此篇文章中，主要介绍了容器的背景以及容器相关的技术，并着重介绍了 Docker 相关概念（镜像、容器、工作机制等），并未涉及太多终端的操作，大家需要学习更多 Docker 相关技术的话，请访问以下文章
Docker 超详细版（基础+进阶）（一）
Docker 超详细版（基础+进阶）（二）

容器的背景

高度分散和异构化的部署环境

• 开发完软件/工程后，我们要进行部署，部署的时候就面临着高度分散和异构化的部署环境
• 硬件上要搭建好物理的硬件环境：服务器、数据中心、云环境、容灾备份等，然后要进行应用的部署配置
• 软件方面，不同的技术栈有不同的依赖和配置，要使用不同的方式和工具进行部署，同时要考虑到应用之间的交互
• 各种纷乱的硬件环境以及技术栈为软件部署带来了巨大的挑战，以此产生了 容器

代码集装箱装卸工

• 容器，相当于软件行业的集装箱，也就是英文里的 container,它就像我们运输业的集装箱一样，把货物都打包在了一起，容器把软件应用进行了封装，把软件运行所依赖的环境都放在了一起，形成了软件界的统一运输规范
• docker 是容器技术的一种，它是将任何需要运送的代码进行封装、转移、管理的标准化工具，所有的软件交付工具、开发、测试、持续集成、部署、版本管理、运行环境都按照 docker 进行统一

容器实现了快速交付和部署

• 容器是操作系统内核自带能力，容器是在 Linux 内核实现的 轻量级高性能资源隔离机制
• 我们可以将容器与我们熟悉的虚拟机进行对比，虚拟机通过 Hypervisor 层实现了虚拟化，在 Hypervisor 层上面我们可以创建多个虚拟机，每个虚拟机都有自己的操作系统 Guest OS
• Docker 相较而言就非常的轻量，它没有 Hypervisor 层，也不需要安装 Guest OS，它基于 docker engine 可以直接运行多个容器应用，docker 把程序所依赖的 bin 和 libs 文件都打包好了，所以容器的 移植性 非常强，可以跨云部署，轻量，能够更细粒度的去划分资源，提高资源的利用率，且能够实现资源的快速弹性伸缩
  
• 部署裸机上的应用是小时级的，虚拟机是分钟级的，而容器是秒级的，可以 实现软件的快速交付以及部署

什么是容器技术

• 容器技术在云计算领域可以分为两大类：一个是以 Docker 为代表的 容器引擎技术，另一个是以 K8S 为标准的 容器编排技术

• Docker 代表容器引擎技术是因为 docker 主导了容器引擎的标准 OCI（OCI 定义了容器的编译方式、技术上的约束），很多其他容器技术都遵循或者兼容 OCI 标准，如 Kata 安全容器

• Docker 的两个版本

  • docker CE community edition 是免费的开源社区版本
  • docker EE enterprise edition 是商用版，提供收费的技术支持

• Kubernetes 是业界公认的容器编排领域的事实标准，几乎所有的公有云厂商的容器技术都是基于 kubernetes 实现的
  

Docker

什么是 Docker

• 最主流的容器运行时技术，提供了容器的运行时能力，经过多次容器技术标准的演进和 OCI 标准和确立，目前 Docker 的框架如下所示
  

• containerd 是容器技术标准化之后的产物，为了能够兼容OCI 标准，独立负责容器运行时和生命周期（如创建、启动、停止、中止、信号处理、删除等），从 daemon 中剥离，向 docker engine 提供运行容器的 API，通过 grpc 通信；每创建一个容器，containerd 都会创建一个 shim 进程，每个 shim 会调用 runc（前身是 libcontainer）进行实际的容器运行时管理，比如创建 namespace 的隔离

• Docker 的技术特点

  • 容器镜像定义了统一的软件交付标准
  • 文件挂载提供了更小资源占用的运行环境
  • 共享 OS 内核使容器本质上只是一个进程，秒级启停

• Docker 的优势

  • 统一的交付标准可以屏蔽环境差异，使能 DevOps
  • 更小的资源消耗，提高资源利用率，匹配微服务架构
  • 极速的弹性伸缩、故障恢复，解放运维生产力

Docker 的关键技术

• Docker 所应用的几个关键技术实际上都不是 Docker 发明的，而是 Linux 早期成熟的技术，Docker 将这几个技术整合形成了革命性的成果

• Namespace 负责运行环境的隔离，即每个容器都是一个 独立进程，通过 namespace 技术进行隔离，每个容器互相不可见，包括进程隔离、网络隔离、文件隔离
• Cgroup 是负责运行资源的隔离或者说独占，可以为每个容器指定资源数量，互相不侵占
• Union filesystem 是解决应用运行的小型化统一标准，容器镜像提供了容器运行的基础，但容器镜像并不等于容器

Docker 镜像

• 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、配置文件外，还包含了一些为运行时准备的一些配置参数，镜像不包含任何动态数据，它的内容在构建之后也不会改变。类似于一个快速部署的模版，打包好了应用程序和运行环境
  

• 镜像的特点是 分层存储，由于镜像包含 OS 完整的 root 文件系统，其体积往往是庞大的，因此在 Docker 设计时，充分利用了 Union FS 的技术，将其设计为分层存储的架构，所以严格意义来说，镜像只是一个虚拟的概念，其由多层文件系统联合组成
  

• 实际上容器镜像是一系列 分层的只读文件，当容器镜像运行为容器时，就会在镜像的最上层添加一个可写的层，也就是容器层，所有对于运行时容器的修改其实都是对这个容器读写层的修改，所有对容器的变化，比如写新的文件，修改已有文件和删除文件，都只会作用在这个容器层之中
  

• 优点

  • 多个容器可以共享 image 存储，节省存储空间
  • 部署多个容器时，base image 可以避免多次拷贝，实现快速部署

Dockerfile 构建容器镜像

• 通过前面我们已经了解了镜像的基本概念，我们可以发现镜像是应用发布的标准格式，那么如何去创建/制作镜像呢？
• 根据 Dockerfile 构建镜像，通过 Dockerfile 描述可构建为一个 tar 包，通过 docker 客户端使用 build 命令构建一个镜像。当我们对镜像进行 run 操作的时候，就会启动一个容器
• Docker 镜像生命周期管理
  • docker pull 从镜像仓库拉取一个镜像
  • docker push 推送镜像到镜像仓库
  • docker build 将 Dockerfile 构建为镜像
  • docker tag 为镜像打上一个标签
• Docker 容器的生命周期管理
  • docker run 运行一个容器
  • docker stop 停止一个容器
  • docker start 启动一个容器
  • docker restart 重启一个容器
  • docker kill 杀掉一个运行的容器
  • docker pause 暂停一个容器

Docker 发布系统工作机制

• 镜像提供了一种标准化运输或者发布方式，发布系统工作机制就是 build、ship、run
  
• Docker 的三大组件
  • Docker 引擎
  • Docker 客户端
  • 镜像仓库

Docker 容器的持续部署流水线

• 首先开发人员使用 git/svn 工具开发以及提交代码，触发测试和 Jenkins 编译构建（这里的测试通常是对于代码的测试，白盒测试）
• Jenkins 根据代码工程中的 dockerfile 即可构建为 docker 容器镜像，然后使用镜像，触发部署
• 通过 k8s 集群进行可视化编排与容器集群管理（如弹性伸缩，滚动升级等）
• 统一格式打包的镜像可以一致性地部署到开发、测试、生产环境
• 容器镜像作为 DevOps 流程的标准交付件，实现了跨阶段的标准化发布流程

容器让开发和运维协同工作

• 开发人员
  • 关心容器内
    • code
    • Libraries
    • Package Manager
    • Apps
    • Data
  • 针对任何环境都采用同样方式打包
  • 除了开发时，也要关心运行时
• 运维人员
  • 只需要担心容器外的事情
    • 远程访问
    • 监控
    • 网络配置
  • 所有的容器采用同样的方式启动、停止、复制、接入和升级

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