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Docker 是世界领先的软件容器平台#xff0c;所以想要搞懂 Docker 的概念我们必须先从容器开始说起。
什么是容器?
先来看看容器较为官方的解释
一句话概括容器#xff1a;容器就是将软件打包成标准化单元#xff0c;以用于开发、交付和部署。
容器镜像是轻量…容器介绍
Docker 是世界领先的软件容器平台所以想要搞懂 Docker 的概念我们必须先从容器开始说起。
什么是容器?
先来看看容器较为官方的解释
一句话概括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例如开发和预演环境的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。 再来看看容器较为通俗的解释
如果需要通俗地描述容器的话我觉得容器就是一个存放东西的地方就像书包可以装各种文具、衣柜可以放各种衣服、鞋架可以放各种鞋子一样。我们现在所说的容器存放的东西可能更偏向于应用比如网站、程序甚至是系统环境。 图解物理机,虚拟机与容器
关于虚拟机与容器的对比在后面会详细介绍到这里只是通过网上的图片加深大家对于物理机、虚拟机与容器这三者的理解(下面的图片来源于网络)。
物理机 虚拟机 容器 通过上面这三张抽象图我们可以大概通过类比概括出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。 容器 VS 虚拟机
每当说起容器我们不得不将其与虚拟机做一个比较。就我而言对于两者无所谓谁会取代谁而是两者可以和谐共存。
简单来说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。
传统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在该系统上再运行所需应用进程而容器内的应用进程直接运行于宿主的内核容器内没有自己的内核而且也没有进行硬件虚拟。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。 容器和虚拟机的对比 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 。
通过 Docker 官网我们知道了这么多 Docker 的优势但是大家也没有必要完全否定虚拟机技术因为两者有不同的使用场景。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。
就我而言对于两者无所谓谁会取代谁而是两者可以和谐共存。 Docker 介绍 什么是 Docker?
说实话关于 Docker 是什么并不太好说下面我通过四点向你说明 Docker 到底是个什么东西。
Docker 是世界领先的软件容器平台。Docker 使用 Google 公司推出的 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了开发人员以便他们专注在真正重要的事情上构建杰出的软件。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。**标准化**运输方式、存储方式、API 接口。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。
Docker 容器的特点
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。 为什么要用 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从而不会再出现 “这段代码在我机器上没问题啊” 这类问题——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。——更快速的启动时间避免公用的服务器资源会容易受到其他用户的影响。——隔离性善于处理集中爆发的服务器使用压力——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
Docker 基本概念
Docker 中有非常重要的三个基本概念镜像Image、容器Container和仓库Repository。
理解了这三个概念就理解了 Docker 的整个生命周期。 镜像(Image):一个特殊的文件系统
操作系统分为内核和用户空间。对于 Linux 而言内核启动后会挂载 root 文件系统为其提供用户空间支持。而 Docker 镜像Image就相当于是一个 root 文件系统。
Docker 镜像是一个特殊的文件系统除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外还包含了一些为运行时准备的一些配置参数如匿名卷、环境变量、用户等。 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。
Docker 设计时就充分利用 Union FS 的技术将其设计为分层存储的架构 。镜像实际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。
分层存储的特征还使得镜像的复用、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。 容器(Container):镜像运行时的实体
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于属于自己的独立的 命名空间。前面讲过镜像使用的是分层存储容器也是如此。
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 使用数据卷后容器可以随意删除、重新 run 数据却不会丢失。 仓库(Repository):集中存放镜像文件的地方
镜像构建完成后可以很容易的在当前宿主上运行但是 如果需要在其它服务器上使用这个镜像我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务Docker Registry 就是这样的服务。
一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库Repository每个仓库可以包含多个标签Tag每个标签对应一个镜像。所以说镜像仓库是 Docker 用来集中存放镜像文件的地方类似于我们之前常用的代码仓库。
通常一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像而标签就常用于对应该软件的各个版本 。我们可以通过仓库名:标签的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签将以 latest 作为默认标签.。
这里补充一下 Docker Registry 公开服务和私有 Docker Registry 的概念
Docker Registry 公开服务 是开放给用户使用、允许用户管理镜像的 Registry 服务。一般这类公开服务允许用户免费上传、下载公开的镜像并可能提供收费服务供用户管理私有镜像。
最常使用的 Registry 公开服务是官方的 Docker Hub 这也是默认的 Registry并拥有大量的高质量的官方镜像网址为https://hub.docker.com/ 。官方是这样介绍 Docker Hub 的 Docker Hub 是 Docker 官方提供的一项服务用于与您的团队查找和共享容器镜像。 比如我们想要搜索自己想要的镜像 在 Docker Hub 的搜索结果中有几项关键的信息有助于我们选择合适的镜像
OFFICIAL Image代表镜像为 Docker 官方提供和维护相对来说稳定性和安全性较高。Stars和点赞差不多的意思类似 GitHub 的 Star。Downloads代表镜像被拉取的次数基本上能够表示镜像被使用的频度。
当然除了直接通过 Docker Hub 网站搜索镜像这种方式外我们还可以通过 docker search 这个命令搜索 Docker Hub 中的镜像搜索的结果是一致的。
➜ ~ docker search mysql
NAME DESCRIPTION STARS OFFICIAL AUTOMATED
mysql MySQL is a widely used, open-source relation… 8763 [OK]
mariadb MariaDB is a community-developed fork of MyS… 3073 [OK]
mysql/mysql-server Optimized MySQL Server Docker images. Create… 650
在国内访问 Docker Hub 可能会比较慢国内也有一些云服务商提供类似于 Docker Hub 的公开服务。比如 时速云镜像库、网易云镜像服务、DaoCloud 镜像市场、阿里云镜像库等。
除了使用公开服务外用户还可以在 本地搭建私有 Docker Registry 。Docker 官方提供了 Docker Registry 镜像可以直接使用做为私有 Registry 服务。开源的 Docker Registry 镜像只提供了 Docker Registry API 的服务端实现足以支持 Docker 命令不影响使用。但不包含图形界面以及镜像维护、用户管理、访问控制等高级功能。 Image、Container 和 Repository 的关系
下面这一张图很形象地展示了 Image、Container、Repository 和 Registry/Hub 这四者的关系 Dockerfile 是一个文本文件包含了一系列的指令和参数用于定义如何构建一个 Docker 镜像。运行 docker build命令并指定一个 Dockerfile 时Docker 会读取 Dockerfile 中的指令逐步构建一个新的镜像并将其保存在本地。docker pull 命令可以从指定的 Registry/Hub 下载一个镜像到本地默认使用 Docker Hub。docker run 命令可以从本地镜像创建一个新的容器并启动它。如果本地没有镜像Docker 会先尝试从 Registry/Hub 拉取镜像。docker push 命令可以将本地的 Docker 镜像上传到指定的 Registry/Hub。
上面涉及到了一些 Docker 的基本命令后面会详细介绍大。 Build Ship and Run
Docker 的概念基本上已经讲完我们再来谈谈Build, Ship, and Run。
如果你搜索 Docker 官网会发现如下的字样“Docker - Build, Ship, and Run Any App, Anywhere”。那么 Build, Ship, and Run 到底是在干什么呢 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。所以我们也常常将 Docker 称为码头工人或码头装卸工这和 Docker 的中文翻译搬运工人如出一辙。
Docker 常见命令
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
拉取镜像
docker pull 命令默认使用的 Registry/Hub 是 Docker Hub。当你执行 docker pull 命令而没有指定任何 Registry/Hub 的地址时Docker 会从 Docker Hub 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 构建镜像
运行 docker build命令并指定一个 Dockerfile 时Docker 会读取 Dockerfile 中的指令逐步构建一个新的镜像并将其保存在本地。
#
# 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 .
需要注意Dockerfile 的文件名不必须为 Dockerfile也不一定要放在构建上下文的根目录中。使用 -f 或 --file 选项可以指定任何位置的任何文件作为 Dockerfile。当然一般大家习惯性的会使用默认的文件名 Dockerfile以及会将其置于镜像构建上下文目录中。 删除镜像
比如我们要删除我们下载的 mysql 镜像。
通过 docker rmi [image] 等价于docker image rm [image]删除镜像之前首先要确保这个镜像没有被容器引用可以通过标签名称或者镜像 ID 删除。通过我们前面讲的docker ps命令即可查看。
➜ ~ docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
c4cd691d9f80 mysql:5.7 docker-entrypoint.s… 7 weeks ago Up 12 days 0.0.0.0:3306-3306/tcp, 33060/tcp mysql
可以看到 mysql 正在被 id 为 c4cd691d9f80 的容器引用我们需要首先通过 docker stop c4cd691d9f80 或者 docker stop mysql暂停这个容器。
然后查看 mysql 镜像的 id
➜ ~ docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
mysql 5.7 f6509bac4980 3 months ago 373MB
通过 IMAGE ID 或者 REPOSITORY 名字即可删除
docker rmi f6509bac4980 # 或者 docker rmi mysql 镜像推送
docker push 命令用于将本地的 Docker 镜像上传到指定的 Registry/Hub。
# 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
镜像推送之前要确保本地已经构建好需要推送的 Docker 镜像。另外务必先登录到对应的镜像仓库。
Docker 数据管理
在容器中管理数据主要有两种方式
数据卷Volumes挂载主机目录 (Bind mounts) 数据卷是由 Docker 管理的数据存储区域有如下这些特点
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。
# 创建一个数据卷
docker volume create my-vol
# 查看所有的数据卷
docker volume ls
# 查看数据卷的具体信息
docker inspect web
# 删除指定的数据卷
docker volume rm my-vol
在用 docker run 命令的时候使用 --mount 标记来将一个或多个数据卷挂载到容器里。
还可以通过 --mount 标记将宿主机上的文件或目录挂载到容器中这使得容器可以直接访问宿主机的文件系统。Docker 挂载主机目录的默认权限是读写用户也可以通过增加 readonly 指定为只读。
Docker Compose 什么是 Docker Compose有什么用
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。
Docker Compose 是开源项目地址https://github.com/docker/compose。
Docker Compose 的核心功能
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。
Docker Compose 简化了多容器应用程序的开发、测试和部署过程提高了开发团队的生产力同时降低了应用程序的部署复杂度和管理成本。 Docker Compose 文件基本结构
Docker Compose 文件是 Docker Compose 工具的核心用于定义和配置多容器 Docker 应用。这个文件通常命名为 docker-compose.yml采用 YAMLYAML Aint Markup Language格式编写。
Docker Compose 文件基本结构如下
版本version 指定 Compose 文件格式的版本。版本决定了可用的配置选项。服务services 定义了应用中的每个容器服务。每个服务可以使用不同的镜像、环境设置和依赖关系。镜像image 从指定的镜像中启动容器可以是存储仓库、标签以及镜像 ID。命令command 可选覆盖容器启动后默认执行的命令。在启动服务时运行特定的命令或脚本常用于启动应用程序、执行初始化脚本等。端口ports 可选映射容器和宿主机的端口。依赖depends_on 依赖配置的选项意思是如果服务启动是如果有依赖于其他服务的先启动被依赖的服务启动完成后在启动该服务。环境变量environment 可选设置服务运行所需的环境变量。重启restart: 可选控制容器的重启策略。在容器退出时根据指定的策略自动重启容器。服务卷volumes: 可选定义服务使用的卷用于数据持久化或在容器之间共享数据。构建build 指定构建镜像的 dockerfile 的上下文路径或者详细配置对象。网络networks 定义了容器间的网络连接。卷volumes 用于数据持久化和共享的数据卷定义。常用于数据库存储、配置文件、日志等数据的持久化。 Docker Compose 常见命令
启动
docker-compose up会根据 docker-compose.yml 文件中定义的服务来创建和启动容器并将它们连接到默认的网络中。
# 在当前目录下寻找 docker-compose.yml 文件并根据其中定义的服务启动应用程序
docker-compose up
# 后台启动
docker-compose up -d
# 强制重新创建所有容器即使它们已经存在
docker-compose up --force-recreate
# 重新构建镜像
docker-compose up --build
# 指定要启动的服务名称而不是启动所有服务
# 可以同时指定多个服务用空格分隔。
docker-compose up service_name
另外如果 Compose 文件名称不是 docker-compose.yml 也没问题可以通过 -f 参数指定。
docker-compose -f docker-compose.prod.yml up
暂停
docker-compose down用于停止并移除通过 docker-compose up 启动的容器和网络。
# 在当前目录下寻找 docker-compose.yml 文件
# 根据其中定义移除启动的所有容器网络和卷。
docker-compose down
# 停止容器但不移除
docker-compose down --stop
# 指定要停止和移除的特定服务而不是停止和移除所有服务
# 可以同时指定多个服务用空格分隔。
docker-compose down service_name
同样地如果 Compose 文件名称不是 docker-compose.yml 也没问题可以通过 -f 参数指定。
docker-compose -f docker-compose.prod.yml down
查看
docker-compose ps用于查看通过 docker-compose up 启动的所有容器的状态信息。
# 查看所有容器的状态信息
docker-compose ps
# 只显示服务名称
docker-compose ps --services
# 查看指定服务的容器
docker-compose ps service_name
其他 Docker 底层原理
首先Docker 是基于轻量级虚拟化技术的软件那什么是虚拟化技术呢
简单点来说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 LXCLinux container- Linux 容器虚拟容器技术的。 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。 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。
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。 以上关于 namespace 介绍内容来自Linux Namespace : 简介 - sparkdev - 博客园 更多关于 namespace 的内容可以查看这篇文章 。 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。 以上关于 CGroup 介绍内容来自 IBM Developer 更多关于 CGroup 的内容可以查看这篇文章 。
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。
