容器技術(shù)的起源

假設(shè)你們公司正在秘密研發(fā)下一個“今日頭條”APP，我們姑且稱為明日頭條，程序員自己從頭到尾搭建了一套環(huán)境開始寫代碼，寫完代碼后程序員要把代碼交給測試同學(xué)測試，這時測試同學(xué)開始從頭到尾搭建這套環(huán)境，測試過程中出現(xiàn)問題程序員也不用擔(dān)心，大可以一臉無辜的撒嬌，“明明在人家的環(huán)境上可以運行的”。

測試同學(xué)測完后終于可以上線了，這時運維同學(xué)又要重新從頭到尾搭建這套環(huán)境，費了九牛二虎之力搭建好環(huán)境開始上線，糟糕，上線系統(tǒng)就崩潰了，這時心理素質(zhì)好的程序員又可以施展演技了，“明明在人家的環(huán)境上可以運行的”。

從整個過程可以看到，不但我們重復(fù)搭建了三套環(huán)境還要迫使程序員轉(zhuǎn)行演員浪費表演才華，典型的浪費時間和效率，聰明的程序員是永遠不會滿足現(xiàn)狀的，因此又到了程序員改變世界的時候了，容器技術(shù)應(yīng)運而生。

有的同學(xué)可能會說：“等等，先別改變世界，我們有虛擬機啊，VMware好用的飛起，先搭好一套虛擬機環(huán)境然后給測試和運維clone出來不就可以了嗎?”

在沒有容器技術(shù)之前，這確實是一個好辦法，只不過這個辦法還沒有那么好。

先科普一下，現(xiàn)在云計算其底層的基石就是虛擬機技術(shù)，云計算廠商買回來一堆硬件搭建好數(shù)據(jù)中心后使用虛擬機技術(shù)就可以將硬件資源進行切分了，比如可以切分出100臺虛擬機，這樣就可以賣給很多用戶了。

你可能會想這個辦法為什么不好呢?

容器技術(shù) vs 虛擬機

我們知道和一個單純的應(yīng)用程序相比，操作系統(tǒng)是一個很重而且很笨的程序，簡稱笨重，有多笨重呢?

我們知道操作系統(tǒng)運行起來是需要占用很多資源的，大家對此肯定深有體會，剛裝好的系統(tǒng)還什么都沒有部署，單純的操作系統(tǒng)其磁盤占用至少幾十G起步，內(nèi)存要幾個G起步。

假設(shè)我有一臺機器，16G內(nèi)存，需要部署三個應(yīng)用，那么使用虛擬機技術(shù)可以這樣劃分：

在這臺機器上開啟三個虛擬機，每個虛擬機上部署一個應(yīng)用，其中VM1占用2G內(nèi)存，VM2占用1G內(nèi)存，VM3占用了4G內(nèi)存。

我們可以看到虛擬本身就占據(jù)了總共7G內(nèi)存，因此我們沒有辦法劃分出更過虛擬機從而部署更多的應(yīng)用程序，可是我們部署的是應(yīng)用程序，要用的也是應(yīng)用程序而不是操作系統(tǒng)。

如果有一種技術(shù)可以讓我們避免把內(nèi)存浪費在“無用”的操作系統(tǒng)上豈不是太香?這是問題一，主要原因在于操作系統(tǒng)太重了。

還有另一個問題，那就是啟動時間問題，我們知道操作系統(tǒng)重啟是非常慢的，因為操作系統(tǒng)要從頭到尾把該檢測的都檢測了該加載的都加載上，這個過程非常緩慢，動輒數(shù)分鐘，因此操作系統(tǒng)還是太笨了。

那么有沒有一種技術(shù)可以讓我們獲得虛擬機的好處又能克服這些缺點從而一舉實現(xiàn)魚和熊掌的兼得呢?

答案是肯定的，這就是容器技術(shù)。

什么是容器

容器一詞的英文是container，其實container還有集裝箱的意思，集裝箱絕對是商業(yè)史上了不起的一項發(fā)明，大大降低了海洋貿(mào)易運輸成本。讓我們來看看集裝箱的好處：

• 集裝箱之間相互隔離
• 長期反復(fù)使用
• 快速裝載和卸載
• 規(guī)格標準，在港口和船上都可以擺放

回到軟件中的容器，其實容器和集裝箱在概念上是很相似的。

現(xiàn)代軟件開發(fā)的一大目的就是隔離，應(yīng)用程序在運行時相互獨立互不干擾，這種隔離實現(xiàn)起來是很不容易的，其中一種解決方案就是上面提到的虛擬機技術(shù)，通過將應(yīng)用程序部署在不同的虛擬機中從而實現(xiàn)隔離。

但是虛擬機技術(shù)有上述提到的各種缺點，那么容器技術(shù)又怎么樣呢?

與虛擬機通過操作系統(tǒng)實現(xiàn)隔離不同，容器技術(shù)只隔離應(yīng)用程序的運行時環(huán)境但容器之間可以共享同一個操作系統(tǒng)，這里的運行時環(huán)境指的是程序運行依賴的各種庫以及配置。

從圖中我們可以看到容器更加的輕量級且占用的資源更少，與操作系統(tǒng)動輒幾G的內(nèi)存占用相比，容器技術(shù)只需數(shù)M空間，因此我們可以在同樣規(guī)格的硬件上大量部署容器，這是虛擬機所不能比擬的，而且不同于操作系統(tǒng)數(shù)分鐘的啟動時間容器幾乎瞬時啟動，容器技術(shù)為打包服務(wù)棧提供了一種更加高效的方式，So cool。

那么我們該怎么使用容器呢?這就要講到docker了。

注意，容器是一種通用技術(shù)，docker只是其中的一種實現(xiàn)。

什么是docker

docker是一個用Go語言實現(xiàn)的開源項目，可以讓我們方便的創(chuàng)建和使用容器，docker將程序以及程序所有的依賴都打包到docker container，這樣你的程序可以在任何環(huán)境都會有一致的表現(xiàn)，這里程序運行的依賴也就是容器就好比集裝箱，容器所處的操作系統(tǒng)環(huán)境就好比貨船或港口，程序的表現(xiàn)只和集裝箱有關(guān)系(容器)，和集裝箱放在哪個貨船或者哪個港口(操作系統(tǒng))沒有關(guān)系。

因此我們可以看到docker可以屏蔽環(huán)境差異，也就是說，只要你的程序打包到了docker中，那么無論運行在什么環(huán)境下程序的行為都是一致的，程序員再也無法施展表演才華了，不會再有“在我的環(huán)境上可以運行”，真正實現(xiàn)“build once, run everywhere”。

此外docker的另一個好處就是快速部署，這是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)公司最常見的一個應(yīng)用場景，一個原因在于容器啟動速度非?？?，另一個原因在于只要確保一個容器中的程序正確運行，那么你就能確信無論在生產(chǎn)環(huán)境部署多少都能正確運行。

如何使用docker

docker中有這樣幾個概念：

• dockerfile
• image
• container

實際上你可以簡單的把image理解為可執(zhí)行程序，container就是運行起來的進程。

那么寫程序需要源代碼，那么“寫”image就需要dockerfile，dockerfile就是image的源代碼，docker就是"編譯器"。

因此我們只需要在dockerfile中指定需要哪些程序、依賴什么樣的配置，之后把dockerfile交給“編譯器”docker進行“編譯”，也就是docker build命令，生成的可執(zhí)行程序就是image，之后就可以運行這個image了，這就是docker run命令，image運行起來后就是docker container。

具體的使用方法就不再這里贅述了，大家可以參考docker的官方文檔，那里有詳細的講解。

docker是如何工作的

實際上docker使用了常見的CS架構(gòu)，也就是client-server模式，docker client負責(zé)處理用戶輸入的各種命令，比如docker build、docker run，真正工作的其實是server，也就是docker demon，值得注意的是，docker client和docker demon可以運行在同一臺機器上。

接下來我們用幾個命令來講解一下docker的工作流程：

1，docker build

當(dāng)我們寫完dockerfile交給docker“編譯”時使用這個命令，那么client在接收到請求后轉(zhuǎn)發(fā)給docker daemon，接著docker daemon根據(jù)dockerfile創(chuàng)建出“可執(zhí)行程序”image。

2，docker run

有了“可執(zhí)行程序”image后就可以運行程序了，接下來使用命令docker run，docker daemon接收到該命令后找到具體的image，然后加載到內(nèi)存開始執(zhí)行，image執(zhí)行起來就是所謂的container。

3，docker pull

其實docker build和docker run是兩個最核心的命令，會用這兩個命令基本上docker就可以用起來了，剩下的就是一些補充。

那么docker pull是什么意思呢?

我們之前說過，docker中image的概念就類似于“可執(zhí)行程序”，我們可以從哪里下載到別人寫好的應(yīng)用程序呢?很簡單，那就是APP Store，即應(yīng)用商店。與之類似，既然image也是一種“可執(zhí)行程序”，那么有沒有"Docker Image Store"呢?答案是肯定的，這就是Docker Hub，docker官方的“應(yīng)用商店”，你可以在這里下載到別人編寫好的image，這樣你就不用自己編寫dockerfile了。

docker registry 可以用來存放各種image，公共的可以供任何人下載image的倉庫就是docker Hub。那么該怎么從Docker Hub中下載image呢，就是這里的docker pull命令了。

因此，這個命令的實現(xiàn)也很簡單，那就是用戶通過docker client發(fā)送命令，docker daemon接收到命令后向docker registry發(fā)送image下載請求，下載后存放在本地，這樣我們就可以使用image了。

最后，讓我們來看一下docker的底層實現(xiàn)。

docker的底層實現(xiàn)

docker基于Linux內(nèi)核提供這樣幾項功能實現(xiàn)的：

• NameSpace

我們知道Linux中的PID、IPC、網(wǎng)絡(luò)等資源是全局的，而NameSpace機制是一種資源隔離方案，在該機制下這些資源就不再是全局的了，而是屬于某個特定的NameSpace，各個NameSpace下的資源互不干擾，這就使得每個NameSpace看上去就像一個獨立的操作系統(tǒng)一樣，但是只有NameSpace是不夠。

• Control groups

雖然有了NameSpace技術(shù)可以實現(xiàn)資源隔離，但進程還是可以不受控的訪問系統(tǒng)資源，比如CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)等，為了控制容器中進程對資源的訪問，Docker采用control groups技術(shù)(也就是cgroup)，有了cgroup就可以控制容器中進程對系統(tǒng)資源的消耗了，比如你可以限制某個容器使用內(nèi)存的上限、可以在哪些CPU上運行等等。

有了這兩項技術(shù)，容器看起來就真的像是獨立的操作系統(tǒng)了。

總結(jié)

docker是目前非常流行的技術(shù)，很多公司都在生產(chǎn)環(huán)境中使用，但是docker依賴的底層技術(shù)實際上很早就已經(jīng)出現(xiàn)了，現(xiàn)在以docker的形式重新煥發(fā)活力，并且能很好的解決面臨的問題，希望本文能對大家理解docker有所幫助。