docker学习记录系列(一)

虚拟化与容器

17年的6月,那是我与docker的第一次相识,当时懵懂的接触到了容器这个概念,却没有深深去了解,因此成功混淆了容器与虚拟机的概念,自此docker在我的脑海中一直处在云雾之中。

18年的4月,因公司业务的需求,需要改造开发环境,此时我再次接触到了docker,经过一番探索,也渐渐的剥开了docker神秘的面纱。

为什么使用docker?
作为一种新兴的虚拟化方式,Docker跟传统的虚拟化方式相比具有众多的优势。
   1、容器的启动可以在秒级实现。
   2、对资源的利用率很高。一台机器上可以运行上千个容器。
   3、除了运行其中的应用外,几乎不消耗额外的系统资源。
   4、更快的交付和部署:可以使用一个标准的镜像来构建一套开发容器,Docker可以快速创建容器,快速迭代应用程序,让整个过程可见。几乎可以在任意平台上运行,兼容性很高,让用户可以将应用程序从一个平台直接迁移到另一个平台。
   5、更高效的虚拟化,Docker的运行不需要额外的hypervisor支持,是内核级虚拟化,能够实现更高的性能和效率。容器的性能更接近与原生。
   6、更简单的管理。所有的修改是以增量的方式被分发和更新。

在如今的云计算时代,xen、kvm、vmware、hyper-v等虚拟化技术各显神通;而docker,作为下一代的虚拟化技术,正在改变我们开发、测试、部署应用的方式。那么,容器与虚拟机到底有什么不同呢?

首先,我们要明确的一点是,容器不是虚拟机。

使用虚拟机运行多个相互隔离的应用:

从下到上理解:

  • 基础设施(Infrastructure)。它可以是你的个人电脑,数据中心的服务器,或者是云主机。
  • 虚拟机管理系统(Hypervisor)。利用Hypervisor,可以在主操作系统之上运行多个不同的从操作系统。类型1的裸金属架构有支持MacOS的HyperKit,支持Windows的Hyper-V、Xen、KVM以及vmware。类型2的寄居架构有Citrix VirtualBox和VMWare workstation。
  • 客户机操作系统(Guest Operating System)。假设你需要运行3个相互隔离的应用,则需要使用Hypervisor启动3个客户机操作系统,也就是3个虚拟机。这些虚拟机都非常大,也许有700MB,这就意味着它们将占用2.1GB的磁盘空间。更糟糕的是,它们还会消耗很多CPU和内存。
  • 各种依赖。每一个客户机操作系统都需要安装许多依赖。如果你的应用需要连接PostgreSQL的话,则需要安装libpq-dev;如果你使用Ruby的话,应该需要安装gems;如果使用其他编程语言,比如Python或者Node.js,都会需要安装对应的依赖库。
  • 应用。安装依赖之后,就可以在各个客户机操作系统分别运行应用了,这样各个应用就是相互隔离的。

使用docker容器运行多个相互隔离的应用:

不难发现,相比于虚拟机Docker要简洁很多。因为我们不需要运行一个臃肿的客户机操作系统了。

从下到上理解:

  • 基础设施(Infrastructure)。
  • 主操作系统(Host Operating System)。所有主流的Linux发行版都可以运行Docker。对于MacOS和Windows,也有一些办法”运行”Docker。
  • Docker守护进程(Docker Daemon)。Docker守护进程取代了Hypervisor,它是运行在操作系统之上的后台进程,负责管理Docker容器。
  • 各种依赖。对于Docker,应用的所有依赖都打包在Docker镜像中,Docker容器是基于Docker镜像创建的。
  • 应用。应用的源代码与它的依赖都打包在Docker镜像中,不同的应用需要不同的Docker镜像。不同的应用运行在不同的Docker容器中,它们是相互隔离的。

对比虚拟机和Docker容器:Docker守护进程可以直接与主操作系统进行通信,为各个docker容器分配资源。虚拟机启动需要数分钟,而docker容器只需数毫秒即可完成创建和启动,由于没有臃肿的操作系统,容器可以节省大量的磁盘空间以及其他系统资源。相比于虚拟机,容器拥有更高的资源使用效率,因为它并不需要为每个应用分配单独的操作系统——实例规模更小、创建和迁移速度也更快。这意味相比于虚拟机,单个操作系统能够承载更多的容器。云提供商十分热衷于容器技术,因为在相同的硬件设备当中,可以部署数量更多的容器实例。此外,容器易于迁移,但是只能被迁移到具有兼容操作系统内核的其他服务器当中,这样就会给迁移选择带来限制。

虚拟机与容器有各自不同的应用场景:
虚拟机更擅长彻底隔离整个运行环境,而容器的实现是共享内核,通常用于隔离不同的应用。

服务器好比运输码头:拥有场地和各种设备(服务器硬件资源)

服务器虚拟化好比作码头上的仓库:拥有独立的空间堆放各种货物或集装箱

(仓库之间完全独立,独立的应用系统和操作系统)

Docker比作集装箱:各种货物的打包

(将各种应用程序和他们所依赖的运行环境打包成标准的容器,容器之间隔离)

Docker有着小巧、迁移部署快速、运行高效等特点,但隔离性比服务器虚拟化差:不同的集装箱属于不同的运单(Docker上运行不同的应用实例),相互独立(隔离)。但由同一个库管人员管理(主机操作系统内核),因此通过库管人员可以看到所有集装箱的相关信息(因为共享操作系统内核,因此相关信息会共享)。

服务器虚拟化就好比在码头上(物理主机及虚拟化层),建立了多个独立的“小码头”—仓库(虚拟机)。其拥有完全独立(隔离)的空间,属于不同的客户(虚拟机所有者)。每个仓库有各自的库管人员(当前虚拟机的操作系统内核),无法管理其它仓库。不存在信息共享的情况。因此,我们需要根据不同的应用场景和需求采用不同的方式使用Docker技术或使用服务器虚拟化技术。例如一个典型的Docker应用场景是当主机上的Docker实例属于单一用户的情况下,在保证安全的同时可以充分发挥Docker的技术优势。对于隔离要求较高的环境如混合用户环境,就可以使用服务器虚拟化技术。

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