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# Docker 理论

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### Docker 发展史

**Docker** 最初是 `dotCloud` 公司创始人 [Solomon Hykes](https://github.com/shykes) 在法国期间发起的一个公司内部项目，它是基于 `dotCloud` 公司多年云服务技术的一次革新，并于 [2013 年 3 月以 Apache 2.0 授权协议开源](https://en.wikipedia.org/wiki/Docker_)，主要项目代码在 [GitHub](https://github.com/moby/moby) 上进行维护。`Docker` 项目后来还加入了 Linux 基金会，并成立推动 [开放容器联盟（OCI）](https://www.opencontainers.org/)。

**Docker** 自开源后受到广泛的关注和讨论，至今其 [GitHub 项目](https://github.com/moby/moby) 已经超过 5 万 4 千个星标和一万多个 `fork`。甚至由于 `Docker` 项目的火爆，在 `2013` 年底，[dotCloud 公司决定改名为 Docker](https://blog.docker.com/2013/10/dotcloud-is-becoming-docker-inc/)。`Docker` 最初是在 `Ubuntu 12.04` 上开发实现的；`Red Hat` 则从 `RHEL 6.5` 开始对 `Docker` 进行支持；`Google` 也在其 `PaaS` 产品中广泛应用 `Docker`。

**Docker** 使用 `Google` 公司推出的 [Go 语言](https://golang.org/) 进行开发实现，基于 `Linux` 内核的 [cgroup](https://zh.wikipedia.org/wiki/Cgroups)，[namespace](https://en.wikipedia.org/wiki/Linux_namespaces)，以及 [AUFS](https://en.wikipedia.org/wiki/Aufs) 类的 [Union FS](https://en.wikipedia.org/wiki/Union_mount) 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](https://en.wikipedia.org/wiki/Operating-system-level_virtualization)。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。最初实现是基于 [LXC](https://linuxcontainers.org/lxc/introduction/)，从 0.7 版本以后开始去除 `LXC`，转而使用自行开发的 [libcontainer](https://github.com/docker/libcontainer)，从 1.11 开始，则进一步演进为使用 [runC](https://github.com/opencontainers/runc) 和 [containerd](https://github.com/containerd/containerd)。

![Docker 架构](https://docs.microsoft.com/en-us/virtualization/windowscontainers/deploy-containers/media/docker-on-linux.png)

> `runc` 是一个 Linux 命令行工具，用于根据 [OCI容器运行时规范](https://github.com/opencontainers/runtime-spec) 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。

**Docker** 在容器的基础上，进行了进一步的封装，从文件系统、网络互联到进程隔离等等，极大的简化了容器的创建和维护，使得 `Docker` 技术比虚拟机技术更为轻便、快捷。

### Docker 容器之间怎么隔离

Linux中的PID、IPC、网络等资源是全局的，而NameSpace机制是一种资源隔离方案，在该机制下这些资源就不再是全局的了，而是属于某个特定的NameSpace，各个NameSpace下的资源互不干扰。

虽然有了NameSpace技术可以实现资源隔离，但进程还是可以不受控的访问系统资源，比如CPU、内存、磁盘、网络等，为了控制容器中进程对资源的访问，Docker采用control groups技术(也就是cgroup)，有了cgroup就可以控制容器中进程对系统资源的消耗了，比如你可以限制某个容器使用内存的上限、可以在哪些CPU上运行等等。

有了这两项技术，容器看起来就真的像是独立的操作系统了。

### Docker 优点

> 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。

#### 更高效的利用系统资源

由于容器不需要进行硬件虚拟以及运行完整操作系统等额外开销，`Docker` 对系统资源的利用率更高。无论是应用执行速度、内存损耗或者文件存储速度，都要比传统虚拟机技术更高效。因此，相比虚拟机技术，一个相同配置的主机，往往可以运行更多数量的应用。

#### 更快速的启动时间

传统的虚拟机技术启动应用服务往往需要数分钟，而 `Docker` 容器应用，由于直接运行于宿主内核，无需启动完整的操作系统，因此可以做到秒级、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。

#### 一致的运行环境

开发过程中一个常见的问题是环境一致性问题。由于开发环境、测试环境、生产环境不一致，导致有些 bug 并未在开发过程中被发现。而 `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，从而不会再出现 *「这段代码在我机器上没问题啊」* 这类问题。

#### 持续交付和部署

对开发和运维（[DevOps](https://zh.wikipedia.org/wiki/DevOps)）人员来说，最希望的就是一次创建或配置，可以在任意地方正常运行。

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。开发人员可以通过 [Dockerfile](broken://pages/-LxzTqSJTqfVQDKE05-A) 来进行镜像构建，并结合 [持续集成(Continuous Integration)](https://en.wikipedia.org/wiki/Continuous_integration) 系统进行集成测试，而运维人员则可以直接在生产环境中快速部署该镜像，甚至结合 [持续部署(Continuous Delivery/Deployment)](https://en.wikipedia.org/wiki/Continuous_delivery) 系统进行自动部署。

而且使用 [`Dockerfile`](broken://pages/-LxzTqSIZbJR8Rnzjhs8) 使镜像构建透明化，不仅仅开发团队可以理解应用运行环境，也方便运维团队理解应用运行所需条件，帮助更好的生产环境中部署该镜像。

#### 更轻松的迁移

由于 `Docker` 确保了执行环境的一致性，使得应用的迁移更加容易。`Docker` 可以在很多平台上运行，无论是物理机、虚拟机、公有云、私有云，甚至是笔记本，其运行结果是一致的。因此用户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。

#### 更轻松的维护和扩展

`Docker` 使用的分层存储以及镜像的技术，使得应用重复部分的复用更为容易，也使得应用的维护更新更加简单，基于基础镜像进一步扩展镜像也变得非常简单。此外，`Docker` 团队同各个开源项目团队一起维护了一大批高质量的 [官方镜像](https://hub.docker.com/search/?type=image\&image_filter=official)，既可以直接在生产环境使用，又可以作为基础进一步定制，大大的降低了应用服务的镜像制作成本。

### Docker 容器与传统虚拟机的比较

| 特性      | Docker容器 | 虚拟机    |
| ------- | -------- | ------ |
| 启动速度    | 秒级       | 分钟级    |
| 计算机性能损耗 | 几乎不损耗    | 损耗一半左右 |
| 性能      | 接近原生     | 弱之     |
| 系统支持量   | 上千个      | 几十个    |
| 隔离性     | 资源限制     | 完全隔离   |

Docker核心解决的问题是利用容器实现类似VM的功能，从而以更加节省的硬件资源给用户提供更多的计算资源，并且docker操作方便，还可以通过Dockerfile配置文件支持灵活的自动化创建和部署。

​接下来看一下Docker与传统虚拟机架构的对比：

![Docker 与传统虚拟机架构理论简介](https://www.linuxprobe.com/wp-content/uploads/2020/04/20200423008.png)

​通过上图发现，虚拟机是在物理资源层面实现的隔离，相对于虚拟机，Docker是基于APP层面实现的隔离，并且省去了虚拟机操作系统，从而节省了一部分的系统资源。

​Docker守护进程可以直接与主操作系统进行通信，为各个Docker容器分配资源；它还可以将容器与主操作系统隔离（为了安全），并将各个容器互相隔离。虚拟机启动需要数分钟，而Docker容器可以在数毫秒内启动。由于没有臃肿的从操作系统，Docker可以节省大量的磁盘空间以及其他系统资源。

​简单来说，虚拟机和Docker的区别就在于虚拟机需要通过Hypervisor对硬件资源也进行虚拟化，而Docker是直接使用宿主机的硬件资源的，因此虚拟机的隔离性更加彻底，而Docker的隔离性次之。