Docker之什么是docker

1. 什么是容器

对于容器，它首先是一个相对独立的运行环境，在这一点有点类似于虚拟机，但是不像虚拟机那样彻底。在容器内，应该最小化其对外界的影响，比如不能在容器内把宿主机上的资源全部消耗，这就是资源控制。

1.1传统虚拟化与容器的区别

docker容器和宿主机用户 docker容器本质上是宿主机_mysql

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)

2. Linux容器技术

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）。

2.1Linux Namespaces

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。

namespaces

系统调用参数

隔离内容

内核版本

UTS

CLONE_NEWUTS

主机名和域名

2.6.19

IPC

CLONE_NEWIPC

信号量、消息队列和共享内存

2.6.19

PID

CLONE_NEWPID

进程编号

2.6.24

Network

CLONE_NEWNET

网络设备、网络栈、端口等

2.6.29

Mount

CLONE_NEWNS

挂载点（文件系统）

2.4.19

User

CLONE_NEWUSER

用户和用户组

3.8

2.2 CGroups

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。

3. LXC

LXC又名Linux container，是一种虚拟化的解决方案，这种是内核级的虚拟化。(主流的解决方案Xen ,KVM, LXC)

docker容器和宿主机用户 docker容器本质上是宿主机_虚拟化_02

通过传统方式使用容器功能的话需要我们自己写代码去进行系统调用来实现创建内核，实际上拥有此能力的人廖廖无几。而LXC（LinuX Container）把容器技术做得更加易用，把需要用到的容器功能做成一组工具，从而极大的简化用户使用容器技术的麻烦程度。

LXC是最早一批真正把完整的容器技术用一组简易使用的工具和模板来极大的简化了容器技术使用的一个方案。

LXC虽然极大的简化了容器技术的使用，但比起直接通过内核调用来使用容器技术，其复杂程度其实并没有多大降低，因为我们必须要学会LXC的一组命令工具，且由于内核的创建都是通过命令来实现的，通过批量命令实现数据迁移并不容易。其隔离性也没有虚拟机那么强大。

后来就出现了docker，所以从一定程度上来说，docker就是LXC的增强版。

主要技术点

  • chroot：根切换，一个改变当前运行进程以及其子进程的根目录的操作。一个运行在这种环境的程序无法访问根目录外的文件和命令。
  • namespaces：名称空间，LXC在隔离控制方面依赖于Linux内核的namespace特性，具体而言就是在clone时加入相应的flag；
  • CGroups：控制组，LXC在资源管理方面依赖于Linux内核的cgroups子系统，cgroups子系统是Linux内核提供的一个基于进程组的资源管理的框架，可以为特定的进程组限定可以使用的资源；

4. docker

Docker 是一个开源的应用容器引擎，基于 Go 语言 并遵从Apache2.0协议开源。Docker 可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何流行的 Linux 机器上，也可以实现虚拟化。 容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口（类似 iPhone 的 app）,更重要的是容器性能开销极低。 Docker 和传统虚拟化方式的不同之处，可见容器是在操作系统层面上实现虚拟化，直接复用本地主机的操作系统，而传统方式则是在硬件层面实现。

4.1 docker产生的背景

  • 环境管理复杂–从各种OS到各种中间件到各种app，一款产品能够成功作为开发者需要关心的东西太多，且难于管理，这个问题几乎在所有现代IT相关行业都需要面对，对此Docker可以简化部署多种应用实例工作，比如Web应用、后台应用、数据库应用、大数据应用比如Hadoop集群、消息队列等等都可以打包成一个 Image部署。
  • 云计算时代的到来–AWS的成功，引导开发者将应用转移到cloud上，解决了硬件管理的问题，然而中间件相关的问题依然存在，Docker的出现正好能帮助软件开发者开阔思路，尝试新的软件管理方法来解决这个问题 ·虚拟化手段的变化–cloud时代采用标配硬件来降低成本，采用虚拟化手段来满足用户按需使用的需求以及保证可用性和隔离性，然而无论是kvm还是Xen在docker看来，都是在浪费资源，因为用户需要的是高效运行环境而非OS，GuestOS既浪费资源又难于管理，更加轻量级的LXC更加灵活和快速。
  • LXC的移植性–LXC在linux2.6的kernel里就已经存在了，但是其设计之初并非为云计算考虑的，缺少标准化的描述手段和容器的可迁移性，决定其构建出的环境难于迁移和标准化管理（相对于kvm之类的image和snapshot），Docker就在这个问题上作出实质性的革新

docker容器和宿主机用户 docker容器本质上是宿主机_mysql_03

面对上面的问题，docker设想是交付运行环境如同海运，OS如同一个货轮，每一个在OS基础上的软件都如同一个集装箱，用户可以通过标准化手段自由组装运行环境，同时集装箱的内容可以由用户自定义，也可以由专业人员制造。这样，交付一个软件，就是一系列标准化组件的集合的交付，如同乐高积木，用户只需要选择合适的积木组合，并且在最顶端署上自己的名字（最后标准化组件是用户的app），这也就是基于docker的PaaS产品的原型。

docker官网上提到了docker的典型应用场景

  • Automating the packaging and deployment of applications
  • Creation of lightweight, private PAAS environments
  • Automated testing and continuous integration/deployment
  • Deploying and scaling web apps, databases and backend services

由于docker基于LXC轻量级的虚拟化特点（0.9之后不是基于LXC，但还是支持的），docker相比KVM之类最明显的特点就是启动快，资源占用小。因此对于构建隔离性的标准化的运行环境，轻量级的PaaS（如dokku），构建自动化测试和持续集成环境，以及一切可以横向扩展的应用（尤其是需要快速启停来应对峰谷的web应用）。

（1）构建标准化的运行环境，现有方案大多是在一个base OS上运行的一套puppet/chef，或者一个image文件，期缺点是前者需要base OS许多前提条件，后者几乎不可以修改（因为copy on write的文件格式在运行时rootfs是read only），并且后者文件体积大，环境管理和版本控制本身也是一个问题。

（2）PaaS环境是不言而喻的，其设计之初和DotCloud的案例都是将其作为PaaS产品的环境基础

（3）因为其标准化构建方法（buildfile）和良好的REST API，自动化测试和持续集成/部署能够很好的集成进来

（4）由于LXC轻量级的特点，其启动快，而且docker能够只加载每个container变化的部分，这样的资源占用小，能够在单机环境下与KVM之类的虚拟化方案相比能够更加快速和占用更少资源
file）和良好的REST API，自动化测试和持续集成/部署能够很好的集成进来

（4）由于LXC轻量级的特点，其启动快，而且docker能够只加载每个container变化的部分，这样的资源占用小，能够在单机环境下与KVM之类的虚拟化方案相比能够更加快速和占用更少资源