虛擬化

　　要解釋清楚 Docker,，首先要解釋清楚容器（Container）的概念。要解釋容器的話,，就需要從操作系統(tǒng)說起,。操作系統(tǒng)太底層，細(xì)說的話一兩本書都說不清楚,。這里就一句話來總結(jié)一下：操作系統(tǒng)（Operating System,，簡稱OS）是管理計算機硬件與軟件資源的計算機程序，并且為軟件運行提供通用服務(wù)的系統(tǒng)軟件,。

　　隨著硬件的性能提升,，軟件種類的豐富，有兩種情況變得很常見：

0. 硬件性能過?！芏嘤嬎銠C的硬件配置,，往往會有大量時間處于硬件資源閑置的狀態(tài)。例如一般家用電腦,，已經(jīng)是四核,、六核的配置了，除了3A游戲、視頻制作,、3D渲染,、高性能計算等特殊應(yīng)用外，通常有 90% 以上時間 CPU 是閑置的,；
1. 軟件沖突——因為業(yè)務(wù)需要,，兩個或者多個軟件之間沖突，或者需要同一個軟件的不同版本,。例如早幾年做 Web 前端的，要測試網(wǎng)頁在不同版本的 IE 上是否能正常顯示,，然而 Windows 只能裝一個版本的 IE,。

　　為了解決軟件沖突，只能配置多臺計算機,，或者很麻煩的在同一臺電腦上安裝多個操作系統(tǒng),。顯然這兩個方案都有其缺點：多臺計算機成本太高，多操作系統(tǒng)的安裝,、切換都很麻煩,。在硬件性能過剩的時候，硬件虛擬化的普及就很自然而然的提出來了,。

　　所謂硬件虛擬化,，就是某個特殊的軟件，仿真出一臺或者多臺計算機的各種硬件,，用戶可以在這一臺虛擬機上安裝,、運行操作系統(tǒng)（一般叫來賓操作系統(tǒng)，Guest OS）和各種應(yīng)用,，并且把 Guest OS 和上面應(yīng)用軟件對硬件資源的訪問轉(zhuǎn)發(fā)到底層的硬件上來實現(xiàn),。

　　對于 Guest OS 和上面的應(yīng)用程序來說，這臺虛擬機和普通物理計算機是完全一樣沒有任何區(qū)別的——除了性能可能差一點,。全球第一人氣的 VMware Workstation 就是這么一個軟件,，Oracle 的 VirtualBox 以及 Microsoft 的 Virtual PC 都是。這類軟件英語有一個專用的單詞是 Hypervisor（虛擬機管理程序）,。

虛擬機的優(yōu)點

　　可以把資源分配到不同的虛擬機,，達到硬件資源的最大化利用；

　　相比直接在物理機上部署應(yīng)用,，虛擬機更容易擴展應(yīng)用,；

　　云服務(wù)：通過虛擬機虛擬出不同的物理資源，可以快速搭建云服務(wù),。

虛擬化技術(shù)主要用來解決高性能的物理硬件產(chǎn)能過剩和老舊的硬件硬件產(chǎn)品產(chǎn)能過低的重組重用,，透明化底層物理硬件，從而最大化的利用物理硬件。

虛擬機的缺點

　　虛擬機的缺點在于 Guest OS 通常會占用不少硬件資源,。例如 Windows 安裝 VMware 并開機 Guest OS,，不運行任何應(yīng)用的情況下，就需要占用 2 ~ 3G 內(nèi)存,，20 ~ 30G 硬盤空間,。而且為了應(yīng)用系統(tǒng)運行的性能，往往還要給每臺虛擬機留出更多的內(nèi)存容量,。雖然不少 Hypervisor 支持動態(tài)內(nèi)存,，但基本上都會降低虛擬機的性能。在這樣的資源占用情況下,，少量的虛擬機還是可以接受的,，如果同時運行十多臺或數(shù)十臺虛擬機，硬件資源的浪費就會成倍遞增,。通常來說,，其中相當(dāng)大一部分甚至全部 Guest OS 都是相同的。

　　能不能所有應(yīng)用使用同一個操作系統(tǒng)減少硬件資源的浪費,，但是又能避免包括運行庫在內(nèi)的軟件沖突呢,？操作系統(tǒng)層虛擬化——容器概念的提出，就是為了解決這個問題,。Docker 就是一個容器的標(biāo)準(zhǔn)化實現(xiàn),。

容器化

　　容器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了很長一段時間了，例如：LXC,，BSD Jails,，Solaris Zones...

　　容器化就是應(yīng)用程序級別的虛擬化技術(shù)。容器提供了將應(yīng)用程序的代碼,、運行時,、系統(tǒng)工具、系統(tǒng)庫和配置打包到一個實例中的標(biāo)準(zhǔn)方法,。容器共享一個內(nèi)核（操作系統(tǒng)）,，它安裝在硬件上。

　　和虛擬機相比,，容器有以下優(yōu)點：

0. 啟動迅速：沒有虛擬機硬件的初始化,，沒有 Guest OS 的啟動過程，可以節(jié)約很多啟動時間,，這就是容器的“開箱即用”,；
1. 占用資源少：沒有運行 Guest OS 所需的內(nèi)存開銷，無需為虛擬機預(yù)留運行內(nèi)存,，無需安裝,、運行 App 不需要的運行庫/操作系統(tǒng)服務(wù),，內(nèi)存占用、存儲空間占用都小的多,。相同配置的服務(wù)器,，如果運行虛擬機能運行十多臺的，通?？梢赃\行上百個容器毫無壓力——當(dāng)然前提是單個容器應(yīng)用本身不會消耗太多資源,。

Docker 歷史

　　2010 年，幾個搞 IT 的年輕人,，在美國舊金山成立了一家名叫 dotCloud 的公司,。dotCloud 的平臺即服務(wù)（Platform-as-a-Service, PaaS）提供商。底層技術(shù)上,，dotCloud 平臺利用了 Linux 的 LXC 容器技術(shù),。

　　為了方便創(chuàng)建和管理這些容器，dotCloud 基于 Google 公司推出的 Go 語言開發(fā)了一套內(nèi)部工具,，之后被命名為 Docker,。Docker 就是這樣誕生的,。

　　LXC 是 Docker 的底層基石,，但是在 Docker 0.9 版本的時候，Docker 見異思遷了,，引入了基于 Go 語言構(gòu)建的 Libcontainer 的 execution driver,。有了 Libcontainer 這個項目，Docker 不再需要依賴于 Linux 部件（LXC,，libvirt,，systemd-nspawn...）就可以處理 namespaces、control groups,、capabilities,、apparmor profiles、network interfaces,。這下,，LXC 淪為可選項。

　　在 Docker 1.8 中 LXC 被 deprecated,，在 Docker 1.10,，LXC 徹底出局。Docker 推出 Libcontainer 自己集成了 Linux 內(nèi)核中的很多特性,，作為一個獨特,、穩(wěn)定且不受制于 Linux 的 Library，獨立的時代終于到來了,。

　　如同 Docker 的 Logo 一樣,，Docker 的思想來源于集裝箱,。集裝箱解決了什么問題？在一艘大船上,，可以把貨物規(guī)整的擺放起來,，并且各種各樣的貨物被集裝箱標(biāo)準(zhǔn)化，集裝箱與集裝箱之間互不影響,。那么就不需要專門運送水果的船和專門運送化學(xué)用品的船了,。只要這些貨物封裝在不同的集裝箱里，就可以用一艘大船把它們都運走,。

　　Docker 技術(shù)誕生之后,，并沒有引起行業(yè)的關(guān)注。而 dotCloud 公司,，作為一家小型創(chuàng)業(yè)企業(yè),，在激烈的競爭之下，也步履維艱,。

　　正當(dāng)他們快要堅持不下去的時候,，腦子里蹦出了“開源”的想法。什么是“開源”,？開源,，就是開放源代碼。也就是將原來內(nèi)部保密的程序源代碼開放給所有人,，然后讓大家一起參與進來,，貢獻代碼和意見。

　　有的軟件一開始就是開源的,。也有的軟件,，是混不下去，創(chuàng)造者又不想放棄,，所以選擇開源,。自己養(yǎng)不活，就吃“百家飯”嘛,。2013 年 3 月,，dotCloud 公司的創(chuàng)始人之一，Docker 之父,，28 歲的 Solomon?Hykes 正式?jīng)Q定,，將 Docker 項目開源。

　　不開則已,，一開驚人,。越來越多的 IT 工程師發(fā)現(xiàn)了 Docker 的優(yōu)點，然后蜂擁而至,，加入 Docker 開源社區(qū),。Docker 的人氣迅速攀升,，速度之快，令人瞠目結(jié)舌,。

　　開源當(dāng)月,， Docker 0.1 版本發(fā)布。此后的每一個月,， Docker 都會發(fā)布一個版本,。到 2014 年 6 月 9 日， Docker 1.0 版本正式發(fā)布,。

　　此時的 Docker,，已經(jīng)成為行業(yè)里人氣最火爆的開源技術(shù)，沒有之一,。甚至像 Google,、微軟、Amazon,、 VMware 這樣的巨頭們都對它青睞有加,，表示將全力支持。

　　Docker 火了之后,， dotCloud 公司干脆把公司名字也改成了 Docker Inc. ,。

為什么選擇 Docker

更高效的利用系統(tǒng)資源

　　由于容器不需要進行硬件虛擬以及運行完整操作系統(tǒng)等額外開銷，Docker 對系統(tǒng)資源的利用率更高,。無論是應(yīng)用執(zhí)行速度,、內(nèi)存損耗或者文件存儲速度,，都要比傳統(tǒng)虛擬機技術(shù)更高效,。因此，相比虛擬機技術(shù),，一個相同配置的主機,，往往可以運行更多數(shù)量的應(yīng)用。

更快速的啟動時間

　　傳統(tǒng)的虛擬機技術(shù)啟動應(yīng)用服務(wù)往往需要數(shù)分鐘,，而 Docker 容器應(yīng)用,，由于直接運行于宿主內(nèi)核，無需啟動完整的操作系統(tǒng),，因此可以做到秒級,、甚至毫秒級的啟動時間。大大的節(jié)約了開發(fā),、測試,、部署的時間。

一致的運行環(huán)境

　　開發(fā)過程中一個常見的問題是環(huán)境一致性問題,。由于開發(fā)環(huán)境,、測試環(huán)境,、生產(chǎn)環(huán)境不一致，導(dǎo)致有些 bug 并未在開發(fā)過程中被發(fā)現(xiàn),。而 Docker 的鏡像提供了除內(nèi)核外完整的運行時環(huán)境,，確保了應(yīng)用運行環(huán)境一致性，從而不會再出現(xiàn)「這段代碼在我機器上沒問題啊」 這類問題,。

持續(xù)交付和部署

　　對開發(fā)和運維（DevOps）人員來說,，最希望的就是一次創(chuàng)建或配置，可以在任意地方正常運行,。

　　使用 Docker 可以通過定制應(yīng)用鏡像來實現(xiàn)持續(xù)集成,、持續(xù)交付、部署,。開發(fā)人員可以通過 Dockerfile 來進行鏡像構(gòu)建,，并結(jié)合持續(xù)集成（Continuous Integration）系統(tǒng)進行集成測試，而運維人員則可以直接在生產(chǎn)環(huán)境中快速部署該鏡像,，甚至結(jié)合持續(xù)部署（Continuous Delivery/Deployment）系統(tǒng)進行自動部署,。

　　而且使用 Dockerfile 使鏡像構(gòu)建透明化，不僅僅開發(fā)團隊可以理解應(yīng)用運行環(huán)境,，也方便運維團隊理解應(yīng)用運行所需條件,，幫助更好的在生產(chǎn)環(huán)境中部署該鏡像。

更輕松的遷移

　　由于 Docker 確保了執(zhí)行環(huán)境的一致性,，使得應(yīng)用的遷移更加容易,。Docker 可以在很多平臺上運行，無論是物理機,、虛擬機,、公有云、私有云,，甚至是筆記本,，其運行結(jié)果是一致的。因此用戶可以很輕易的將在一個平臺上運行的應(yīng)用,，遷移到另一個平臺上,，而不用擔(dān)心運行環(huán)境的變化導(dǎo)致應(yīng)用無法正常運行的情況。

更輕松的維護和擴展

　　Docker 使用的分層存儲以及鏡像的技術(shù),，使得應(yīng)用重復(fù)部分的復(fù)用更為容易,，也使得應(yīng)用的維護更新更加簡單，基于基礎(chǔ)鏡像進一步擴展鏡像也變得非常簡單,。此外,，Docker 團隊同各個開源項目團隊一起維護了一大批高質(zhì)量的 官方鏡像，既可以直接在生產(chǎn)環(huán)境使用,，又可以作為基礎(chǔ)進一步定制,，大大的降低了應(yīng)用服務(wù)的鏡像制作成本,。

容器與虛擬機的比較

　　下面的圖片比較了 Docker 和傳統(tǒng)虛擬化方式的不同之處，可見容器是在操作系統(tǒng)層面上實現(xiàn)虛擬化,，直接復(fù)用本地主機的操作系統(tǒng),，而傳統(tǒng)方式則是在硬件層面實現(xiàn)。

　　與傳統(tǒng)的虛擬機相比,，Docker 優(yōu)勢體現(xiàn)為啟動速度快,、占用體積小。

至此 Docker 概念性相關(guān)內(nèi)容就介紹到這里,，下文我們聊聊 Docker 架構(gòu)及其工作原理,。

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