docker容器技术

• docker容器技术
• • • 1.docker产生的背景
    • 2.docker的理念
    • 3.容器（container）
    • 4.传统虚拟化与容器的区别
    • 5.linux容器技术、
    • 6.Linux Namespaces
    • 7.CGroups
    • 8.LXC
    • 9.docker工作方式

一款产品从开发到上线，从操作系统，到运行环境，再到应用配置。作为开发+运维之间的协作我们需要关心很多东西，这也是很多互联网公司不得不面对的问题，特别是各种版本的迭代之后，不同版本环境的兼容，对运维人员是考验。
Docker之所以发展如此迅速，也是因为他对此给出了一个标准化的解决方案。
环境配置如此麻烦，换一台机器，就要重来一次，费力费时。很多人想到，能不能从根本上解决问题，软件可以带安装环境？也就是说，安装的时候，把原始环境一模一样的复制过来。让开发人员利用Docker可以消除协作编码是“在我的机器上可正常工作”的问题。
之前在服务器配置一个应用的运行环境，要安装各种软件，JAVA//TOMCAT/MYSQL等。安装和配置这些东西有多麻烦就不说了，它还不能跨平台。假如我们是在windonws上安装的这些环境，到了Linux又要重新安装。况且就算不夸操作系统，换另一台同样操作系统的服务器，要移植应用也是非常麻烦的。
传统上认为，软件棉麻开发、测试结束后所产出的成果即使是程序或者是能够编译执行的二进制字节码等（java为例）。而为了让这些程序可以顺利执行，开发团队也得准备完整的部署文件，让运维团队得以部署应用程序，开发需要清楚的告诉运维部署团队，用的全部配置文件+所有软件环境。不过，即便如此，仍然常常发行部署失败的状况。Docker镜像的设计，使得Docker得以打破过去[程序即应用]的观念。透过镜像（images）将作业系统核心除外，运作应用程序所需要的系统环境，有下而上打包，达到应用程序式跨平台之间的无缝接轨运作。

Docker是基于Go语言实现的云开源项目。
Docker的主要目标是“build，ship and run any app，anywhere”，也就是通过对应用组件的封装、分发、部署、运行等生命周期的管理，使用户的APP（可以是一个web应用或数据库应用等等）及其运行环境能够做到“一次封装，导出运行”。
Linux容器技术的出现就解决了这样一个问题，而Docker就是在他的基础上发展过来的。将应用运行在Docer容器上面，而Docker容器在任何操作系统上都是一致的，这就实现了跨平台，跨服务器。只需要一次配置好环境，换到别的机子就可一键部署好，大大简化了操作。

• 容器是一种基础工具；泛指任何可以用于容纳其他物品的工具，可以部分或完全封闭，被用于容纳、储存、运输物品；物体可以被放置在容器中，而容器则可以保护内容物；
• 人类使用容器的历史至少有十万年，甚至可能有数百万年的历史；
• 容器的类型
  • 瓶 - 指口部比腹部窄小、颈长的容器
  • 罐 - 指那些开口较大、一般为近圆筒形的器皿
  • 箱 - 通常是立方体或圆柱体。形状固定
  • 篮 - 以条状物编织而成
  • 桶 - 一种圆柱形的容器
  • 袋 - 柔性材料制成的容器，形状会受内容物而变化
  • 瓮 - 通常是指陶制，口小肚大的容器
  • 碗 - 用来盛载食物的容器
  • 柜 - 指一个由盒组成的家具
  • 鞘 - 用于装载刀刃的容器

虚拟化分为以下两类：

• 主机级虚拟化
  • 全虚拟化
  • 半虚拟化
• 容器级虚拟化

容器分离开的资源：

• UTS(主机名与域名)
• Mount(文件系统挂载树)
• IPC
• PID进程树
• User
• Network(tcp/ip协议栈)

Linux容器其实并不是什么新概念。最早的容器技术可以追遡到1982年Unix系列操作系统上的chroot工具（直到今天，主流的Unix、Linux操作系统仍然支持和带有该工具）。

命名空间(Namespaces)是Linux内核针对实现容器虚拟化而引入的一个强大特性。

每个容器都可以拥有自己独立的命名空间，运行其中的应用都像是在独立的操作系统中运行一样。命名空间保证了容器间彼此互不影响。

控制组(CGroups)是Linux内核的一个特性，用来对共享资源进行隔离、限制、审计等。只有能控制分配到容器的资源，Docker才能避免多个容器同时运行时的系统资源竞争。

控制组可以提供对容器的内存、CPU、磁盘IO等资源进行限制。

CGroups能够限制的资源有：

• blkio：块设备IO
• cpu：CPU
• cpuacct：CPU资源使用报告
• cpuset：多处理器平台上的CPU集合
• devices：设备访问
• freezer：挂起或恢复任务
• memory：内存用量及报告
• perf_event：对cgroup中的任务进行统一性能测试
• net_cls：cgroup中的任务创建的数据报文的类别标识符

具体来看，控制组提供如下功能：

• 资源限制（Resource Limitting）组可以设置为不超过设定的内存限制。比如：内存子系统可以为进行组设定一个内存使用上限，一旦进程组使用的内存达到限额再申请内存，就会发出Out of Memory警告
• 优先级（Prioritization）通过优先级让一些组优先得到更多的CPU等资源
• 资源审计（Accounting）用来统计系统实际上把多少资源用到合适的目的上，可以使用cpuacct子系统记录某个进程组使用的CPU时间
• 隔离（Isolation）为组隔离命名空间，这样一个组不会看到另一个组的进程、网络连接和文件系统
• 控制（Control）挂起、恢复和重启等操作

安装Docker后，用户可以在/sys/fs/cgroup/memory/docker/目录下看到对Docker组应用的各种限制项，包括

[root@localhost ~]# cd /sys/fs/cgroup/memory/
[root@localhost memory]# ls
cgroup.clone_children           memory.kmem.slabinfo                memory.memsw.limit_in_bytes      memory.swappiness
cgroup.event_control            memory.kmem.tcp.failcnt             memory.memsw.max_usage_in_bytes  memory.usage_in_bytes
cgroup.procs                    memory.kmem.tcp.limit_in_bytes      memory.memsw.usage_in_bytes      memory.use_hierarchy
cgroup.sane_behavior            memory.kmem.tcp.max_usage_in_bytes  memory.move_charge_at_immigrate  notify_on_release
memory.failcnt                  memory.kmem.tcp.usage_in_bytes      memory.numa_stat                 release_agent
memory.force_empty              memory.kmem.usage_in_bytes          memory.oom_control               system.slice
memory.kmem.failcnt             memory.limit_in_bytes               memory.pressure_level            tasks
memory.kmem.limit_in_bytes      memory.max_usage_in_bytes           memory.soft_limit_in_bytes       user.slice
memory.kmem.max_usage_in_bytes  memory.memsw.failcnt                memory.stat

用户可以通过修改这些文件值来控制组限制Docker应用资源。

docker是容器技术的一个前端工具，容器是内核的一项技术，docker只是把这一项技术的使用得以简化，使之普及而已。

LXC进行大规模创建容器很难，想在另一台主机上复刻一个一模一样的容器也很难，而docker就是从这方面着手去找解决方案。所以docker早期的版本其核心就是一个LXC，docker对其进行了二次封装，功能的实现是通过LXC做容器管理引擎，但是在创建容器时，不再是像LXC一样用模板去现场安装，而是事先通过一种类似镜像技术，就像在KVM中一样，将一个操作系统打包成一个镜像，然后将这个镜像拷贝到目标主机上直接部署启动。

我们可以尝试着把一个操作系统用户空间需要用到的所有组件，事先准备、编排好，编排好以后整体打包成一个文件，这个文件我们称其为镜像文件（image）。

docker的镜像文件是放在一个集中统一的互联网仓库中的，把一些人们常用的镜像文件放在互联网仓库中，比如最小化的centos系统，有时我们需要在操作系统上安装一些应用，比如nginx，我们就可以在一个最小化的centos系统中安装一个nginx，然后将其打包成镜像，将其放在互联网仓库中，当人们想启动一个容器的时候，docker会到这个互联网仓库中去下载我们需要的镜像到本地，并基于镜像来启动容器。

自docker 0.9版本起，docker除了继续支持LXC外，还开始引入自家的libcontainer，试图打造更通用的底层容器虚拟化库。如今的docker基本上都已经是使用libcontainer而非LXC了。

从操作系统功能上看，docker底层依赖的核心技术主要包括Linux操作系统的命名空间、控制组、联合文件系统和Linux虚拟网络支持。

为了使容器的使用更加易于管理，docker采取一个用户空间只跑一个业务进程的方式，在一个容器内只运行一个进程，比如我们要在一台主机上安装一个nginx和一个tomcat，那么nginx就运行在nginx的容器中，tomcat运行在tomcat的容器中，二者用容器间的通信逻辑来进行通信。

LXC是把一个容器当一个用户空间使用，当虚拟机一样使用，里面可以运行N个进程，这就使得我们在容器内去管理时极为不便，而docker用这种限制性的方式，在一个容器中只运行一个进程的方式，使得容器的管理更加方便。

使用docker的优劣：

• 删除一个容器不会影响其他容器
• 调试不便，占空间(每个容器中都必须自带调试工具，比如ps命令)
• 分发容易，真正意义上一次编写到处运行，比java的跨平台更彻底
• 部署容易，无论底层系统是什么，只要有docker，直接run就可以了
• 分层构建，联合挂载

：

• 删除一个容器不会影响其他容器
• 调试不便，占空间(每个容器中都必须自带调试工具，比如ps命令)
• 分发容易，真正意义上一次编写到处运行，比java的跨平台更彻底
• 部署容易，无论底层系统是什么，只要有docker，直接run就可以了
• 分层构建，联合挂载

在容器中有数据称作有状态，没有数据称作无状态。在容器的使用中，我们应以有状态为耻，以无状态为荣。数据不应该放在容器中，而应放置于外部存储中，通过挂载到容器中从而进行数据的存储。