namespace 介绍：
- namespace 是 Linux 内核用来隔离内核资源的方式。通过 namespace 可以让一些进程只能看到与自己相关的一部分资源，而另外一些进程也只能看到与它们自己相关的资源，这两拨进程根本就感觉不到对方的存在。具体的实现方式是把一个或多个进程的相关资源指定在同一个 namespace 中。Linux namespaces 是对全局系统资源的一种封装隔离，使得处于不同 namespace 的进程拥有独立的全局系统资源，改变一个 namespace 中的系统资源只会影响当前 namespace 里的进程，对其他 namespace 中的进程没有影响。
- CGroup 是 Control Groups 的缩写，是 Linux 内核提供的一种可以限制、记录、隔离进程组 (process groups) 所使用的物理资源 (如 cpu memory i/o 等等) 的机制。
- cgroup 和 namespace 两者对比：两者都是将进程进行分组，但是两者的作用还是有本质区别。namespace 是为了隔离进程组之间的资源，而 cgroup 是为了对一组进程进行统一的资源监控和限制。