01. 什么是Docker
2025-02-17
Docker 是由 dotCloud 公司创始人 Solomon Hykes 发起的开源项目，使用 Go 语言开发。它基于 Linux 内核的 cgroup、namespace 以及 UnionFS 等技术，实现了操作系统层面的虚拟化。Docker 通过对进程进行封装和隔离，将其变成可移植的容器，大大简化了应用的部署和维护。
1. Docker vs 虚拟机
- 虚拟机：通过虚拟化一套完整的硬件系统，在其上运行独立的操作系统
- 容器：直接使用宿主机的内核，只隔离应用程序的运行环境
- 优势：容器更轻量、启动更快、资源利用率更高
2. Docker 的优势
2.1 资源利用率高
- 无需硬件虚拟化，系统开销小
- 应用执行速度快，内存占用少
- 存储效率高，可运行更多应用
2.2 快速部署
- 秒级启动，远快于虚拟机
- 简化开发测试流程
- 提高部署效率
2.3 环境一致性
- 镜像封装完整运行环境
- 避免环境差异导致的问题
- 统一开发、测试、生产环境
2.4 持续交付与部署
- 支持 DevOps 实践
- 通过 Dockerfile 构建镜像
- 自动化部署和测试
- 透明的构建过程
2.5 易于迁移
- 跨平台运行一致性
- 支持多种运行环境
- 简化应用迁移流程
2.6 维护与扩展
- 分层存储便于复用
- 简化更新维护
- 丰富的官方镜像
对比传统虚拟机
| 特性 | 容器 | 虚拟机 |
|---|---|---|
| 启动 | 秒级 | 分钟级 |
| 硬盘使用 | 一般为 MB | 一般为 GB |
| 性能 | 接近原生 | 弱于原生 |
| 系统支持量 | 单机支持上千个容器 | 一般几十个 |
3. Docker 核心概念
Docker 的三个基本概念：
- 镜像（Image）
- 容器（Container）
- 仓库（Repository）
3.1 Docker 镜像
镜像是一个只读的文件系统模板，包含了运行应用所需的所有文件和配置。例如，ubuntu:18.04 镜像包含了完整的 Ubuntu 18.04 最小系统。
分层存储
Docker 采用分层存储架构：
- 利用 UnionFS 技术实现
- 镜像由多个层组成
- 每层只记录差异部分
- 可以共享和复用层
Docker 容器（Container）
镜像（Image）与容器（Container）的关系，就像是面向对象程序设计中的类和示例一样,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。因此容器可以拥有自己的root文件系统、自己的网络配置，自己的进程空间，甚至自己的用户ID空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里，使用起来，就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。也因为这种隔离的特性，很多人初学Docker时会混淆容器和虚拟机。
镜像使用的是分层存储，容器也是。每一个容器运行时，是以镜像为基础层，在其上创建一个当前容器的存储层，可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为容器存储层。
容器存储层的生命周期和容器一样，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，容器岑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，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（或网路存储）发生读写，其性能和稳定性更高。
是数据卷的生命周期独立于容器，容器消亡，数据卷不会消亡。因此，使用数据卷后，容器删除或者重新运行之后，数据不会丢失
Docker Registry
镜像构建完成后，可以容易的在当前宿主机上运行，但是，如果需要在其他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
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。
以 Ubuntu 镜像 为例，ubuntu 是仓库的名字，其内包含有不同的版本标签，如，16.04, 18.04。我们可以通过 ubuntu:14.04，或者 ubuntu:18.04 来具体指定所需哪个版本的镜像。如果忽略了标签，比如 ubuntu，那将视为 ubuntu:latest。
仓库名经常以 两段式路径 形式出现，比如 jwilder/nginx-proxy，前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名，后者则往往是对应的软件名。但这并非绝对，取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务
Docker Registry公开服务
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。除此以外，还有 CoreOS 的 Quay.io，CoreOS 相关的镜像存储在这里；Google 的 Google Container Registry，Kubernetes 的镜像使用的就是这个服务。
由于某些原因，在国内访问这些服务可能会比较慢。国内的一些云服务商提供了针对 Docker Hub 的镜像服务（Registry Mirror），这些镜像服务被称为加速器。常见的有 阿里云加速器、DaoCloud 加速器 等。使用加速器会直接从国内的地址下载 Docker Hub 的镜像，比直接从 Docker Hub 下载速度会提高很多。在 安装 Docker 一节中有详细的配置方法。
国内有一些云服务商提供类似于 Docker Hub 的公开服务。比如 时速云镜像仓库、网易云镜像服务、DaoCloud 镜像市场、阿里云镜像库 等。
私有 Docker Registry
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。在 私有仓库 一节中，会有进一步的搭建私有 Registry 服务的讲解。
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。在官方的商业化版本 Docker Trusted Registry 中，提供了这些高级功能。
除了官方的 Docker Registry 外，还有第三方软件实现了 Docker Registry API，甚至提供了用户界面以及一些高级功能。比如，VMWare Harbor 和 Sonatype Nexus。