Docker基本概念和底层原理的示例分析(docker,开发技术)

Docker架构图：

我们依照Docker架构图进行Docker基础概念的说明。

1、Docker的底层原理

Docker是一个Client-Server结构的系统，Docker守护进程运行在主机上，然后通过Socket连接从客户端访问，守护进程从客户端接受命令并管理运行在主机上的容器。容器是一个运行时环境，就好比是我们前面说到的集装箱。

例如架构图中的客户端（Client）和服务端（DOCKER_HOST）：

发送命令docker run hello-world

• Docker客户端转发命令给宿主机上的Docker守护进程（Docker daemon），

• Docker守护进程接收执行命令，返回命令执行结果，

• Docker服务端（守护进程）负责管理宿主机上的各个容器。

如下图所示：

Docker客户端和守护进程通过Socket连接，可以远程或本地连接。

Socket说明：

网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个Socket。建立网络通信连接至少要一对端口号(Socket)。Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是用来组织数据的一组接口。

2、Docker中常用的基本概念

• 镜像（image）：Docker镜像类似于虚拟机的镜像，就好比是一个模板，一个面向Docker引擎的只读模板，包含了文件系统，可以通过这个模板来创建容器服务。

例如：一个镜像可以完全包含了Ubuntu操作系统环境，可以把它称作一个Ubuntu镜像。镜像也可以安装了Apache应用程序（或其他软件），可以把它称为一个Apache镜像。通过这个镜像可以创建多个容器（最终服务的运行或者项目的运行就是在容器中）。
镜像是创建Docker容器的基础，通过版本管理和增量的文件系统，Docker提供了一套十分简单的机制来创建和更新现有的镜像。用户可以从网上下载一个已经做好的应用镜像，并通过命令直接使用。总之，应用运行是需要环境的，而镜像就是来提供这种环境。
（不同的类可以创建不同的对象，同一个类也可以创建多个相同类型的对象）
（不同的镜像可以创建不同的容器，同一个镜像也可以创建多个相同类型的容器）

• 容器（Container）：Docker利用容器技术，独立运行一个或者一组应用，通过镜像来创建的。

Docker容器类似于一个轻量级的沙箱子（因为Docker是基于Linux内核的虚拟技术，所以消耗资源十分少），Docker利用容器来运行和隔离应用。
容器是从镜像创建运行实例，可以将其启动、开始、停止、删除，而这些容器都是相互隔离、互不可见的。
镜像自身是只读的，容器从镜像启动的时候，Docker会在镜像的最上层创建一个可写层，镜像本身将保持不变。
（目前就可以把这容器解为就是一个简易的Linuх系统）

• 仓库（Repository）：仓库就是存放镜像的地方。

Docker仓库类似与代码仓库，就是Docker集中存放镜像文件的场所。
根据存储的镜像公开与否，Docker仓库分为公开仓库（Public）和私有仓库（Private）两种形式。
目前最大的公开仓库是Docker Hub（Docker官方镜像仓库），存放了数量庞大的镜像供用户下载。国内的公开仓库包括阿里云，网易云等镜像仓库，可以提供稳定的国内访问（镜像加速）。
Docker也支持用户在本地网络内创建一个只能自己访问的私有仓库。
当用户创建了自己的镜像之后，就可以使用push命令，将它上传到指定的公有或则私有仓库。这样用户下次在另一台机器上使用该镜像时，只需将该镜像从仓库pull（拉取）下来就可以了。

镜像和容器的关系：

3、run命令的运行流程

我们以之前运行hello-world镜像为例进行说明。

执行docker run hello-world命令，运行结果如下：

$sudodockerrunhello-world#出现下面显示，证明运行镜像成功Unabletofindimage'hello-world:latest'locally#（本地没有找到hello-world镜像）latest:Pulling（拉取）fromlibrary/hello-world#（去远程拉取library/hello-world镜像）1b930d010525:Pullcomplete#（拉取完成）Digest:sha256:d1668a9a1f5b42ed3f46b70b9cb7c88fd8bdc8a2d73509bb0041cf436018fbf5Status:Downloadednewerimageforhello-world:latest#（上面三行是拉取镜像的签名信息）#总结：由于本地没有hello-world这个镜像，所以会从远程仓库下载一个hello-world的镜像到本地，并创建容器运行。HellofromDocker!#（镜像运行起来了）Thismessageshowsthatyourinstallationappearstobeworkingcorrectly.#（此消息表明您的安装似乎可以正常工作。为了生成此消息，Docker采取了以下步骤：）Togeneratethismessage,Dockertookthefollowingsteps:1.TheDockerclientcontactedtheDockerdaemon.2.TheDockerdaemonpulledthe"hello-world"imagefromtheDockerHub.(amd64)3.TheDockerdaemoncreatedanewcontainerfromthatimagewhichrunstheexecutablethatproducestheoutputyouarecurrentlyreading.4.TheDockerdaemonstreamedthatoutputtotheDockerclient,whichsentittoyourterminal.Totrysomethingmoreambitious,youcanrunanUbuntucontainerwith:$dockerrun-itubuntubashShareimages,automateworkflows,andmorewithafreeDockerID:https://hub.docker.com/Formoreexamplesandideas,visit:https://docs.docker.com/get-started/

提示：输出这段提示以后，hello-world镜像就会停止运行，容器自动终止。

run命令的执行的流程图：

4、为什么Docker比VM快

• （1）Docker有着比虚拟机更少的抽象层。

由于Docker不需要Hypervisor实现硬件资源虚拟化（就相当于使用VMware创建一个虚拟机的操作），运行在Docker容器上的程序，直接使用的都是实际物理机的硬件资源。因此在CPU、内存利用率上，Docker将会在效率上有明显优势。

• （2）Docker利用的是宿主机的内核，而不需要Guest OS。

因此当新建一个容器时，Docker不需要和虚拟机一样重新加载一个操作系统内核。从而避免引寻、加载操作系统内核等，这些比较费时费资源的操作过程。
当新建一个虚拟机时，虚拟机软件需要加载Guest OS，这个新建过程是分钟级别的。而Docker由于直接利用宿主机的操作系统，则省略了这个过程，因此新建一个Docker容器只需要几秒钟。

如下图所示：

Docker与VM对比表：