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Docker

出于工作的需要，今年才真正开始接触到Docker，买了一些容器相关的书，读了大牛一系列的文章博客，希望深入了解Docker的一些核心概念，Docker运行原理等，并在公司同事的帮助下玩一把容器技术，了解学习Docker最好的方法是阅读文档，本篇主要记录下这个学习过程中积累的一些知识，通过这篇可以了解到Docker相关的基础知识。

容器

在介绍Docker前，先了解一下容器的概念：

容器就是将软件打包成标准化单元，以用于开发、交付和部署。

有了容器，把软件运行所需的所有资源(代码和依赖资源)打包到一个隔离的容器中，多个容器能够在一台机器上运行，并且共享操作系统内核。

什么是Docker

根据官方的定义，Docker是世界领先的软件容器平台。

an open platform to build, ship, and run any app, anywhere

Docker正式发布开源版本是在2013年3月，Docker并不是一项新技术，至今已经走过了5年的历程，最初是 dotCloud 公司创始人 Solomon Hykes 在法国期间发起的一个公司内部项目，dotCloud现已更名为Docker，Docker以 Go 语言进行开发，核心代码托管在 GitHub 平台上,(出于商业化的目的，Docker在2017年已经改名为Moby，具体详见pr#32691)，基于Linux内核的 cgroup，namespace 等技术，Docker对进程进行了封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术，是轻量级的虚拟化技术，与传统的虚拟机比更具优势。Docker容器的特点：

轻量，一台机器上可以运行多个Docker容器，并且共享这台的操作系统内核。
标准化，Docker容器基于开放式标准，能够在所有主流 Linux 版本、Microsoft Windows、VM等平台上运行。
安全，Docker赋予应用的隔离性不仅限于彼此隔离，还独立于底层的基础设施，Docker默认提供最强的隔离，因此如果某个应用出现问题，也只是单个容器的问题，而不会波及到整台机器。

Docker能为我们做什么

从Docker公司的员工Jérôme Petazzoni分享的slideDocker: automation for the rest of us中，很明确地说明了Docker为我们做的事情：

Get a well-defined, reproducible environment。
Define this environment in a Dockerfile。 Build this Dockerfile into a container image。 Run this container image anywhere Same behavior, guaranteed 。

Docker是一个提供能在任何地方构建、发布、运行应用的能力的开放平台。通过 Dockerfile 定义一个可复用的环境，并且利用Dockerfile构建容器的镜像，动态运行同一个Dockerfile编译的镜像能够确保容器行为的一致性，开发过程中需要面对的常见一个问题就是环境的构建，经常听到开发调侃说：我这里能跑起来啊！很多时候开发、测试、线上的环境都存在差异，Docker的镜像提供了初内核外的完整运行所需资源，确保了应用运行环境的一致性，所以也不用担心系统的升级、迁移导致的环境变化而无法正常运行的情况。

虚拟机和Docker容器的区别

虚拟化技术是使用软件的方法重新定义这些资源，传统的虚拟机技术是虚拟一套硬件后，在上面运行一套完整的操作系统，而容器虚拟化的是操作系统，与虚拟机相比，占用的资源较少，并且更容易移植，效率更高。虚拟机的本质是在物理机上模拟一台或多台逻辑计算机设备，这些计算机可以运行不同的操作系统，互不影响物，而如何管理和动态分配物理机的资源(包括CPU、内存等)，需要再补充一下Hypervisor（也叫Virtual Machine Monitor（VMM））相关技术。

Hypervisor 是一种运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层，可允许多个操作系统和应用共享硬件，可以说是虚拟机的宿主也是监工，Hypervisor 又分为裸机型和主机型，通常我们电脑上装的 VirtualBox 或 Vmware 等属于后者。

主机型Hypervisor会构建出一整套虚拟硬件平台，注意硬件二字，这些包括CPU/Memory/Storage等，在这个硬件平台上你需要再去安装所需的OS、应用软件等，这样底层的OS和上层的OS是就完全无关了，例如物理机是Windows虚拟出一套Linux的开发环境，代表的有VMware Workstation, VMware Player, VirtualBox等。

裸机型Hypervisor去掉了底层的操作系统，通过Hypervisor直接调用物理机的硬件设施。代表的有Xen, Oracle VM Server for SPARC, Microsoft Hyper-V and VMware ESX/ESXi等。

Docker背后的思想是创建软件程序可移植的轻量容器，让其可以在任何安装了Docker的机器上运行，而不用关心底层操作系统。从这种对比图可以看出（图片截至Docker官网），在虚拟机架构中，最底层是物理架构层，可以是我们的电脑、或者运行在云服务提供商的vps等，上层安装对应的操作系统，而操作系统类型取决于底层物理环境，在操作系统之上即 hypervisor，该层承载一定数量的虚拟机，例如安装每个虚拟机需要800MB的存储空间，那么意味着底层的物理机需要为虚拟机准备 800 * 3的磁盘空间；在之上是每个应用所需的bin、lib包和环境，例如如果APP1是基于NodoJS的web前端应用，可能需要准备例如git、npm、NodeJS、Nginx等运行环境。

再来看下Docker的架构，底部两层类似于vm，同样需要物理环境、操作系统层，这个host层没有限制，能跑Docker的即可，之上Docker daemon取代了Hypervisor，Docker daemon是一个用于运行在底层OS环境中用于管理任何和Docker相关的服务。在上层类似于vm，相应的lib、bin和我们的App应用，所需的这些会在Dockefile中申明，构建成独立的Docker images镜像， Docker daemon则运行管理这些由images镜像构建生成的容器。

总结一下二者的异同：

Docker 容器并不是轻量的虚拟机，两者有本质上的区别。
在资源隔离上，虚拟机是高度隔离，而 Docker 达不到虚拟机所能提供的资源隔离水平。
你可能需要花很长时间去安装虚拟机准备环境，但是花很短时间运行 Docker 容器（毫秒和分钟的区别）。
在虚拟机架构中，底层OS需要准备额外的资源分配给上层虚拟机，Docker 放弃了虚拟机层的OS，所以 package 会小很多，但并不代表Docker 不存在这个问题，只是没有虚拟机严重罢了，所以更快更轻。
虚拟机需要硬件虚拟化技术支持，所有只能运行在物理机上，Docker 没有硬件虚拟化，可以运行在物理机、虚拟机、甚至 Docker 里面（Docker in Docker）。
Docker 运行于Linux上，但目前已经实现在OS X或Windows上运行Docker。

镜像和容器

Docker 有两个很重要的部分：构建前的叫 image 镜像，构建后的是 container 容器。

Docker 容器使用 cgroup 实现了CPU、内存、文件系统等资源的隔离，那 Docker 没有文件系统怎么运行，其实Docker镜像就是一个特殊的文件系统，镜像文件描述了容器运行所需的初始文件系统，包含所需环境依赖，而镜像是通过 Dockerfile 来构建的，在 Dockerfile 中，每一条指令都会创建一个镜像层，继而会增加整体镜像的大小。所以严格来说，镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件，镜像只是一个虚拟的概念，其实际体现并非由一个文件组成，而是由多层文件系统联合组成，镜像是只读的，创建容器是在镜像上新建可写层，不需要复制整个文件系统，因此可以实现毫秒级的创建。

Docker把整个应用、操作系统、配置打包成一个静态的镜像，这个镜像可以快速得启动、运行、关闭形成一个动态的运行容器，容器可以理解为是镜像运行时的实体。

Dockerfile

通过上面我们可以了解到，镜像的定制实际上就是定制每一层所添加的配置、文件。我们把每一层修改、安装、构建、操作的命令都写入一个脚本，用这个脚本来构建、定制镜像，而这个脚本就是Dockerfile。Dockerfile提供以下指令，指令具体的参数、用法参见文档：

shell
1ADD
2COPY
3ENV
4EXPOSE
5FROM
6LABEL
7STOPSIGNAL
8USER
9VOLUME
10WORKDIR
11MAINTAINER
12RUN
13CMD
14ENTRYPOINT
15ONBUILD

顺带提一下 .dockerignore 文件，.dockerignore 类似于我们日常使用到的 .gitignore 文件一样，用来排除构建镜像时不需要的文件或目录，在Docker CLI将脚本内容发送给Docker daemon前，它会先寻找.dockerignore文件，如果文件存在，CLI会根据.dockerignore将内容进行过滤，避免在使用ADD、COPY时将体积较大、有影响的文件添加进daemon中。

Play With Docker

在开始前，推荐一下非常炫酷的PWD在线实验室上,我在上面简单的实践了一下，Play With Docker(Docker在线实验室) 是一个运行在浏览器中的Docker Playground，无需安装任何环境，就可以在线体验 Docker。进入实验室后点击左侧“增加一个实例”，PWD会帮我们生成一个节点，在面板上会显示当前节点的相关信息：

PWD面板这里有一个session倒计时，在有效的session内，在新的tab页复制当前链接能同时操作当前节点，厉害了：

PWD session

在命令行输入:

shell
1docker run hello-world
2

helloworld Docker daemon会在本地搜索hello-world镜像，没有找到再去远程拉取镜像，并构建容器环境。紧接着我需要在容器中构建Nginx环境，输入：

shell
1docker  run -d -p 8080:80 nginx

同样的Docker下载镜像并且运行容器，-d将容器置于后端运行，-p用于暴露端口，点击上方8080即可访问web应用路径。

helloworld

Docker Hello World

Nodejs 应用

又到了程序员最爱的Hello World环节 😆，这个例子足够的简单：我们使用express监听 80 端口，在浏览器端访问后，node端返回Hello world即可,开始我们的docker之旅：

bash
1mkdir hello-world
2
3cd hello-world
4
5npm init
6

我们只需安装express依赖，创建index.js文件用来启动、监听服务。

bash
1npm i express --save
2
3touch index.js .gitignore Dockerfile .dockerignore
4

在index.js文件中粘贴以下代码并保存文件：

JavaScript
1var express = require('express')
2var app = express()
3var post = 80
4
5// response Hello world in root url
6app.get('/helloworld', function (req, res ) {
7    res.send('Hello world!')
8})
9
10// listen server on port 80
11app.listen(post, function () {
12    console.log('App listensing on: ' + post)
13})
14

创建.gitignore 文件：

shell
1/node_modules
2/dist
3/package-lock.json

加入.dockerignore 文件：

shell
1# git DS_Store etc
2.git
3.svn
4.ipynb_checkpoints/*
5/DOCUMENTS/*
6/notebooks/*
7/unused/*
8Dockerfile
9.DS_Store
10.gitignore
11README.md
12env.*
13/devops/*
14
15# To prevent storing dev/temporary container data
16*.csv
17/tmp/*
18
19# debug
20npm-debug.log

在本地使用 node 运行测试该应用：

bash
1node index.js

Dockerfile文件

我们需要把安装、构建、操作镜像的命令都写入一个脚本，这个脚本就是上面提到的 Dockerfile，Dockerfile命令的使用方法详见文档，这里我稍微注释了每一行命令的作用：

shell
1# Dockerfile for nodejs image
2# MAINTAINER M1seRy <wuxinhua.cn@gmail.com>
3
4# Specify the node base image from docker hub.
5FROM node:6
6
7# Set working dir in the container to /app.
8WORKDIR /app
9
10# Copy package.json to /app directory.
11COPY package.json /app
12
13# install dependencies.
14RUN npm install
15
16# Copy application file.
17COPY . /app
18
19# run our application.
20CMD node index.js
21
22# replace this with your application's default port.
23EXPOSE 80
24

构建镜像

shell
1docker build -t hello-world .

运行容器

使用docker run命令运行该镜像，并且暴露本地的8081端口来访问应用。

shell
1docker run -p 8081:80 -d hello-world

(以上)

参考资料

关于Hypervisor Learn Docker in 12 Minutes 🐳 docker-automation-for-the-rest-of-us
docker-resources Play with Docker GO语言、DOCKER 和新技术

容器
什么是Docker
Docker能为我们做什么
虚拟机和Docker容器的区别
镜像和容器
Dockerfile
Play With Docker
Docker Hello World
Nodejs 应用
Dockerfile文件
构建镜像
运行容器
参考资料