Docker-原理解析

容器!

Linux容器是与系统其他部分隔离开的一系列进程,从另一个镜像运行,并由该镜像提供支持进程所需的全部文件。容器提供的镜像包含了应用的所有依赖项,因而在从开发到测试再到生产的整个过程中,它都具有可移植性和一致性。

虚拟化和容器的区别

虚拟化使得许多操作系统可同时在单个系统上运行。

容器则可共享同一个操作系统内核,将应用进程与系统其他部分隔离开

 

首先,让多个操作系统在单个虚拟机监控程序上运行以实现虚拟化,并不能达成和使用容器同等的轻量级效果。事实上,在仅拥有容量有限的有限资源时,您需要能够可以进行密集部署的轻量级应用。Linux 容器可从单个操作系统运行,在所有容器中共享该操作系统,因此应用和服务能够保持轻量级,并行快速运行。

比较

Docker!

Docker 是一个开源的应用容器引擎,可以轻松的为任何应用创建一个轻量级的、可移植的、自给自足的容器。开发者在本地编译测试通过的容器可以批量地在生产环境中部署,包括VMs(虚拟机)、bare metal、OpenStack 集群和其他的基础应用平台。Docker平台就是一个软件集装箱化平台,这就意味着我们自己可以构建应用程序,将其依赖关系一起打包到一个容器中,然后这容器就很容易运送到其他的机器上进行运行,而且非常易于装载、复制、移除,非常适合软件弹性架构。

Docker 基本概念

镜像——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。

补充知识,

UnionFS
联合文件系统(Union File System):2004年由纽约州立大学石溪分校开发,它可以把多个目录(也叫分支)内容联合挂载到同一个目录下,而目录的物理位置是分开的。
UnionFS允许只读和可读写目录并存,就是说可同时删除和增加内容。UnionFS应用的地方很多,比如在多个磁盘分区上合并不同文件系统的主目录,或把几张CD光盘合并成
一个统一的光盘目录(归档)。另外,具有写时复制(copy
-on-write)功能UnionFS可以把只读和可读写文件系统合并在一起,虚拟上允许只读文件系统的修改可以保存到可
写文件系统当中。

容器:镜像运行的实例

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: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。

命名空间「Namespaces」

pid namespace

pid namespace
不同用户的进程就是通过 pid namespace 隔离开的,且不同 namespace 中可以有相同 PID。具有以下特征:

每个 namespace 中的 pid 是有自己的 pid=1 的进程(类似 /sbin/init 进程)
每个 namespace 中的进程只能影响自己的同一个 namespace 或子 namespace 中的进程
因为 /proc 包含正在运行的进程,因此在 container 中的 pseudo-filesystem 的 /proc 目录只能看到自己 namespace 中的进程
因为 namespace 允许嵌套,父 namespace 可以影响子 namespace 的进程,所以子 namespace 的进程可以在父 namespace 中看到,但是具有不同的 pid

mnt namespace

将一个进程放到一个特定的目录执行。mnt namespace 允许不同 namespace 的进程看到的文件结构不同,这样每个 namespace 中的进程所看到的文件目录就被隔离开了。
同 chroot 不同,每个 namespace 中的 container 在 /proc/mounts 的信息只包含所在 namespace 的 mount point。

net namespace

网络隔离是通过 net namespace 实现的, 每个 net namespace 有独立的 network devices, IP addresses, IP routing tables, /proc/net 目录。
这样每个 container 的网络就能隔离开来。 docker 默认采用 veth 的方式将 container 中的虚拟网卡同 host 上的一个 docker bridge 连接在一起。

uts namespace

UTS ("UNIX Time-sharing System") namespace 允许每个 container 拥有独立的 hostname 和 domain name, 使其在网络上可以被视作一个独立的节点
而非 Host 上的一个进程。

ipc namespace

container 中进程交互还是采用 Linux 常见的进程间交互方法 (interprocess communication - IPC), 包括常见的信号量、消息队列和共享内存。
然而同 VM 不同,container 的进程间交互实际上还是 host 上具有相同 pid namespace 中的进程间交互,因此需要在IPC资源申请时加入 namespace
信息 - 每个 IPC 资源有一个唯一的 32bit ID。

user namespace

每个 container 可以有不同的 user 和 group id, 也就是说可以以 container 内部的用户在 container 内部执行程序而非 Host 上的用户。

有了以上 6 种 namespace 从进程、网络、IPC、文件系统、UTS 和用户角度的隔离,一个 container 就可以对外展现出一个独立计算机的能力,并且不同 container 从 OS 层面实现了隔离。

然而不同 namespace 之间资源还是相互竞争的,仍然需要类似 ulimit 来管理每个 container 所能使用的资源 - cgroup。

资源配额「cgroups」

cgroups 实现了对资源的配额和度量。 cgroups 的使用非常简单,提供类似文件的接口,在 /cgroup 目录下新建一个文件夹即可新建一个 group,
在此文件夹中新建 task 文件,并将 pid 写入该文件,即可实现对该进程的资源控制。具体的资源配置选项可以在该文件夹中新建子 subsystem ,
{子系统前缀}.{资源项} 是典型的配置方法, 如 memory.usageinbytes 就定义了该 group 在 subsystem memory 中的一个内存限制选项。
另外,cgroups 中的 subsystem 可以随意组合,一个 subsystem 可以在不同的 group 中,也可以一个 group 包含多个 subsystem -
也就是说一个 subsystem。

Docker实际应用

简化配置!

容器镜像打包完成后,它就是个独立的个体了,丢到哪里都能跑,而无需针对各个平台去独立配置。

代码流水线(code pipeline)管理

代码从开发者的机器到最终在生产环境上的部署,需要经过很多的中间环境。而每一个中间环境都有自己微小的差别,Docker给应用提供了一个从开发到上线均一致的环境,让代码的流水线变得简单

提高开发效率

 一般的情况下搭建多个生成服务应用。一台一般配置服务器或开发机也能轻松的跑起多个Docker应用,而无需额外增加机器配置。因为Docker有个非常NB的特性,拥有虚拟化的特性

而几乎没有额外的开销。

隔离应用

一台服务器上运行多个不同的应用,经常需要考虑三点,一是因为要降低成本而进行服务器整合,二是将一个整体式的应用拆分成松耦合的单个服务(比如微服务架构)

三是还需要考虑应用之间的兼容性。而对于Docker来说,支持起来就非常简单了。同一台机器,我可以同时运行N个Docker web应用,托管到不同的Web服务器(Kestrel、Ngnix、Tomcat)

整合服务器

ocker隔离应用的能力使得Docker可以整合多个服务器以降低成本。由于没有多个操作系统的内存占用,以及能在多个实例之间共享没有使用的内存,Docker可以比虚拟机提供更好的服务器整合解决方案。

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转载自www.cnblogs.com/betterquan/p/12011604.html
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