Docker 入门介绍

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什么是Docker?

docker的英文本意是码头工人,也就是搬运工,这种搬运工搬运的是集装箱(Container),集装箱里面装的可不是商品货物,而是任意类型的App,Docker把App(叫Payload)装在Container内,通过Linux Container技术的包装将App变成一种标准化的、可移植的、自管理的组件,这种组件可以在你的latop上开发、调试、运行,最终非常方便和一致地运行在production环境下。

Docker的核心底层技术是LXC(Linux Container),Docker在其上面加了薄薄的一层,添加了许多有用的功能。这篇stackoverflow上的问题和答案很好地诠释了Docker和LXC的区别,能够让你更好的了解什么是Docker, 简单翻译下就是以下几点:

  • Docker提供了一种可移植的配置标准化机制,允许你一致性地在不同的机器上运行同一个Container;而LXC本身可能因为不同机器的不同配置而无法方便地移植运行;
  • Docker以App为中心,为应用的部署做了很多优化,而LXC的帮助脚本主要是聚焦于如何机器启动地更快和耗更少的内存;
  • Docker为App提供了一种自动化构建机制(Dockerfile),包括打包,基础设施依赖管理和安装等等;
  • Docker提供了一种类似git的Container版本化的机制,允许你对你创建过的容器进行版本管理,依靠这种机制,你还可以下载别人创建的Container,甚至像git那样进行合并;
  • Docker Container是可重用的,依赖于版本化机制,你很容易重用别人的Container(叫Image),作为基础版本进行扩展;
  • Docker Container是可共享的,有点类似github一样,Docker有自己的INDEX,你可以创建自己的Docker用户并上传和下载Docker Image;
  • Docker提供了很多的工具链,形成了一个生态系统;这些工具的目标是自动化、个性化和集成化,包括对PAAS平台的支持等;

那么Docker有什么用呢?对于运维来说,Docker提供了一种可移植的标准化部署过程,使得规模化、自动化、异构化的部署成为可能甚至是轻松简单的事情;而对于开发者来说,Docker提供了一种开发环境的管理方法,包括映像、构建、共享等功能。

Docker vs. VM

从下图可以看出,VM是一个运行在宿主机之上的完整的操作系统,VM运行自身操作系统会占用较多的CPU、内存、硬盘资源。Docker不同于VM,只包含应用程序以及依赖库,基于libcontainer运行在宿主机上,并处于一个隔离的环境中,这使得Docker更加轻量高效,启动容器只需几秒钟之内完成。由于Docker轻量、资源占用少,使得Docker可以轻易的应用到构建标准化的应用中。但Docker目前还不够完善,比如隔离效果不如VM,共享宿主机操作系统的一些基础库等;网络配置功能相对简单,主要以桥接方式为主;查看日志也不够方便灵活。

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另外,IBM发表了一篇关于虚拟机和Linux container性能对比的论文,论文中实际测试了虚拟机和Linux container在CPU、内存、存储IO以及网络的负载情况,结果显示Docker容器本身几乎没有什么开销,但是使用AUFS会一定的性能损耗,不如使用Docker Volume,Docker的NAT在较高网络数据传输中会引入较大的工作负载,带来额外的开销。不过container的性能与native相差不多,各方面的性能都一般等于或者优于虚拟机。Container和虚拟机在IO密集的应用中都需要调整优化以更好的支持IO操作,两者在IO密集型的应用中都应该谨慎使用。

Docker组件

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Docker是CS架构,主要由下面三部分组成:

  • Docker daemon: 运行在宿主机上,Docker守护进程,用户通过Docker client(Docker命令)与Docker daemon交互
  • Docker client: Docker 命令行工具,是用户使用Docker的主要方式,Docker client与Docker daemon通信并将结果返回给用户,Docker client也可以通过socket或者RESTful api访问远程的Docker daemon
  • Docker hub/registry: 共享和管理Docker镜像,用户可以上传或者下载上面的镜像,官方地址为https://registry.hub.docker.com/,也可以搭建自己私有的Docker registry

了解了Docker的组成,再来了解一下Docker的两个主要概念:

  • Docker image:镜像是只读的,镜像中包含有需要运行的文件。镜像用来创建container,一个镜像可以运行多个container;镜像可以通过Dockerfile创建,也可以从Docker hub/registry上下载。
  • Docker container:容器是Docker的运行组件,启动一个镜像就是一个容器,容器是一个隔离环境,多个容器之间不会相互影响,保证容器中的程序运行在一个相对安全的环境中。

Docker网络

Docker的网络功能相对简单,没有过多复杂的配置,Docker默认使用birdge桥接方式与容器通信,启动Docker后,宿主机上会产生docker0这样一个虚拟网络接口, docker0不是一个普通的网络接口, 它是一个虚拟的以太网桥,可以为绑定到docker0上面的网络接口自动转发数据包,这样可以使容器与宿主机之间相互通信。每次Docker创建一个容器,会产生一对虚拟接口,在宿主机上执行ifconfig,会发现多了一个类似veth****这样的网络接口,它会绑定到docker0上,由于所有容器都绑定到docker0上,容器之间也就可以通信。

在宿主机上执行ifconfig,会看到docker0这个网络接口, 启动一个container,再次执行ifconfig, 会有一个类似veth****的interface,每个container的缺省路由是宿主机上docker0的ip,在container中执行netstat -r可以看到如下图所示内容:

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容器中的默认网关跟docker0的地址是一样的:

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当容器退出之后,veth*虚拟接口也会被销毁。

除bridge方式,Docker还支持host、container、none三种网络通信方式,使用其它通信方式,只要在Docker启动时,指定--net参数即可,比如:

host方式可以让容器无需创建自己的网络协议栈,而直接访问宿主机的网络接口,在容器中执行ip addr会发现与宿主机的网络配置是一样的,host方式让容器直接使用宿主机的网络接口,传输数据的效率会更加高效,避免bridge方式带来的额外开销,但是这种方式也可以让容器访问宿主机的D-bus等网络服务,可能会带来意想不到的安全问题,应谨慎使用host方式;container方式可以让容器共享一个已经存在容易的网络配置; none方式不会对容器的网络做任务配置,需要用户自己去定制。

Docker生态

随着Docker迅速火遍全球, 以Docker为基础的生态系统也迅速的发展起来,从以部署和运行container为基础的CoreOS到各种各样的管理工具和PaaS软件,Docker以及生态产品都在迅猛发展,以下介绍几个代表性的软件。

首先介绍CoreOS,它的出现极大地推动了Docker技术的推广和发展,CoreOS是专门为大规模服务部署而设计的一种新的Linux发行版,通过运行轻量级的容器方便扩展和维护大规模的服务。它具有以下特点:

  1. CoreOS使用container管理服务(容器即服务),即以容器的角度去管理服务,服务的代码和依赖都打包到容器里,打包后的容器直接在CoreOS上运行管理。通过容器用户不再需要关注虚拟机环境等,极大地降低了服务和系统环境的耦合性。另外部署在CoreOS的多个容器都运行在各自独立的环境中,不会相互影响。
  2. CoreOS专门为cluster等大规模部署而设计,提供了Etcd进行服务发现,以及Fleet管理容器保证服务可用。
  3. CoreOS更加精简,比如RAM使用比普通Linux低40%。
  4. CoreOS采用双分区模式(Dual-Partition),主分区为主动模式,负责系统运行,被动模式分区负责系统更新,更新时将整个CoreOS系统下载下来。

CoreOS是为集群服务而设计的,提供了Etcd、Fleet等管理工具管理容器和服务。Etcd是一种类似Zookeeper的分布式key/value存储服务,用于服务发现和配置管理。Fleet是容器管理工具,保证服务的可用性,当某个机器的服务不可用时,Fleet会将服务迁移到其它机器上运行。

Docker生态中还有一个非常重要的容器管理工具--Kubernetes,它是Google开源的用于在集群环境中管理、维护、自动扩展容器,通过Kubernetes可以很方便地在多个机器上管理和部署容器服务。现在已经得到IBM、Microsoft、RedHat等多个大公司的支持。

在Kubernetes中pod是一个基本单元,一个pod可以是提供相同功能的多个container,这些容器会被部署在同一个minion上。Replication controller定义了多个pod或者容器需要运行,如果当前集群中运行的pod或容器达不到配置的数量,replication controller会调度容器在多个minion上运行,保证集群中的pod数量。service则定义真实对外提供的服务,一个service会对应后端运行的多个container。Kubernetes的架构由一个master和多个minion组成,master通过api提供服务,接受kubectl的请求来调度管理整个集群。minion是运行Kubelet的机器,它接受master的指令创建pod或者容器。

最后介绍一下基于Docker实现的PaaS软件,Docker PaaS软件中以Deis和Flynn最为知名。Deis是基于Docker和CoreOS实现的轻量级的PaaS,受到Heroku的启发,遵循“十二要素”构建应用方法。Deis是以应用程序为中心设计的,分为build、release、run三个阶段,用户执行"git push"后,Deis使用Docker 容器编译并将编译结果保存在Docker镜像;发布阶段,一次build和配置文件产生一个数字标识的发布镜像,将发布镜像保存到Docker registry中以供后续发布到线上运行;运行阶段应用镜像会被调度到主机上运行,并更新相应的路由。Flynn与Deis类似,也是以应用为中心,Flynn组件分为两层,layer0是底层资源的抽象,主要负责资源调度以及服务发现等,为上层应用容器的运行提供底层资源调度支持;layer1处理具体应用,通过Docker容器编译、部署和维护上层应用程序。

参考

  1. https://docs.docker.com/articles/
  2. http://tech.meituan.com/docker_introduction.html
  3. http://tech.uc.cn/?p=2726
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发布日期:2015年10月01日  所属分类:Linux
标签:
teakki

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  1. SmileSky 5

    zz