容器技术Docker （一文彻底搞懂Docker ）

分类：IT知识时间：2023-06-03 07:31:02

提起 Docker，很多软件工程师都会认为那是运维工程师需要掌握的技能。殊不知互联网日益内卷，极限环境下如何脱颖而出——成为佼佼者，这才是值得思考的问题。因此，我们不要局限在特定领域的“一亩三分地”，掌握“应用全生命周期”的各个环节，才是万全之策。当“领域深耕+边界扩宽”逐渐成为一种趋势，T 型人才将会立于不败之地，这就是所谓的底层逻辑。

而 Docker 技术就是这样一种神奇的存在：懂，万物皆可容器化；不懂，则重复“搬砖”，繁忙而不自知。

因此，作为软件工程师，不妨提高自身壁垒，储备一些 Docker 技术知识体系以备不时之需。

值得关注的是，Docker 一词的“谷歌趋势”稳定在 75 分以上（热度最高的字词得 100 分），可以看出来近一年 Docker 技术的热度“有增无减”。

本文将围绕以下三点展开：

1.Docker 能做什么

2.Docker 技术体系

? Docker 架构

? Docker 周边生态

? 理论实践相结合

3.如何快速掌握

? Docker 学习体系

? 书籍推荐

? 其他

言归正传，开篇我们先来讲一讲 Docker 技术体系，“扩宽边界”从场景出发。

Docker 能做什么

开始之前，先来盘一下日常的开发中什么情况会接触到 Docker 技术。

（1）固化配置，提高效率

Docker 提供了一个通用配置文件。在初次配置成功后，研发人员可以将配置文件固化，之后碰到相同的配置需求，直接复制即可使用。

随着应用逐渐增多，研发人员只需维护好与之对应的 Docker 配置文件即可，而这个配置文件则存储了Docker 运行、启动、部署的命令。

（2）自动化CI/CD流程

Docker 提供了一组应用打包构建、传输及部署的方法，以便于用户能够轻而易举地在容器内运行任何应用。Docker 还提供了跨越这些异构环境以满足一致性的微环境——从开发到部署、再到流畅发布。

以上这些只是Docker的基本能力，除此之外，它最强大的地方是：可以和Jenkins、GitLab 等串联起来，融入项目开发的CI/CD（持续集成与持续发布）流程中，让一键部署成为可能。

（3）DevOps节点运行能力

在传统软件开发过程中，开发和运维是两个极其割裂的环节。对于互联网公司而言，其业务高速发展，需要通过“小步快跑”的方式进行敏捷开发，以此来满足用户差异化的需求、应对竞争对手的产品策略。因此，在极端情况下，如：每周发布多次甚至每天发布多次的场景，高效的团队协作就显得尤为重要。

DevOps 在这种场景下应运而生，它打破了开发人员和运维人员之间的壁垒，通过“节点服务”组成工作流，串联项目完整生命周期，涵盖了研发、构建、测试、发布、监控及反馈等流程，从而促进了软件的一致性和标准化。

标准的“节点服务”依赖一些隔离的执行环境：既要快速启停、又要服务稳定执行、还要支持高并发调度，这一切都可以通过 Docker 来轻松实现。

（4）自动化测试

测试人员每天都需要完成大量的测试任务，手动执行测试会耗费大量的时间，这时可以考虑使用 Docker 进行自动化改造。自动化的成本是首次自动化程序的编写和维护，而收益则是解放人力、提高生产力。

测试人员在进行一些功能测试、性能测试以及UI测试时，需要快速搭建不同的运行环境、掌握Docker技术，可以让测试人员如虎添翼。

（5）应用隔离

读者或许会疑惑，为什么需要应用隔离？例如，服务器上混部了两个服务：

Node服务，用来启动Web服务；
Java服务，用来提供前后端分离的API接口。

可能出现这种情况——两个服务争夺服务器的CPU资源，无论哪一方失败都将造成灾难。如下图所示，服务器的CPU资源已经被Java服务占满。

在资源有限的前提下，同一时间无法同时满足多个进程的过度使用。当然，在这种场景下可以通过独立部署、为虚拟机设定资源优先级等方案解决。

但在 Docker中，这些完全没有必要担心，因为Docker提供了进程级的隔离，可以更加精细地设置CPU和内存的使用率，进而更好地利用服务器的资源。

（6）动态扩容/缩容

在企业中，如果存在大促或流量不均的场景，则服务器的自动扩容/缩容就会很关键。

在流量低谷时进行自动缩容，可以大幅度减少服务器成本。
在峰值来临时，通过服务器性能嗅探，可以预测到瓶颈即将来临，自动触发服务器扩容操作，从而保证服务器稳定运行。

这一切在传统的虚拟机中显得十分笨重，而在Docker中却非常灵活并且高效，因为，每个容器都可作为单独的进程运行，并且可以共享底层操作系统的系统资源。这样可以提高容器的启动和停止效率，扩容也就毫不费力了。

（7）节省成本，一体化管理

节省成本也是很多企业使用Docker的原因之一。传统企业一般会使用虚拟机，虚拟机虽然可以隔离出很多“子系统”，但占用的空间更大，启动更慢。

Docker技术不需要虚拟出整个操作系统，只需要虚拟出一个小规模的环境，与“沙箱”类似。

此外，虚拟机一般要占用很大的存储空间（可以达到数十GB）；而容器只需要占用很小的存储空间（最小的仅为几KB），这样就能节省出更多的服务器资源，从根本上节省成本。

可以看出，Docker已经渗透到了日常开发的方方面面。那么究竟Docker的技术体系有多大，不妨一起来探究下。

Docker技术体系

（1）Docker架构

我们先从Docker技术体系展开，如下图：

简单说明下，架构主要包含这些部分：

Docker Client：开发者可以在命令行中使用Docker相关执行与Docker守护进程进行交互，从而管理诸如Image（镜像）、Container（容器）、Network（网络）和Data Volumes（数据卷）等实体。

Docker Server：
? Daemon：通过 Libcontainer、LXC 等容器管理工具来接收 Client 端的指令完成容器管理操作；
? Containerd：Docker 引擎中的 Containerd 组件确保了 Docker 镜像能够以正确的 OCI Bundle 的格式传递给 Runc；
? Runc：实质上是一个轻量级的、针对 Libcontainer 进行了包装的命令行交互工具，可以理解为一个独立的容器运行时工具。作用只有一个——创建容器。

Docker Driver：
?Execdrive：存储了容器定义的配置信息了，Libcontainer 拿到这些配置信息后，将会调用底层的 Namespace 和 Cgroup 等技术来完成容器的创建和管理；
? Networkdirver：主要作用是完成 Docker 容器的网络环境配置，包括容器的 IP 地址、端口、防火墙策略，以及与主机的端口映射等；
? Graphdriver：主要负责对容器镜像的管理。

Linux Kernel：
? Chroot：即 change root directory (主要用来更改 root 目录)。在 Linux 系统中，系统默认的目录结构都是以 /，即以根 (root) 开始的。而在使用 Chroot 之后，系统的目录结构将以指定的位置作为 / 位置；
? Namespace：是 Linux 内核用来隔离内核资源的方式，目的就是实现轻量级虚拟化(容器)服务，为 Docker 等容器技术提供了基础条件；
? Cgroup：是 Linux 内核提供的一种可以限制单个进程或者多个进程所使用资源的机制，可以对 CPU、内存等资源实现精细化的控制，Docker 就使用了 Cgroup提供的资源限制能力来完成 CPU，内存等部分的资源控制；
? Network：为 Docker 容器提供多种网络解决方案；
? Capability：Linux 引入了 Capabilities 机制对 root 权限进行细粒度的控制，实现按需授权，从而减小系统的安全攻击面；
? Seccomp：即安全计算模式，可以使用它来限制容器内可用的操作。seccomp()系统调用在调用进程的seccomp状态下运行。Docker 中使用此功能来限制应用程序的访问；
? Filesystem：UnionFS 通过 Linux Filesystem 为容器提供高效的管理能力。Docker 的镜像就采用了 UnionFS 技术，从而实现了分层的镜像。