什么是Docker容器？

为什么需要Docker容器？

虚拟机（Virtual Machine，简称VM）的发展，减轻了企业对硬件资源的依赖，它将一台物理设备虚拟为多个逻辑设备，每个逻辑设备可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高设备的工作效率。然而，传统VM需要安装操作系统才能执行应用程序，占用系统资源过多。多数情况下，用户只需要运行简单的应用程序，采用VM技术操作繁琐且造成资源浪费。倘若需要迁移应用服务程序，则需迁移整个VM，因此企业迫切需要轻量级的虚拟化技术。

容器，就是一种轻量级的虚拟化技术，目的和虚拟机一样，都是为了创造“隔离环境”。但是它不像VM采用操作系统级的资源隔离，容器采用的是进程级的系统隔离。Docker作为创建容器的主流工具，近年来迅速发展，它的优势在于可以让开发者将企业需要的各种应用及应用依赖文件封装在Docker镜像文件中，然后在任何物理设备（Linux设备或Window设备等）上安装运行实现虚拟化，让应用程序彻底脱离底层设备，可以在物理机之间灵活迁移部署，使运维工程师摆脱了繁琐的环境部署，极大的提高了工作效率，同时减少了部署过程中的潜在风险。

Docker容器具有以下三大特点：

• 轻量化：一台主机上运行的多个Docker容器可以共享主机操作系统内核；启动迅速，只需占用很少的计算和内存资源。
• 标准开放：Docker容器基于开放式标准，能够在所有主流Linux版本、Microsoft Windows以及包括VM、裸机服务器和云在内的任何基础设施上运行。
• 安全可靠：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，因此应用出现问题，也只是单个容器的问题，而不会波及到整台主机。

Docker容器 VS VM

Docker容器和传统VM技术，在技术实现上有所不同。下图显示的是VM与Docker容器的逻辑组成：

• VM：使用Hypervisor提供虚拟机的运行平台，管理每个VM中操作系统的运行。每个VM都要有自己的操作系统、应用程序和必要的依赖文件等。
• Docker容器：使用Docker引擎进行调度和隔离，提高了资源利用率，在相同硬件能力下可以运行更多的容器实例；每个容器拥有自己的隔离化用户空间。

相较于VM，Docker容器作为一种轻量级的虚拟化方式，在应用方面具有以下显著优势：

• Docker容器可以在秒级时间内快速启动和停止，相较传统虚拟机显著提升。
• Docker容器对系统资源要求低，数千个Docker容器可同时运行在同一个主机上。
• Docker容器通过类似Git的操作来方便用户获取和更新应用镜像。
• Docker容器通过Dockerfile配置文件实现自动化创建和灵活部署，提高工作效率。
• Docker容器除了运行其中的应用之外，基本不消耗额外的系统资源，保证应用性能的同时，尽量减小系统开销。

下图可直观了解Docker容器与传统VM方式的区别：

Docker容器是如何工作的？

Docker的三大组成要素：

• 镜像：Docker镜像是一个特殊的文件系统，除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外，还包含了一些为运行时准备的配置参数。 镜像不包含任何动态数据，其内容在构建之后也不会被改变。镜像可以用来创建Docker容器，用户可以使用设备上已有的镜像来安装多个相同的Docker容器。
• 容器：镜像创建的运行实例，Docker利用容器来运行应用。每个容器都是相互隔离的、保证安全的平台。我们可以把容器看做是一个轻量级的Linux运行环境。
• 镜像仓库：集中存放镜像文件的地方。用户创建完镜像后，可以将其上传到公共仓库或者私有仓库，需要在另一台主机上使用该镜像时，只需要从仓库上下载即可。

Docker容器的运行逻辑如下图所示，Docker使用客户端/服务器 (C/S) 架构模式，Docker守护进程（Docker daemon）作为Server端接收Docker客户端的请求，并负责创建、运行和分发Docker容器。Docker守护进程一般在Docker主机后台运行，用户使用Docker客户端直接跟Docker守护进程进行信息交互。

其中：

• Docker客户端：用于和Docker守护进程（Docker Daemon）建立通信的客户端。Docker客户端只需要向Docker服务器或者守护进程发出请求（Docker构建、Docker拉取和Docker启动等指令），服务器或者守护进程将完成所有工作并返回结果。
  • 如橙色流程所示，执行Docker构建指令会根据Docker文件构建一个镜像存放于本地Docker主机。
  • 如蓝色流程所示，执行Docker拉取指令会从云端镜像仓库拉取镜像至本地Docker主机或将本地镜像推送至远端镜像仓库。
  • 如黑色流程所示，执行Docker启动指令会将镜像安装至容器并启动容器。
• Docker主机：一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker守护进程和容器。
• Docker守护进程：接收并处理Docker客户端发送的请求，监测Docker API的请求和管理Docker对象，比如镜像、容器、网络和数据卷。

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