what is docker

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尽管之前久闻Docker的大名了，但是天资愚钝，对其到底是个啥东西一直摸不清，最近花了一段时间整理了一下，算是整理出一点头绪来。

官网的介绍是这样的：

Docker is an open platform for developers and sysadmins to build, ship, and run distributed applications....

其实看完这句话还是不明白究竟是啥的，下面就慢慢解释。不过长话短说的话，把他想象成一个用了一种新颖方式实现的超轻量虚拟机，在大概效果上也是正确的。当然在实现的原理和应用上还是和VM有巨大差别的，并且专业的叫法是应用容器（Application Container）。

为啥要用容器？

那么应用容器长什么样子呢，一个做好的应用容器长得就好像一个装好了一组特定应用的虚拟机一样。比如我现在想用Mysql那我就找个装好Mysql的容器，运行起来，那么我就可以使用 Mysql 了。

那么我直接装个 Mysql 不就好了，何必还需要这个容器这么诡异的概念？话是这么说，可是你要真装Mysql的话可能要再装一堆依赖库，根据你的操作系统平台和版本进行设置，有时候还要从源代码编译报出一堆莫名其妙的错误，可不是这么好装。而且万一你机器挂了，所有的东西都要重新来，可能还要把配置在重新弄一遍。但是有了容器，你就相当于有了一个可以运行起来的虚拟机，只要你能运行容器，Mysql 的配置就全省了。而且一旦你想换台机器，直接把这个容器端起来，再放到另一个机器就好了。硬件，操作系统，运行环境什么的都不需要考虑了。

在公司中的一个很大的用途就是可以保证线下的开发环境、测试环境和线上的生产环境一致。当年在 Baidu 经常碰到这样的事情，开发把东西做好了给测试去测，一般会给一坨代码和一个介绍上线步骤的上线单。结果代码在测试机跑不起来，开发就跑来跑去看问题，一会儿啊这个配置文件忘了提交了，一会儿啊这个上线命令写错了。找到了一个 bug 提上去，开发一看，啊我怎么又忘了把这个命令写在上线单上了。类似的事情在上线的时候还会发生，变成啊你这个软件的版本和我机器上的不一样……在 Amazon 的时候，由于一个开发直接担任上述三个职位，而且有一套自动化部署的机制所以问题会少一点，但是上线的时候大家还是胆战心惊。

若果利用容器的话，那么开发直接在容器里开发，提测的时候把整个容器给测试，测好了把改动改在容器里再上线就好了。通过容器，整个开发、测试和生产环境可以保持高度的一致。

此外容器也和VM一样具有着一定的隔离性，各个容器之间的数据和内存空间相互隔离，可以保证一定的安全性。

那为啥不用VM？

那么既然容器和 VM 这么类似为啥不直接用 VM 还要整出个容器这么个概念来呢？Docker 容器相对于 VM 有以下几个优点：

• 启动速度快，容器通常在一秒内可以启动，而 VM 通常要更久

• 资源利用率高，一台普通 PC 可以跑上千个容器，你跑上千个 VM 试试

• 性能开销小， VM 通常需要额外的 CPU 和内存来完成 OS 的功能，这一部分占据了额外的资源

为啥相似的功能在性能上会有如此巨大的差距呢，其实这和他们的设计的理念是相关的。 VM 和 docker的设计图如下：

 

VM 的 Hypervisor 需要实现对硬件的虚拟化，并且还要搭载自己的操作系统，自然在启动速度和资源利用率以及性能上有比较大的开销

Docker 几乎就没有什么虚拟化的东西，并且直接复用了 Host 主机的 OS，在 Docker Engine 层面实现了调度和隔离重量一下子就降低了好几个档次。 Docker 的容器利用了 LXC，管理利用了 namespaces 来做权限的控制和隔离， cgroups 来进行资源的配置，并且还通过 aufs 来进一步提高文件系统的资源利用率。

其中的 aufs 是个很有意思的东西，是 UnionFS 的一种。他的思想和 git 有些类似，可以把对文件系统的改动当成一次 commit 一层层的叠加。这样的话多个容器之间就可以共享他们的文件系统层次，每个容器下面都是共享的文件系统层次，上面再是各自对文件系统改动的层次，这样的话极大的节省了对存储的需求，并且也能加速容器的启动。

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Docker 是 用 Go 语言编写的，源代码托管在 github 而且居然只有 1W 行就完成了这些功能。

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镜像和容器的关系

类似ISO文件或者虚拟机快照和虚拟机系统之间的关系

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链接必须暴露端口，否则没有端口可用

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docker怎么实现资源隔离？

cgroup

这是Linux内核功能，它让两件事情变成可能：

• 限制Linux进程组的资源占用（内存、CPU）
• 为进程组制作 PID、UTS、IPC、网络、用户及装载命名空间

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docker的文件系统

docker使用 union 文件系统

Union文件系统允许通过union装载变化的分层叠加。在union文件系统里，文件系统可以被装载在其他文件系统之上，其结果就是一个变化的分层集合。每个装载的文件系统表示前一个文件系统之后的变化集合，就像是一个diff

当你下载一个镜像，修改它，然后保存成新版本，你只是创建了加载在包裹基础镜像的初始层上的一个新的union文件系统。这使得Docker镜像非常轻，比如：你的DB、Nginx和Syslog镜像都可以共享同一个Ubuntu基础，每一个镜像保存的只是在基础之上工作需要的变化

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镜像和容器的本质面目

postgresql的一个镜像

[{
"AppArmorProfile": "",
"Args": [
    "postgres"
],
"Config": {
    "AttachStderr": true,
    "AttachStdin": false,
    "AttachStdout": true,
    "Cmd": [
        "postgres"
    ],
    "CpuShares": ,
    "Cpuset": "",
    "Domainname": "",
    "Entrypoint": [
        "/docker-entrypoint.sh"
    ],
    "Env": [
        "PATH=/usr/lib/postgresql/9.3/bin:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin",
        "LANG=en_US.utf8",
        "PG_MAJOR=9.3",
        "PG_VERSION=9.3.5-1.pgdg70 1",
        "PGDATA=/var/lib/postgresql/data"
    ],
    "ExposedPorts": {
        "5432/tcp": {}
    },
    "Hostname": "6334a2022f21",
    "Image": "postgres",
    "MacAddress": "",
    "Memory": ,
    "MemorySwap": ,
    "NetworkDisabled": false,
    "OnBuild": null,
    "OpenStdin": false,
    "PortSpecs": null,
    "StdinOnce": false,
    "Tty": false,
    "User": "",
    "Volumes": {
        "/var/lib/postgresql/data": {}
    },
    "WorkingDir": ""
},
"Created": "2015-01-03T23:56:12.354896658Z",
"Driver": "devicemapper",
"ExecDriver": "native-0.2",
"HostConfig": {
    "Binds": null,
    "CapAdd": null,
    "CapDrop": null,
    "ContainerIDFile": "",
    "Devices": null,
    "Dns": null,
    "DnsSearch": null,
    "ExtraHosts": null,
    "IpcMode": "",
    "Links": null,
    "LxcConf": null,
    "NetworkMode": "",
    "PortBindings": null,
    "Privileged": false,
    "PublishAllPorts": false,
    "RestartPolicy": {
        "MaximumRetryCount": ,
        "Name": ""
    },
    "SecurityOpt": null,
    "VolumesFrom": [
        "bestwebappever.dev.db-data"
    ]
},
"HostnamePath": "/mnt/docker/containers/6334a2022f213f9534b45df33c64437081a38d50c7f462692b019185b8cbc6da/hostname",
"HostsPath": "/mnt/docker/containers/6334a2022f213f9534b45df33c64437081a38d50c7f462692b019185b8cbc6da/hosts",
"Id": "6334a2022f213f9534b45df33c64437081a38d50c7f462692b019185b8cbc6da",
"Image": "aaab661c1e3e8da2d9fc6872986cbd7b9ec835dcd3886d37722f1133baa3d2db",
"MountLabel": "",
"Name": "/bestwebappever.dev.db",
"NetworkSettings": {
    "Bridge": "docker0",
    "Gateway": "172.17.42.1",
    "IPAddress": "172.17.0.176",
    "IPPrefixLen": ,
    "MacAddress": "02:42:ac:11:00:b0",
    "PortMapping": null,
    "Ports": {
        "5432/tcp": null
    }
},
"Path": "/docker-entrypoint.sh",
"ProcessLabel": "",
"ResolvConfPath": "/mnt/docker/containers/6334a2022f213f9534b45df33c64437081a38d50c7f462692b019185b8cbc6da/resolv.conf",
"State": {
    "Error": "",
    "ExitCode": ,
    "FinishedAt": "0001-01-01T00:00:00Z",
    "OOMKilled": false,
    "Paused": false,
    "Pid": ,
    "Restarting": false,
    "Running": true,
    "StartedAt": "2015-01-03T23:56:42.003405983Z"
},
"Volumes": {
    "/var/lib/postgresql/data": "/mnt/docker/vfs/dir/5ac73c52ca86600a82e61279346dac0cb3e173b067ba9b219ea044023ca67561",
    "postgresql_data": "/mnt/docker/vfs/dir/abace588b890e9f4adb604f633c280b9b5bed7d20285aac9cc81a84a2f556034"
},
"VolumesRW": {
    "/var/lib/postgresql/data": true,
    "postgresql_data": true
}
}
]

bestwebappever的容器

[{
"AppArmorProfile": "",
"Args": [],
"Config": {
    "AttachStderr": true,
    "AttachStdin": false,
    "AttachStdout": true,
    "Cmd": [
        "/sbin/my_init"
    ],
    "CpuShares": ,
    "Cpuset": "",
    "Domainname": "",
    "Entrypoint": null,
    "Env": [
        "DJANGO_CONFIGURATION=Local",
        "HOME=/root",
        "PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin",
        "TALPOR_ENVIRONMENT=local",
        "TALPOR_DIR=/opt/bestwebappever"
    ],
    "ExposedPorts": {
        "80/tcp": {}
    },
    "Hostname": "44a87fdaf870",
    "Image": "talpor/bestwebappever:dev",
    "MacAddress": "",
    "Memory": ,
    "MemorySwap": ,
    "NetworkDisabled": false,
    "OnBuild": null,
    "OpenStdin": false,
    "PortSpecs": null,
    "StdinOnce": false,
    "Tty": false,
    "User": "",
    "Volumes": {
        "/opt/bestwebappever": {}
    },
    "WorkingDir": "/opt/bestwebappever"
},
"Created": "2015-01-03T23:56:15.378511619Z",
"Driver": "devicemapper",
"ExecDriver": "native-0.2",
"HostConfig": {
    "Binds": [
        "/home/german/bestwebappever/:/opt/bestwebappever:rw"
    ],
    "CapAdd": null,
    "CapDrop": null,
    "ContainerIDFile": "",
    "Devices": null,
    "Dns": null,
    "DnsSearch": null,
    "ExtraHosts": null,
    "IpcMode": "",
    "Links": [
        "/bestwebappever.dev.db:/bestwebappever.dev.app/db",
        "/bestwebappever.dev.redis:/bestwebappever.dev.app/redis"
    ],
    "LxcConf": null,
    "NetworkMode": "",
    "PortBindings": {
        "80/tcp": [
            {
                "HostIp": "",
                "HostPort": ""
            }
        ]
    },
    "Privileged": false,
    "PublishAllPorts": false,
    "RestartPolicy": {
        "MaximumRetryCount": ,
        "Name": ""
    },
    "SecurityOpt": null,
    "VolumesFrom": [
        "bestwebappever.dev.requirements-data"
    ]
},
"HostnamePath": "/mnt/docker/containers/44a87fdaf870281e86160e9e844b8987cfefd771448887675fed99460de491c4/hostname",
"HostsPath": "/mnt/docker/containers/44a87fdaf870281e86160e9e844b8987cfefd771448887675fed99460de491c4/hosts",
"Id": "44a87fdaf870281e86160e9e844b8987cfefd771448887675fed99460de491c4",
"Image": "b84804fac17b61fe8f344359285186f1a63cd8c0017930897a078cd09d61bb60",
"MountLabel": "",
"Name": "/bestwebappever.dev.app",
"NetworkSettings": {
    "Bridge": "docker0",
    "Gateway": "172.17.42.1",
    "IPAddress": "172.17.0.179",
    "IPPrefixLen": ,
    "MacAddress": "02:42:ac:11:00:b3",
    "PortMapping": null,
    "Ports": {
        "80/tcp": [
            {
                "HostIp": "0.0.0.0",
                "HostPort": ""
            }
        ]
    }
},
"Path": "/sbin/my_init",
"ProcessLabel": "",
"ResolvConfPath": "/mnt/docker/containers/44a87fdaf870281e86160e9e844b8987cfefd771448887675fed99460de491c4/resolv.conf",
"State": {
    "Error": "",
    "ExitCode": ,
    "FinishedAt": "0001-01-01T00:00:00Z",
    "OOMKilled": false,
    "Paused": false,
    "Pid": ,
    "Restarting": false,
    "Running": true,
    "StartedAt": "2015-01-03T23:56:47.537259546Z"
},
"Volumes": {
    "/opt/bestwebappever": "/home/german/bestwebappever",
    "requirements_data": "/mnt/docker/vfs/dir/bc14bec26ca311d5ed9f2a83eebef872a879c9e2f1d932470e0fd853fe8be336"
},
"VolumesRW": {
    "/opt/bestwebappever": true,
    "requirements_data": true
}
}
]

镜像和容器的本质就是一个json。

镜像指定了从该镜像运行的容器的特性，union装载点保存在哪里，要暴露什么端口等等

当从镜像上创建一个容器，Docker会创建一个空白的union文件系统加载在与该镜像关联的union文件系统之上

镜像是只读的，容器在启动的时候创建一层可写层作为最上层（layer）

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docker 相比 VM 众多的有点造成了 docker 的迅速兴起

首先，Docker 容器的启动可以在秒级实现，这相比传统的虚拟机方式要快得多。 其次，Docker 对系统资源的利用率很高，一台主机上可以同时运行数千个 Docker 容器。

容器除了运行其中应用外，基本不消耗额外的系统资源，使得应用的性能很高，同时系统的开销尽量小。传统虚拟机方式运行 10 个不同的应用就要起 10 个虚拟机，而Docker 只需要启动 10 个隔离的应用即可。

具体说来，Docker 在如下几个方面具有较大的优势。

更快速的交付和部署

对开发和运维（devop）人员来说，最希望的就是一次创建或配置，可以在任意地方正常运行。

开发者可以使用一个标准的镜像来构建一套开发容器，开发完成之后，运维人员可以直接使用这个容器来部署代码。 Docker 可以快速创建容器，快速迭代应用程序，并让整个过程全程可见，使团队中的其他成员更容易理解应用程序是如何创建和工作的。 Docker 容器很轻很快！容器的启动时间是秒级的，大量地节约开发、测试、部署的时间。

更高效的虚拟化

Docker 容器的运行不需要额外的 hypervisor 支持，它是内核级的虚拟化，因此可以实现更高的性能和效率。

更轻松的迁移和扩展

Docker 容器几乎可以在任意的平台上运行，包括物理机、虚拟机、公有云、私有云、个人电脑、服务器等。 这种兼容性可以让用户把一个应用程序从一个平台直接迁移到另外一个。

更简单的管理

使用 Docker，只需要小小的修改，就可以替代以往大量的更新工作。所有的修改都以增量的方式被分发和更新，从而实现自动化并且高效的管理。

对比传统虚拟机总结

特性	容器	虚拟机
启动	秒级	分钟级
硬盘使用	一般为 MB	一般为 GB
性能	接近原生	弱于
系统支持量	单机支持上千个容器	一般几十个

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