docker镜像、容器、仓库介绍-docker介绍

时间：2024-11-27 12:58:08

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Docker 是一种开源的容器化平台，用于开发、部署和运行应用。它通过将应用程序及其依赖项打包到称为“容器”的单一包中，使得应用能够在任何环境下运行，不受底层系统的限制。Docker提供了一种标准化的软件交付方式，使得应用在开发、测试和生产环境中的运行更加一致。

Docker的核心概念

  • 镜像（Image）：Docker镜像是容器的“模板”，包含了操作系统、应用程序以及相关依赖库。镜像是只读的，用于创建和运行容器。

  • 容器（Container）：容器是镜像的一个运行实例，是一个隔离的进程环境，拥有独立的文件系统、网络等资源。一个镜像可以创建多个容器，每个容器之间是相互隔离的。

  • Dockerfile：Dockerfile是一个文本文件，定义了如何构建Docker镜像。它包含了一系列指令，用于描述镜像的构建步骤，例如选择基础镜像、安装依赖、复制文件、设置环境变量等。

  • 仓库（Registry）：Docker仓库用于存储和分发Docker镜像，类似于代码的版本控制系统。Docker Hub是官方的公共镜像仓库，用户也可以搭建私有仓库。

Docker的底层架构与组件

Docker的底层架构主要由以下几个核心组件组成：

Docker Daemon（守护进程）：

  • Docker Daemon是Docker的后台进程，负责管理容器的生命周期、构建和运行镜像。它接受客户端（CLI）命令并执行相应操作。

Docker CLI：

  • Docker CLI是Docker的命令行界面，用于与Docker Daemon进行通信，执行容器的启动、停止、删除等操作。

Containerd：

  • Containerd是一个容器管理的守护进程，负责管理容器的生命周期。它是Docker的一部分，但也可以作为独立组件使用，直接与OCI（Open Container Initiative）兼容。

RunC：

  • RunC是一个轻量级的、符合OCI标准的容器运行时工具。RunC的核心作用是创建和启动容器，通过Namespace、Cgroups等
  • Linux内核特性实现容器的隔离与资源控制。

Libnetwork：

  • Libnetwork是Docker的网络管理库，用于处理容器的网络连接，包括创建虚拟网络、网络隔离等操作。
    图像和存储管理：

Docker支持多种存储驱动（如OverlayFS、AUFS、Device Mapper等），用于管理镜像的分层存储结构。每一层只保存了增量数据，这种分层存储可以提高资源利用率并减少冗余。

Docker 使用客户端-服务器架构。Docker 客户端与 Docker 守护程序通信，后者负责构建、运行和分发 Docker 容器的繁重工作。Docker 客户端和守护程序可以在同一系统上运行，或者您可以将 Docker 客户端连接到远程 Docker 守护程序。Docker 客户端和守护程序使用 REST API、通过 UNIX 套接字或网络接口进行通信。另一个 Docker 客户端是 Docker Compose，它允许使用由一组容器组成的应用程序。

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Docker的底层原理

Docker的底层原理主要依赖于Linux内核的几个关键技术，包括Namespace、Cgroups、Union File System等，这些技术实现了容器的隔离、资源管理和文件系统支持。

  1. Namespace（命名空间）
    Namespace是Linux内核提供的资源隔离技术，它允许系统资源（如进程ID、网络、文件系统等）被隔离到独立的命名空间中。不同命名空间内的资源是相互独立的，从而使得一个容器中的进程无法影响另一个容器中的进程。Docker主要使用了以下几种Namespace：

    • PID Namespace：隔离进程ID，使得每个容器中的进程彼此独立。
      NET Namespace：隔离网络资源，如网卡、IP地址、端口等，使得容器拥有独立的网络栈。
      IPC Namespace：隔离进程间通信（如信号、消息队列等），确保容器间通信安全。
      Mount Namespace：隔离文件系统挂载点，每个容器可以拥有独立的文件系统视图。
      UTS Namespace：隔离主机名和域名，使得容器可以设置自己的主机名。

  2. Cgroups（Control Groups）
    Cgroups是Linux内核提供的资源管理功能，可以限制和隔离进程组使用的资源（如CPU、内存、磁盘I/O等）。在Docker中，Cgroups用于限制每个容器的资源使用，确保系统稳定。比如，可以设置一个容器的CPU最大使用率不超过50%、内存不超过1GB等，从而避免单个容器过度占用资源影响其他容器。

  3. Union File System（联合文件系统）
    Docker的镜像由多层只读层叠加而成，这种分层结构依赖于Union File System的支持。常见的联合文件系统有AUFS、OverlayFS等。每层镜像都只记录了文件系统的增量，只有在容器运行时创建一个可写层。分层文件系统使得镜像可以高效共享、重复利用，提高了存储空间的利用率。

  4. 容器镜像的分层结构与存储管理
    Docker镜像的分层结构使得不同镜像可以共享相同的底层资源。在镜像构建时，Docker会为每个操作创建一个新的层，这些层按顺序叠加构成完整的镜像。在容器启动时，Docker会在镜像的顶部添加一个可写层，即“容器层”，以便容器可以对文件系统进行读写操作。

Docker的运行流程

构建镜像：根据Dockerfile构建镜像，镜像分为多个只读层，每层对应Dockerfile的一条指令。

启动容器：从镜像创建容器实例，并为容器创建一个可写层。

隔离资源：启动容器时，Docker通过Namespace隔离容器的进程、网络、文件系统等资源。

分配资源：Docker通过Cgroups为容器分配资源，并监控其资源使用情况。

容器网络：Docker使用Libnetwork为容器创建网络连接，实现容器间通信和网络隔离。

文件系统管理：Docker使用联合文件系统挂载镜像层，并为容器提供可写层。

Docker的优势与应用场景

一致性：Docker打包了应用和依赖，确保在不同环境中运行的一致性，解决了“运行在我电脑上”的问题。

资源高效：相比虚拟机，容器不需要完整的操作系统和硬件模拟，启动速度快，资源占用少。

弹性伸缩：通过编排工具（如Kubernetes）管理容器集群，容器化应用易于实现水平扩展和自动恢复。

快速交付：Docker简化了软件的开发、测试、部署流程，使得开发、测试、运维团队之间的协作更加高效。

容器与虚拟机 (VM)

简单来说，虚拟机是一个完整的操作系统，拥有自己的内核、硬件驱动程序、程序和应用程序。启动虚拟机只是为了隔离单个应用程序，这会带来很大的开销。

容器只是一个独立的进程，其中包含运行所需的所有文件。如果运行多个容器，它们都共享同一个内核，这样您就可以在更少的基础设施上运行更多的应用程序。

结合使用虚拟机和容器

容器和虚拟机经常一起使用。例如，在云环境中，配置的机器通常是虚拟机。但是，具有容器运行时的虚拟机可以运行多个容器化应用程序，而不是配置一台机器来运行一个应用程序，从而提高资源利用率并降低成本。

容器和镜像的关系

容器是一个独立的进程，它从哪里获取文件和配置？如何共享这些环境？这就是容器镜像发挥作用的地方！容器镜像是一个标准化包，其中包含运行容器所需的所有文件、二进制文件、库和配置。

对于 PostgreSQL映像，该映像将打包数据库二进制文件、配置文件和其他依赖项。对于 Python Web 应用，它将包括 Python 运行时、应用代码及其所有依赖项。

镜像有两个重要原则：

  • 镜像是不可变的。镜像一旦创建，就无法修改。只能创建新镜像或在其上添加更改。

  • 容器镜像由层组成。每层代表一组添加、删除或修改文件的文件系统更改。

可以理解为镜像就是一个流水线工厂，容器就是最终加工出来的产品

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