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Docker-名称空间Namespace技术

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1.1.1 容器历史

虽然 docker 把容器技术推向了巅峰,但容器技术却不是从 docker 诞生的。实际上,容器技术连新技术都算不上,因为它的诞生和使用确实有些年头了。下面的一串名称肯能有的你都没有听说过,但它们的确都是容器技术的应用:

1、Chroot Jail
就是我们常见的 chroot 命令的用法。它在 1979 年的时候就出现了,被认为是最早的容器化技术之一。它可以把一个进程的文件系统隔离起来。

2、The FreeBSD Jail
Freebsd Jail 实现了操作系统级别的虚拟化,它是操作系统级别虚拟化技术的先驱之一。

3、Linux VServer
使用添加到 Linux 内核的系统级别的虚拟化功能实现的专用虚拟服务器。

4、Solaris Containers
它也是操作系统级别的虚拟化技术,专为 X86 和 SPARC 系统设计。Solaris 容器是系统资源控制和通过 "区域" 提供边界隔离的组合。

5、OpenVZ
OpenVZ 是一种 Linux 中操作系统级别的虚拟化技术。 它允许创建多个安全隔离的 Linux 容器,即 VPS。

6、Process Containers
Process 容器由 Google 的工程师开发,一般被称为 cgroups。

7、LXC
LXC为Linux Container的简写。可以提供轻量级的虚拟化,以便隔离进程和资源,而且不需要提供指令解释机制以及全虚拟化的其他复杂性。容器有效地将由单个操作系统管理的资源划分到孤立的组中,以更好地在孤立的组之间平衡有冲突的资源使用需求

Linux Container提供了在单一可控主机节点上支持多个相互隔离的server container同时执行的机制。Linux Container有点像chroot,提供了一个拥有自己进程和网络空间的虚拟环境,但又有别于虚拟机,因为lxc是一种操作系统层次上的资源的虚拟化。

8、Warden
在最初阶段,Warden 使用 LXC 作为容器运行时。 如今已被 CloudFoundy 取代。

9、LMCTFY
LMCTY 是 Let me contain that for you 的缩写。它是 Google 的容器技术栈的开源版本。
Google 的工程师一直在与 docker 的 libertainer 团队合作,并将 libertainer 的核心概念进行抽象并移植到此项目中。该项目的进展不明,估计会被 libcontainer 取代。

10、Docker

Docker 是一个可以将应用程序及其依赖打包到几乎可以在任何服务器上运行的容器的工具。

11、RKT
RKT 是 Rocket 的缩写,它是一个专注于安全和开放标准的应用程序容器引擎。

正如我们所看到的,docker 并不是第一个容器化技术,但它的确是最知名的一个。

1.1.2 Docker 是什么

Docker (码头工人)是一个开源项目,诞生于 2013 年初,最初是 dotCloud 公司(后由于 Docker 开源后大受欢迎就将公司改名为 Docker Inc ,总部位于美国加州的旧金山)内部的一个开源的 PAAS 服务 (Platform as a ServiceService )的业余项目。它基于 Google 公司推出的 Go 语言实现。 项目后来加入了 Linux 基金会,遵从了 Apache 2.0 协议,项目代码在 GitHub 上进行维护。

Docker 是基于 linux 内核实现,Docker 最早采用 LXC 技术 ,LXC 是 Linux 原生支持的容器技术 ,可以提供轻量级的虚拟化 ,可以说 docker 就是基于 LXC 发展起来 的,提供 LXC 的高级封装,标准的配置方法,在LXC的基础之上,docker提供了一系列更强大的功能。而虚拟化技术 KVM(KernelKernel-based Virtual Machine Machine) 基于 模块实现, 后来Docker 改为自己研发并开源的 runc 技术运行容器,彻底抛弃了LXC。

Docker 相比虚拟机的交付速度更快,资源消耗更低,Docker 采用客户端/服务端架构,使用远程API来管理和创建容器,其可以轻松的创建一个轻量级的、可移植的、自给自足的容器,docker 的三大理念是build(构建)、ship(运输)、 run(运行),Docker遵从apache 2.0协议,并通过(namespace及cgroup等)来提供容器的资源隔离与安全保障等,所以Docke容器在运行时不需要类似虚拟机(空运行的虚拟机占用物理机6-8%性能)的额外资源开销,因此可以大幅提高资源利用率,总而言之Docker是一种用了新颖方式实现的轻量级虚拟机.类似于VM但是在原理和应用上和VM的差别还是很大的,并且docker的专业叫法是应用容器(Application Container)。

Docker的主要目标

Docker经典入门学习教程插图

Build, Ship and Run Any App, Anywhere,即通过对应用组件的封装(Packaging)、分发(Distribution)、部署(Deployment)、运行(Runtime)等生命周期的管理,达到应用组件级别的“一次封装,到处运行”。这里的应用组件,既可以是一个Web应用,也可以是一套数据库服务,甚至是一个操作系统。将应用运行在Docker 容器上,可以实现跨平台,跨服务器,只需一次配置准备好相关的应用环境,即可实现到处运行,保证研发和生产环境的一致性,解决了应用和运行环境的兼容性问题,从而极大提升了部署效率,减少故障的可能性

docker 官网:http://www.docker.com

帮助文档链接:https://docs.docker.com/

docker 中文网站:http://www.docker.org.cn/

1.1.3 Docker 的组成

Docker经典入门学习教程插图(1)

Docker经典入门学习教程插图(2)

  • Docker 主机(Host):一个物理机或虚拟机,用于运行Docker服务进程和容器,也称为宿主机,node节点
  • Docker 服务端(Server):Docker守护进程,运行docker容器
  • Docker 客户端(Client):客户端使用docker 命令或其他工具调用docker API
  • Docker 仓库(Registry): 保存镜像的仓库,官方仓库: https://hub.docker.com/,可以搭建私有仓库harbor
  • Docker 镜像(Images):镜像可以理解为创建实例使用的模板
  • Docker 容器(Container): 容器是从镜像生成对外提供服务的一个或一组服务

Docker经典入门学习教程插图(3)

1.1.4 Docker 和虚拟机,物理主机

Docker经典入门学习教程插图(4)

容器和虚拟机比较

Docker经典入门学习教程插图(5)

  • 资源利用率更高:一台物理机可以运行数百个容器,但是一般只能运行数十个虚拟机
  • 开销更小:不需要启动单独的虚拟机OS内核占用硬件资源
  • 启动速度更快:可以在数秒内完成启动
  • 集成性更好:和CI/CD(持续集成/持续部署)相关技术结合性更好,实现自动化管理

Docker经典入门学习教程插图(6)

使用虚拟机是为了更好的实现服务运行环境隔离,每个虚拟机都有独立的内核,虚拟化可以实现不同操作系统的虚拟机,但是通常一个虚拟机只运行一个服务,很明显资源利用率比较低且造成不必要的性能损耗,我们创建虚拟机的目的是为了运行应用程序,比如Nginx、PHP、Tomcat等web程序,使用虚拟机无疑带来了一些不必要的资源开销,但是容器技术则基于减少中间运行环节带来较大的性能提升。

根据实验,一个运行着CentOS的KVM虚拟机启动后,在不做优化的情况下,虚拟机自己就需要占用100~200 MB内存。此外,用户应用运行在虚拟机里面,它对宿主机操作系统的调用就不可避免地要经过虚拟化软件的拦截和处理,这本身又是一层性能损耗,尤其对计算资源、网络和磁盘I/O的损耗非常大。

比如:一台96G内存的物理服务器,运行java程序的虚拟机一般分配8G内存/4核的资源,只能运行13台左右虚拟机,但是改为运行docker容器每个容器分配4G内存,就可以运行25个左右容器,运行数量相当于提高一倍,可以大幅节省IT支出,通常情况下至少可以节约一半以上的物理设备

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