认识大明星——轻量级容器docker知识树点亮

Posted 2020-10-06 一面千人

docker是一个轻量级容器，属于操作系统层面的虚拟化技术，封装了文件系统（AUFS）以及网络互联，进程隔离等特性。

 

传统虚拟化架构：

 

docker虚拟化架构：

 

可以看出，docker是没有Guest OS一层的，它属于宿主机上面开启的一个单独进程，共享宿主机的内核和硬件。 传统虚拟化技术每个实例都要虚拟出一套OS的硬件支持，当一台宿主机开启多个虚拟机的时候，这些硬件虚拟无疑是重复的，且占用了大量宿主机的资源。 因此，docker这种轻量级的容器技术会更高效地使用宿主机的内核和硬件资源。同时由于没有完整OS的启动，docker的启动也很快，如同你在win10里面开启一个浏览器一样，可以类比出，docker的级别与OS的application是一层的。

 

docker库的架构： docker registry -> docker repository -> docker image

docker registry相当于一个邮轮，repository则是邮轮上的集装箱，image就是集装箱内部的系统镜像。

 

docker的最小单元为image，docker image是只读的，不支持修改，因此当你看上去修改了一个docker image，哪怕是只改了它的名字，docker的真实操作却是复制出来一份列在下面，原来的仍旧被保留。同时为便于文件管理，docker image 可以通过命令被export为tar包存在本地任何位置，也可以import tar包成为本地的image。

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注意：docker只是提供了一个环境，这个概念是独特的，其他虚拟机是一个完全隔离开的封闭的就像一个完整的物理机那样，而docker的用户获得的是一个基于通用OS上面的一个相同的环境，只要使用相同的image，docker能运行起来，那么环境就是一致的。目前docker已经可以支持几乎所有流行的OS，它并不限制OS的种类、版本，这就使docker变成了跨平台技术，避免了用户环境变化导致的Bug。

 

docker container 是 docker image 的实例化。

 

docker提供的这个环境，可以达到如一个纯净OS的效果，可对其进行具体的操作，如安装新的包，文件变更等。而上文提到了，docker的image是只读，不支持修改image本身，那么这个环境变更真的不是对image进行操作吗？

答：确实不是的，docker的文件系统是AUFS，当我们对image进行修改的时候，表面上是进入那个container容器内部，然后做安装命令，文件变更等修改，其实这些变更并不是发生在像传统虚拟系统那样在容器内部，而是在外部！docker container并不是一个封闭独立的空间。

这些变更是存在于本地文件路径/var/lib/docker/aufs/下，每次与原image不同的修改都会放在该目录中。然而docker也提供了修改这个默认目录的方式，就是在启动容器的时候，使用-v选项设置这个本地目录的映射参数，启动后每一次修改都是针对映射的这个本地目录，但是要注意以后的每次启动都要带着这个-v参数和这个本地目录，否则又指向了默认的目录相当于启动一个基于原始image的新container了。  

 

我们来深究一下上面的操作，进入docker container以后，会发现终端的用户名和主机名，包括该用户的root目录（user@dockermachine:~/）都与进入之前不同了，好像真的进入了一个传统虚拟机，这其实是linux的change root命令的效果，利用chroot命令将当前目录映射为该用户的root目录。当exit的时候，又恢复为原真正的用户root目录，其对应的container也就被退了出来。

 

如果想提交这个最新的变更后的环境，让更多同事使用，实际也是提交一个本地的image，通常是使用commit和dockerfile的方式。commit方式每次都要提交具体的变更细节，深入docker的实现原理，它是将每次的commit的差异文件存在AUFS文件系统的diff文件夹中，每次部署环境的时候，如果要检查其中某次提交的文件变更，就要捋顺一遍这个commit列表，这实在是不方便。因此dockerfile的方式被广泛应用，dockerfile会记录以初始的基础image为原点的每次对环境的变更，例如安装了某个新的命令，它像一个描述文件有着自己的语法格式，每当以dockerfile启动的时候，会先启动其依赖的基础image，然后再按照dockerfile中的命令顺序一条条去执行，最终会获得一个变更后的统一环境。这样，部署人员只需要维护dockerfile中的代码即可。所有docker的用户只需要本地留一个基础image，然后按照业务需要去get相应的dockerfile，启动的时候就会获得最新的环境，与同组其他同事获得的能够保持一致。

 

总结一下，docker是如此轻巧灵活仅相当于一个普通app开启一个宿主机的进程，image是只读，dockerfile用来描述变更，container修改其实是映射到本地卷。

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补充：

上面多次提到了docker的aufs文件系统，它非常强大，对应的路径是在/var/lib/docker/aufs，它可以分块（Blob）存储一个image，由于image是只读的，分块存储可加快地读取。如果不做-v修改本地映射卷的话，它还可以存储用户在container中修改的变更文件。还可以存储commit时与基础image的差异文件。

提到分块存储image的特性，就要说一下linux的mount命令，它可以将两个具体路径映射成一个目录，合并包含两个具体路径下的内部文件。例如，mount -t aufs -o dirs="/tmp/a;/tmp/b" none /mnt。执行以后，原/tmp/a和/tmp/b中的内容都会出现在/mnt中。

 

在docker run一个image的时候，如果不加任何参数，则默认是在https://hub.docker.com/ 下载，这就如同maven，有一个public registry，也应该有一个nexus服务于局域网。如果我想给team也建立一个局域网的“邮轮”，提高传输（上传下载，push和pull）的效率，方便内部管理，就要自己创建一个registry服务端。

registry创建也非常简单。registry服务本身在docker hub中仍旧是以一个image的形式存在的，所以直接在服务器上docker run registry就ok了。

客户端container可以指定服务端的IP加端口去pull image，也可以将本地的image tag成服务端的IP加端口下的image，然后push到服务端去。