Docker是時(shí)下熱門的容器技術(shù)，相信作為一名開發(fā)人員，你一定聽說過或者使用過，很多人會(huì)把Docker理解為一個(gè)輕量級(jí)虛擬機(jī)，但其實(shí)Docker與虛擬機(jī)(VM)是兩種不同的計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)，也有很多人會(huì)覺得，有了虛擬機(jī)，那為什么還要使用Docker呢？

帶著心里的一點(diǎn)點(diǎn)疑問，讓我們一起來學(xué)習(xí)Docker吧。

沒有虛擬化技術(shù)的原始年代

我們仔細(xì)想想，在沒有計(jì)算虛擬化技術(shù)的“遠(yuǎn)古”年代，如果我們要部署一個(gè)應(yīng)用程序(Application)，一般的步驟是怎么樣的？

第一步肯定是先要準(zhǔn)備一臺(tái)物理服務(wù)器，然后在物理服務(wù)器上安裝一個(gè)操作系統(tǒng)(Operating System)，有了操作系統(tǒng)之后，便在操作系統(tǒng)上安裝運(yùn)行我們的應(yīng)用程序，這個(gè)過程可以用下面的圖來表示：

物理服務(wù)器部署應(yīng)用示意圖

那么，這種方式有什么問題呢？其實(shí)，在物理機(jī)上部署應(yīng)用有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

• 部署非常慢：因?yàn)槲覀兊孟葴?zhǔn)備硬件服務(wù)器，接著還要安裝操作系統(tǒng)，然后再部署應(yīng)用程序，而且應(yīng)用程序還有很多的依賴軟件，所以這個(gè)過程是比較慢的。

• 成本非常高：主要是物理器成本太高，即使是部署一個(gè)簡單的應(yīng)用，也需要一臺(tái)服務(wù)器。

• 資源浪費(fèi)：如果應(yīng)用太簡單，也容易浪費(fèi)硬件資源，比如CPU和內(nèi)存

• 遷移和擴(kuò)展太慢：如果需要遷移應(yīng)用，或者擴(kuò)展應(yīng)用，都要再準(zhǔn)備其他的物理服務(wù)器，過程很麻煩，也很慢。

那么有什么辦法可以解決這些問題呢？答案便是虛擬化技術(shù)。

使用虛擬機(jī)部署應(yīng)用程序的年代

什么是虛擬化技術(shù)

談到計(jì)算機(jī)的虛擬化技術(shù)，我們直接想到的便是虛擬機(jī)，虛擬機(jī)允許我們?cè)谝慌_(tái)物理計(jì)算機(jī)模擬出多臺(tái)機(jī)器,簡單地理解，虛擬化技術(shù)就是在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上，通過中間虛擬軟件層Hypervisor隔離CPU、內(nèi)存等硬件資源，虛擬出多臺(tái)虛擬服務(wù)器，這樣做的話，一臺(tái)物理服務(wù)器便可以安裝多個(gè)應(yīng)用程序，達(dá)到資源利用的最大化，而且多個(gè)應(yīng)用之間相互隔離，如下圖所示：

虛擬機(jī)上部署應(yīng)用示意圖

虛擬機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

• 可以把資源分配到不同的虛擬機(jī)，達(dá)到硬件資源的最大化利用

• 與直接在物理機(jī)上部署應(yīng)用，虛擬更容易擴(kuò)展應(yīng)用。

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

虛擬機(jī)的不足之處

虛擬機(jī)的不足之外來自于對(duì)物理服務(wù)器資源的消耗，當(dāng)我們?cè)谖锢矸?wù)器創(chuàng)建一臺(tái)虛擬機(jī)時(shí)，便需要虛擬出一套硬件并在上面運(yùn)行完整的操作系統(tǒng)，每臺(tái)虛擬機(jī)都占用許多的服務(wù)器資源。

Docker是什么？

相對(duì)于虛擬機(jī)的笨重，Docker則更顯得輕量化，因此不會(huì)占用太多的系統(tǒng)資源。

Docker是使用時(shí)下很火的Golang語言進(jìn)行開發(fā)的，其技術(shù)核心是Linux內(nèi)核的Cgroup,Namespace和AUFS類的Union FS等技術(shù)，這些技術(shù)都是Linux內(nèi)核中早已存在很多年的技術(shù)，所以嚴(yán)格來說并不是一個(gè)完全創(chuàng)新的技術(shù)，Docker通過這些底層的Linux技術(shù)，對(duì)Linux進(jìn)程進(jìn)行封裝隔離，而被隔離的進(jìn)程也被稱為容器，完全獨(dú)立于宿主機(jī)的進(jìn)程。

所以Docker是容器技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)，也是操作系統(tǒng)層面的一種虛擬化，與虛擬機(jī)的通過一套硬件再安裝操作系統(tǒng)完全不同。

Docker容器與系統(tǒng)關(guān)系示意圖

Docker與虛擬機(jī)之間的比較

Docker是在操作系統(tǒng)進(jìn)程層面的隔離，而虛擬機(jī)是在物理資源層面的隔離，兩者完全不同，另外，我們也可以通過下面的一個(gè)比較，了解兩者的根本性差異。

容器與虛擬機(jī)的比較【摘自《Docker-從入門到實(shí)踐》】

從上面的容器與虛擬機(jī)的對(duì)比中，我們明白了容器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

容器解決了開發(fā)與生產(chǎn)環(huán)境的問題

開發(fā)環(huán)境與生產(chǎn)環(huán)境折射的是開發(fā)人員與運(yùn)維人員之間的矛盾，也許我們常常會(huì)聽到開發(fā)人員對(duì)運(yùn)維人員說的這樣一句話：“在我的電腦運(yùn)行沒問題，怎么到了你那里就出問題了，肯定是你的問題”，而運(yùn)維人員是認(rèn)為是開發(fā)人員的問題。

開發(fā)人員需要在本機(jī)安裝各種各樣的測(cè)試環(huán)境，因此開發(fā)的項(xiàng)目需要軟件越多，依賴越多，安裝的環(huán)境也就越復(fù)雜。

同樣的，運(yùn)維人員需要為開發(fā)人員開發(fā)的項(xiàng)目提供生產(chǎn)環(huán)境，而運(yùn)維人員除了應(yīng)對(duì)軟件之間的依賴，還需要考慮安裝軟件與硬件之間的兼容性問題。

就是這樣，所以我們經(jīng)常看到開發(fā)與運(yùn)維相互甩鍋，怎么解決這個(gè)問題呢？

容器就是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案，容器能成為開發(fā)與運(yùn)維之間溝通的語言，因?yàn)槿萜骶拖褚粋€(gè)集裝箱一樣，提供了軟件運(yùn)行的最小化環(huán)境，將應(yīng)用與其需要的環(huán)境一起打包成為鏡像，便可以在開發(fā)與運(yùn)維之間溝通與傳輸。

Docker的版本

Docker分為社區(qū)版(CE)和企業(yè)版(EE)兩個(gè)版本，社區(qū)版本可以免費(fèi)使用，而企業(yè)版則需要付費(fèi)使用，對(duì)于我們個(gè)人開發(fā)者或小企業(yè)來說，一般是使用社區(qū)版的。

Docker CE有三個(gè)更新頻道，分別為stable、test、nightly，stable是穩(wěn)定版本，test是測(cè)試后的預(yù)發(fā)布版本，而nightly則是開發(fā)中準(zhǔn)備在下一個(gè)版本正式發(fā)布的版本，我們可以根據(jù)自己的需求下載安裝。

如何安裝Docker?

好了，通過前面的介紹，我們應(yīng)該對(duì)Docker有了初步的了解，下面開始進(jìn)入Docker的學(xué)習(xí)之旅了。

而學(xué)習(xí)Docker的第一步，從安裝Docker運(yùn)行環(huán)境開始，我們以Docker的社區(qū)版本(CE)安裝為例，

Docker社區(qū)版本提供了Mac OS,Microsoft Windows和Linux(Centos,Ubuntu,Fedora,Debian)等操作系統(tǒng)的安裝包，同時(shí)也支持在云服務(wù)器上的安裝，比如AWS Cloud。

在Windows系統(tǒng)上安裝

Docker Desktop for Windows

Docker為Windows提供了一個(gè)桌面應(yīng)用程序管理的安裝包(Docker Desktop for Windows)，不過對(duì)系統(tǒng)有以下幾點(diǎn)要求：

1. 必須是64位Windows10專業(yè)版，企業(yè)版，教育版，構(gòu)建在15063或更高版本，

2. 在BIOS中啟用虛擬化。通常，默認(rèn)情況下啟用虛擬化。

3. 至少有4GB內(nèi)存。

4. CPU支持SLAT。

如果操作系統(tǒng)滿足上面的要求，則可以直接下載安裝包直接安裝，在安裝成功后，Docker并不會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，需要我們自己啟動(dòng)，我們可以開始菜單中找到Docker，如下圖，單擊啟動(dòng)便可啟動(dòng)。

Docker Toolbox

如果系統(tǒng)達(dá)不到上面的要求，比如說你用的是Windows 7操作系統(tǒng)，這時(shí)候要想使用Docker，便需要借助Docker Toolbox，Docker Toolbox是Docker提供的在比較舊的Mac OS,Windows操作系統(tǒng)上安裝Docker環(huán)境的工具集。

Docker Toolbox包括docker-cli(就是我們?cè)诮K端使用的docker命令行工具)，docker-compose(多容器管理工具),docker-mecahine，VirtualBox(虛擬機(jī))，Kitematic(docker的GUI管理工具)。

本質(zhì)上使用Docker Toolbox安裝Docker環(huán)境，實(shí)際上是在VirtualBox中創(chuàng)建一個(gè)Linux虛擬機(jī)，并在虛擬機(jī)上安裝Docker

另外，在安裝過程中會(huì)開啟Windows的Hyper-V模塊(Windows操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)虛擬化的一種技術(shù))，這里面有個(gè)要注意的點(diǎn)是如果開啟了Hyper-V，則VirtualBox不再生效了。

在Mac OS上安裝

如同Windows操作系統(tǒng)一樣，Docker為Mac OS也一樣提供一個(gè)桌面應(yīng)用程序(Docker Desktop for Mac)，比較簡單，從docker官網(wǎng)上下載Dokcer.dmg安裝，打開Docker.dmg，如下圖所示：

直接拖動(dòng)Docker圖標(biāo)便完成了安裝。

對(duì)于比較老的Mac OS操作系統(tǒng)，也可以像Windows一樣，使用Docker Toolbox，這點(diǎn)可以參考上面的介紹。

在Mac OS上安裝完成之后，在Application中找到Docker圖標(biāo)，雙擊打開便可以啟動(dòng)Docker了，如下：

在Linux上安裝

在Linux操作系統(tǒng)上的安裝，主要以Centos7為例，其他Linux系統(tǒng)的發(fā)行版本，如Ubuntu，Debian，Fedora等，可以自行查詢Docker的官方文檔。

刪除舊的docker版本

可能有些Linux預(yù)先安裝Docker，但一般版本比較舊，所以可以先執(zhí)行以下代碼來刪除舊版本的Docker。

指定安裝版本

使用yum安裝docker

啟動(dòng)docker服務(wù)器

測(cè)試安裝是否成功

通過上面幾種方式安裝了Docker之后，我們可以通過下面的方法來檢測(cè)安裝是否成功。

打印docker版本

拉取鏡像并運(yùn)行容器

運(yùn)行上面的命令之后，如果有如下圖所示的輸出結(jié)果，則說明安裝已經(jīng)成功了。

Docker的基本概念

鏡像(Image)、容器(Container)與倉庫(Repository)，這三個(gè)是docker中最基本也是最核心的概念，對(duì)這三個(gè)概念的掌握與理解，是學(xué)習(xí)docker的關(guān)鍵。

鏡像(Image)

什么是Docker的鏡像？

Docker本質(zhì)上是一個(gè)運(yùn)行在Linux操作系統(tǒng)上的應(yīng)用，而Linux操作系統(tǒng)分為內(nèi)核和用戶空間，無論是Centos還是Ubuntu，都是在啟動(dòng)內(nèi)核之后，通過掛載Root文件系統(tǒng)來提供用戶空間的,而Docker鏡像就是一個(gè)Root文件系統(tǒng)。

Docker鏡像是一個(gè)特殊的文件系統(tǒng)，提供容器運(yùn)行時(shí)所需的程序、庫、資源、配置等文件，另外還包含了一些為運(yùn)行時(shí)準(zhǔn)備的一些配置參數(shù)（如匿名卷、環(huán)境變量、用戶等）。

鏡像是一個(gè)靜態(tài)的概念，不包含任何動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，其內(nèi)容在構(gòu)建之后也不會(huì)被改變。

下面的命令是一些對(duì)鏡像的基本操作，如下：

查看鏡像列表

由于我們前面已經(jīng)拉取了hello-world鏡像，所以會(huì)輸出下面的內(nèi)容：

下面的命令也一樣可以查看本地的鏡像列表，而且寫法更簡潔。

從倉庫拉取鏡像

前面我們已經(jīng)演示過使用docker pull命令拉取了hello-world鏡像了，當(dāng)然使用docker image pull命令也是一樣的。

一般默認(rèn)是從Docker Hub上拉取鏡像的，Docker Hub是Docker官方提供的鏡像倉庫服務(wù)(Docker Registry)，有大量官方或第三方鏡像供我們使用，比如我們可以在命令行中輸入下面的命令直接拉取一個(gè)Centos鏡像：

docker pull命令的完整寫法如下：

拉取一個(gè)鏡像，需要指定Docker Registry的地址和端口號(hào)，默認(rèn)是Docker Hub，還需要指定倉庫名和標(biāo)簽，倉庫名和標(biāo)簽唯一確定一個(gè)鏡像，而標(biāo)簽是可能省略，如果省略，則默認(rèn)使用latest作為標(biāo)簽名，另外，倉庫名則由作者名和軟件名組成。

那么，我們上面使用centos，那是因?yàn)槭÷宰髡呙?，則作者名library,表示Docker官方的鏡像，所以上面的命令等同于：

因此，如果拉取非官方的第三方鏡像，則需要指定完整倉庫名，如下：

運(yùn)行鏡像

使用docker run命令，可以通過鏡像創(chuàng)建一個(gè)容器，如下：

刪除鏡像

當(dāng)本地有些鏡像我們不需要時(shí)，那我們也可以刪除該鏡像，以節(jié)省存儲(chǔ)空間，不過要注意，如果有使用該鏡像創(chuàng)建的容器未刪除，則不允許刪除鏡像。

刪除鏡像的快捷命令：

好了，關(guān)于Docker鏡像的相關(guān)知識(shí)，我們就簡單地介紹到這里，有機(jī)會(huì)的話，我們單獨(dú)寫一篇文章來談?wù)?，特別構(gòu)建Docker鏡像部分的相關(guān)知識(shí)，有必要深入再學(xué)習(xí)一下。

容器(Container)

Docker的鏡像是用于生成容器的模板，鏡像分層的，鏡像與容器的關(guān)系，就是面向?qū)ο缶幊讨蓄惻c對(duì)象的關(guān)系，我們定好每一個(gè)類，然后使用類創(chuàng)建對(duì)象，對(duì)應(yīng)到Docker的使用上，則是構(gòu)建好每一個(gè)鏡像，然后使用鏡像創(chuàng)建我們需要的容器。

啟動(dòng)和停止容器

啟動(dòng)容器有兩種方式，一種是我們前面已經(jīng)介紹過的，使用docker run命令通過鏡像創(chuàng)建一個(gè)全新的容器，如下：

另外一種啟動(dòng)容器的方式就是啟動(dòng)一個(gè)已經(jīng)停止運(yùn)行的容器：

要停止正在運(yùn)行的容器可以使用docker container stop或docker stop命令，如下：

查看所有容器

如果要查看本地所有的容器，可以使用docker container ls命令：

查看所有容器也有簡潔的寫法，如下：

刪除容器

我們也可以使用docker container rm命令，或簡潔的寫法docker rm命令來刪除容器，不過不允許刪除正在運(yùn)行的容器，因此如果要?jiǎng)h除的話，就必須先停止容器，

當(dāng)我們需要批量刪除所有容器，可以用下面的命令：

進(jìn)入容器

倉庫(Repository)

在前面的例子中，我們使用兩種方式構(gòu)建鏡像，構(gòu)建完成之后，可以在本地運(yùn)行鏡像，生成容器，但如果在更多的服務(wù)器運(yùn)行鏡像呢？很明顯，這時(shí)候我們需要一個(gè)可以讓我們集中存儲(chǔ)和分發(fā)鏡像的服務(wù)，就像Github可以讓我們自己存儲(chǔ)和分發(fā)代碼一樣。

Docker Hub就是Docker提供用于存儲(chǔ)和分布鏡像的官方Docker Registry，也是默認(rèn)的Registry，其網(wǎng)址為https://hub.，前面我們使用docker pull命令便從Docker Hub上拉取鏡像。

Docker Hub有很多官方或其他開發(fā)提供的高質(zhì)量鏡像供我們使用，當(dāng)然，如果要將我們自己構(gòu)建的鏡像上傳到Docker Hub上，我們需要在Docker Hub上注冊(cè)一個(gè)賬號(hào)，然后把自己在本地構(gòu)建的鏡像發(fā)送到Docker Hub的倉庫當(dāng)中，Docker Registry包含很多個(gè)倉庫，每個(gè)倉庫對(duì)應(yīng)多個(gè)標(biāo)簽，不同標(biāo)簽對(duì)應(yīng)一個(gè)軟件的不同版本。

Docker的組成與架構(gòu)

在安裝好并啟動(dòng)了Docker之后，我們可以使用在命令行中使用docker命令操作docker，比如我們使用如下命令打印docker的版本信息。

其結(jié)果如下：

從上面的圖中，我們看到打出了兩個(gè)部分的信息：Client和Server。

這是因?yàn)?code>Docker跟大部分服務(wù)端軟件一樣(如MySQL)，都是使用C/S的架構(gòu)模型，也就是通過客戶端調(diào)用服務(wù)器，只是我們現(xiàn)在剛好服務(wù)端和客戶端都在同一臺(tái)機(jī)器上而已。

因此，我們可以使用下面的圖來表示Docker的架構(gòu)，DOCKER_HOST是Docker server，而Clinet便是我們?cè)诿钪惺褂?code>docker命令。

Docker Engine

docker server為客戶端提供了容器、鏡像、數(shù)據(jù)卷、網(wǎng)絡(luò)管理等功能，其實(shí)，這些功能都是由Docker Engine來實(shí)現(xiàn)的。

1. dockerd:服務(wù)器守護(hù)進(jìn)程。

2. Client docker Cli：命令行接口

3. REST API：除了cli命令行接口，也可以通過REST API調(diào)用docker

下面是Docker Engine的示例圖：

小結(jié)

作為一名開發(fā)人員，在學(xué)習(xí)或開發(fā)過程中，總需要安裝各種各樣的開發(fā)環(huán)境，另外，一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)在開發(fā)項(xiàng)目的過程，也常常需要統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境，這樣可能避免環(huán)境不一致引發(fā)的一些問題。

雖然使用虛擬機(jī)可以解決上面的問題，但虛擬機(jī)太重，對(duì)宿主機(jī)資源消耗太大，而作為輕量級(jí)容器技術(shù)，Docker可以簡單輕松地解決上述問題，讓開發(fā)環(huán)境的安裝以及應(yīng)用的部署變得非常簡單，而且使用Docker，比在虛擬機(jī)安裝操作系統(tǒng)，要簡單得多。