01 docker容器技术基础入门

Posted 2022-03-19 burnovblog

　　本章内容：

　　　　1、container是什么？

　　　　2、LXC技术介绍

　　　　3、namespaces-名称空间，实现资源隔离

　　　　4、容器的资源分配--Cgroup，实现资源分配

　　　　5、LXC与dockers

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　　基于虚拟化基础知识，我们这一节开始介绍docker技术的相关内容：docker技术可以理解为我们所学习的虚拟化基础知识的一个延申；

 

1、container是什么？

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、存储、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

容器类型：

　　瓶、罐、箱、篮、桶、袋、瓮、碗、柜、鞘

 

2、LXC技术介绍

　　在了解LXC之前，我们先回顾下主机虚拟化技术：主机虚拟化分为两类：

　　　　type-I、type-II（有VMM管理平台）　

　　不管是哪一类，我们都需要通过虚拟技术实现一个系统平台，目的就是为了在这个系统平台上去运行对应的应用进程（例如httpd），来提供服务；

　　所以，为了运行一个应用进程，我们不得不在其下面去跑一个内核系统，来支持这个进程的正常运行，如果我们可以跳过这个运行的内核，从而直接去运行一个虚拟机的应用进程，这样岂不是更加节约资源。所以，这样，就出现了我们的容器技术--LXC（LinuX container）；

 

　　LXC技术的目的：抽调虚拟的内核层；直接去虚拟进程，提供系统硬件设备的资源利用率！

　　这样的话，就带来对应的问题：如果你想运行两个同样的服务，这样，如何在LXC环境下区分这两个一样的进程呢？如下图：

　

3、namespaces-名称空间，实现资源隔离

　　我们知道，Linux的底层内核依靠的是C语言进行开发的，而C语言中有个函数模块namespace就是专门用来进行资源隔离--从内核处开始，进行资源隔离；也可以说是，避免资源冲突；

　　它是Linux kernel内核默认的功能之一；

　　隔离的资源如下：

　　　　1、独立的主机名和域名--UTS

　　　　2、需要有自己的独立的挂载数--Mount

　　　　3、IPC隔离，实现进行间通讯--信号、消息队列和共享存储的隔离

　　　　4、所有的进程都属于init进程--每个独立空间的init进程要独立隔离

　　　　5、为每一个空间微赚一个root用户，对于自己空间而言，是root用户，而对于其他空间而言是普通用户；

　　　　6、虚拟自己的专用网卡，或者tcp/ip协议栈，网络隔离；

 

　　容器技术需要满足以上隔离条件，才能真正实现；所以，namespaces技术是容器技术的基础，如下图：

　　【内核开始默认支持6种namespaces的最早的内核版本】

 

　　此时，我们就可以基于内核抽调资源，同时使用namespaces技术进行资源隔离，而这种技术，我们就叫做容器技术；

 　　容器技术为了调用这些namespaces资源，namespaces提供了相应的API接口，例如：

　　　　clone()　　创建新进程。根据系统调用参数来判断哪种类型的namespace被创建，而且它们的子进程也会被包含到namespace中

　　　　unshare()　　将进程移出某个namespace

　　　　setns()　　将进程加入到namesp中

 

4、容器的资源分配--Cgroup，实现资源分配

　　有了资源隔离，我们就要实现资源分配；内核提供资源分配技术--Control Groups（Cgroups技术）

　　　　Cgroups实现资源分配包括：

　　　　　　blkiq：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标识符

　　　　Cgroup对应的功能参数：

　　针对于不同的组，我们使用CGroup技术进行不同的资源分配；（不是大锅饭，而是精细的进行资源分配，满足每个容器的资源利用）

　　

5、LXC与dockers

　　最早的容器技术来自于BSD的jail技术，目的就是为了实现进程隔离，使得一个进程被攻陷后不会影响到其他进程，这是出于安全的目录；

　　而Linux将该技术移植到自己的系统之上，叫做vserver（功能类似于chroot），创建一个自己的更目录，区分与当前的目录系统；

　　我们知道，为了使用Linux的内核资源，namespaces提供了相应的API接口（clone(),unshare(),setns(),）；这样就是我们的容器技术；

　　真正的容器技术--LXC、docker等，则是为namespaces、cgroup封装了一个更好管理的接口；

 

　　LXC

　　　　这个技术就是最早的容器技术；它方便了容器的管理，例如：

　　　　lxc-create 可以用来创建虚拟的用户空间；  template  可以用来创建模板【模板可以选择应用创建在那些不同的发型版系统上】

　　　　然后，我们需要找到一个目录空间，将这个目录制定为该用户空间的根目录，应用则运行在这个所谓的“根目录”下，这就是所谓的容器技术；

　　　　lxc技术对于容器技术的发张功不可没，但是它有着与生俱来的缺点--无法实现大规模部署；

　　　　于是，出现了docker技术；

　　docker

　　　　为了解决lxc对于批量化管理容器的缺陷，我们对lxc进行二次封装，这样得到的管理工具就是我们的docker了；

 　　　　docker的工作原理：

　　　　　　docker环境下，我们将一个系统所需要的所有的文件集中打包，这就是一个镜像文件，我们将这个镜像放在仓库中，而这个镜像文件可以不是系统，而且可以是具体的服务文件，比如nginx服务文件；

　　　　　　然后将这个镜像文件从“仓库”中下载到本地，运行run命令，这样就可以启动这个仓库（类似于运行了一个命令）；

　　　　　　系统在基于一些列的机制对docker启动的容器进行资源份分配；这种环境下，我们运行的docker进程就是一个进程；且多个容器就是多个隔离进程，相互之间不会影响；

 

　　如上图：各种进程的运行，运行在自己的独立的容器之中，容器之间相互独立，相互隔离！这样大大加强了进程之间的安全性，且docker下进程所需要的资源，都由docker环境来提供；

 

　　批量创建容器：分层构建、灵活挂载的方式来创建容器；

　　　　例如，底层提供一个centos，上层运行进程即可。多个进程可以共享一个centos底层即可；然后将服务挂在到两个目录下，就是两个容器！且，挂在的文件是只读文件；然后再在本地目录添加一层，去满足该容器需要修改文件的需求；

　　　　这样迁移又会有困难；所以在真正使用的时候，真正数据并不保存于本地，而是存放于后面的共享存储中；

　　　　如下图：

　　　　另外一个问题则是，如果关联进程启动顺序如何确定？

　　　　例如：nmp NGINX mysql php进程运行顺序如何来决定启动？这就涉及到容器的编排问题；常见的解决方案如下：

　　　　　　machine + swarm + compose 来进行系统编排；

　　　　　　mesos + marathon 方案；

　　　　　　kubernetes --> k8s；

　　　　以上工具都是用来进行容器进程编排的工具；

 

　　容器技术的缺点：

　　　　1、不管怎么说，系统启动容器，比直接启动进程是消耗了更多的资源空间；

　　　　2、调试工具；本身一个系统下运行多个进程，这些进程使用一套调试工具即可。但是现在进程之间相互隔离，则每个容器都需要提供一套调试工具；

　　　　3、调试进程得进入到容器中进行调试，相对于原本只需要在系统下调试，相对而言更加困难！

 

总结：

　　容器给运维带来了极大的不便，但是给开发带来了极大的便利，它真正让代码实现了一次编写多环境运行，它极大的节约了软件开发的成本；

　　这也是当今社会容器技术如此火的原因；