了解容器：Docker

许多公司都在运行各种应用程序。但这些应用程序运行在哪里呢？答案是服务器。有些公司拥有自己的服务器，而有些公司则从大型服务提供商（例如云服务提供商）租用服务器。

最初，一台服务器只能运行一个应用程序。正如人们所料，这种方法存在一些问题。首先，这会增加单台服务器的负载，因为随着使用该应用程序的用户数量增加，负载也会增加。其次，由于只能运行一个应用程序，因此，要运行多个应用程序，公司就必须添加多台服务器，从而显著增加成本。

进入虚拟机的世界

虚拟机解决了这个问题。虚拟机的概念由 IBM 发明，最初是为了分时使用极其昂贵的大型机硬件。简单来说，虚拟机可以帮助我们在同一台服务器上运行多个应用程序。但虚拟机的问题在于它们需要自己的操作系统，而操作系统需要内存、CPU 等资源。假设我们想在自己的电脑上运行虚拟机，就必须进行双启动，也就是在硬盘的另一部分安装另一个操作系统（例如 Ubuntu）。其他缺点包括速度降低、需要专用存储空间、需要专用 CPU 和内存分配，以及需要为每个虚拟机安装依赖项管理程序。因此，虚拟机比“一个应用程序对应一台服务器”的方案要好，但仍然不够完美。

容器化或许是更好的解决方案？

如果我们能在同一操作系统上运行多个应用程序实例，那该有多棒？容器技术正是为此而生。Docker（由 Docker 公司开发）凭借 Linux 容器技术让容器技术流行起来。在 Docker 出现之前，像谷歌这样的大公司就已经以某种方式使用容器了。不仅如此，还有许多其他类似容器的方案，但它们并不普及（2015 年，一个名为开放容器倡议组织 (OCI) 的机构成立，其明确目标是围绕容器格式和运行时创建开放的行业标准）。

那么，什么是容器？

容器就像虚拟机，但不需要多个操作系统。

理解容器的类比是：

假设你已经搭建了一个网站。现在你想获得一些反馈，于是你把网站文件分享给了你的朋友。你肯定遇到过这种情况：你的朋友由于版本不兼容或其他类似原因无法运行网站。为了避免这种情况，你可以这样做：

因此，您需要与朋友共享所有文件（例如，包括依赖项），以便他能够在自己的系统上运行该网站。

这就是所谓的容器。现在你的朋友可以在他的系统上运行你的网站，而不会出现任何错误！

虚拟机与容器：扩展

在上图中，虚拟机与容器的对比中，可以看到一个名为“虚拟机管理程序”（hypervisor）的术语。虚拟机管理程序用于在宿主机操作系统上创建多个虚拟机，并管理这些虚拟机。这些虚拟机拥有各自的操作系统，每个操作系统都会分配一定数量的硬件、资源和 CPU。另一方面，容器中只有一个操作系统，以及一个容器引擎（容器引擎包含 Docker 架构部分中介绍的各个组件）。因此，您可以使用容器引擎在同一个操作系统上运行多个应用程序。容器有助于应用程序在隔离的环境中运行（也就是说，运行在容器中的应用程序无法感知容器外部发生的情况）。这反过来也确保了安全性。Docker（由 Docker 公司开发）是一个容器工具，可以帮助我们创建、管理和扩展容器。

接下来，如何将 Docker 安装到你的系统上？

只需按照以下步骤操作：

• 访问https://docs.docker.com/ - 下载和安装部分 - 根据您的操作系统选择适用于 Mac/Windows/Linux 的 Docker Desktop。非常简单！

安装已完成，但要在系统上运行 Docker 需要哪些设置？

容器运行在宿主机操作系统（即宿主机内核）上。因此，当一个 Windows 应用程序被容器化后，它无法在基于 Linux 的内核上运行，反之亦然。基于 Windows 的容器需要 Windows 内核，基于 Linux 的容器也一样。Docker Desktop 可以以两种模式运行：1) 在 Windows 容器上运行；2) 在 Linux 容器上运行。

对于 Windows 系统，您需要安装 Docker Desktop 和适用于 Linux 的 Windows 子系统 (WSL)。

对于 Mac 系统，只需安装 Docker 桌面即可。

等等，等等，等等！首先，让我们从技术角度了解一下 Docker 是什么：Docker 架构

Docker 由三部分组成：
a) Docker 运行时；b) Docker 引擎；c) 编排。
其架构如下：

让我们逐一来看这些术语：

a) Docker 运行时：
它帮助我们启动和停止容器。它分为两种类型：
i) 底层运行时，称为 runC：
它与操作系统协同工作，帮助启动和停止容器；
ii) 高层运行时，称为 containerd：
- 它是 CNCF 项目
- 管理 runC 和容器 -
连接到互联网并将镜像拉取到容器中：
拉取镜像意味着将数据从互联网传输到容器。因此，containerd 有助于实现容器与互联网之间的交互。

b) Docker引擎：
用于与Docker交互。它使用Docker守护进程。
该守护进程与Docker运行时协同工作并执行命令。

图表说明：

例如：
Docker CLI 用于编写 Docker 命令。

在命令行界面 (CLI) 中：
Docker run ubuntu

CLI 通过 REST API 将此消息传递给 Docker 守护进程。守护进程与 Docker 运行时交互，并指示其在容器中运行 Ubuntu。

c) 编排：
示例：
假设一个应用程序有 100 个容器。所有容器都运行着该应用程序的版本 1。现在，该应用程序发布了新版本。因此，要更新这些容器，我们可以手动更新，也可以一次性更新所有容器。一次性更新是编排引擎的功能之一。例如 Docker Swarm 和 Kubernetes。

你将如何使用容器与朋友共享文件？

你需要的是一个 Docker 文件。

Docker 文件是一组指令。它包含运行应用程序所需的操作系统文件和依赖项。

运行 Dockerfile 时，我们会得到一个 Docker 镜像。运行该镜像后，我们会得到一个容器。当我们想要容器化一个应用程序时，首先需要编写一个 Dockerfile。该文件将被转换为一个镜像，该镜像可以与其他系统共享。镜像是不可变的。一旦构建完成，构成镜像的文件就不会改变。镜像可以存储在本地，也可以存储在远程位置，例如https://hub.docker.com/。一个镜像可以用于创建多个容器。镜像以层的形式构建。每一层都是一个不可变的文件，但它是文件和目录的集合。最后一层可以用于写入数据。每一层都有一个 ID，它是通过对层内容进行 SHA-256 哈希运算计算得出的。因此，如果层内容发生变化，SHA-256 哈希值也会随之改变。注意：docker 命令（即“docker images”）列出的镜像 ID 是哈希值的前 12 个字符。这些哈希值被称为“标签”。

以下是一些 Docker 命令的实际操作示例：

a)列出 Docker 镜像的哈希值：

$ docker images -q --no-trunc
sha256:3556258649b2ef23a41812be17377d32f568ed9f45150a26466d2ea26d926c32
sha256:9f38484d220fa527b1fb19747638497179500a1bed8bf0498eb788229229e6e1
sha256:fce289e99eb9bca977dae136fbe2a82b6b7d4c372474c9235adc1741675f587e

请注意上面给出的哈希值的前 12 个字符。

$ docker images
REPOSITORY   TAG     IMAGE ID        
ubuntu       18.04   3556258649b2   
centos       latest  9f38484d220f    
hello-world  latest  fce289e99eb9

现在请注意上面的镜像 ID。哈希值的前 12 个字符等于镜像 ID。
需要注意的是：
两个容器可能共享相同的镜像。因此，当我们尝试运行新容器时，CLI 会显示它正在从已安装该镜像的容器中拉取镜像。这样可以避免重复下载相同的文件，从而加快运行速度。共享镜像通过镜像 ID 进行标识。

b) 从 Docker 镜像仓库拉取镜像：

$ docker images
REPOSITORY      TAG      IMAGE ID     CREATED      SIZE
$ docker pull ubuntu:18.04
18.04: Pulling from library/ubuntu
7413c47ba209: Pull complete
0fe7e7cbb2e8: Pull complete
1d425c982345: Pull complete
344da5c95cec: Pull complete
Digest:sha256:c303f19cfe9ee92badbbbd7567bc1ca47789f79303ddcef56f77687d4744cd7a
Status: Downloaded newer image for ubuntu:18.04
$ docker images
REPOSITORY     TAG        IMAGE ID          CREATED         SIZE
ubuntu         18.04      3556258649b2      9 days ago      64.2MB

c)运行镜像以创建容器：

$ docker run -it ubuntu:18.04
root@4183618bcf17:/# ls
bin boot dev etc home lib lib64 media mnt opt proc root run sbin srv sys tmp usr var
root@4183618bcf17:/# exit
exit

d) 创建您自己的 Docker 镜像：
创建一个名为“Dockerfile”的文件。
默认情况下，Docker 在构建时会查找“Dockerfile”文件。`$ docker build -t myimage:1.0 .`
在构建镜像期间，Dockerfile 文件中 RUN 部分中的命令将被执行。`$ docker run ImageID`
当您使用该镜像创建容器时，Dockerfile 文件中 CMD 部分中的命令将被执行。

Dockerfile 示例：

Dockerfile example:
FROM ubuntu
MAINTAINER Yash <yash@gmail.com>
RUN apt-get update
CMD [“echo”, “Hello World”]

e) 一些基本的图像相关命令：

$ docker pull ubuntu:18.04 (18.04 is tag/version)
$ docker images (Lists Docker Images)
$ docker run image (creates a container out of an image)
$ docker rmi image (deletes a Docker Image if no container is using it)
$ docker rmi $(docker images -q) (deletes all Docker images)

f) 列出容器：

$ docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE          COMMAND       CREATED         STATUS
4183618bcf17   ubuntu:18.04   “/bin/bash”   4 minutes ago   Exited

Docker工作原理的简化解释：

假设您 在 CLI（命令行界面）中输入
~ docker run hello-world ： 这意味着您想在容器中运行镜像 hello world。

内部发生的情况是，这条消息会通过 REST API 传递给 Docker 守护进程。Docker 守护进程会检查你的系统中是否存在 Hello World 镜像。如果没有，它会从 Docker 镜像仓库下载 Hello World 镜像。Docker 镜像仓库是存储 Docker 镜像的地方。Docker Hub 是一个任何人都可以使用的公共镜像仓库。当你拉取一个镜像时，Docker 默认会在公共镜像仓库中查找该镜像，并将其保存到你本地系统的 DOCKER_HOST 上。你也可以将镜像存储在本地计算机上，或者将其推送到公共镜像仓库。

如果你的系统里有这些镜像文件，它就会直接运行它们。

Docker Hub

有趣的是：现在即使不安装，你也可以在电脑上运行 MongoDB/MySQL 等数据库。

直接运行容器！

结尾：

体验 Docker 的最佳方式莫过于亲自上手实践。本博客旨在普及容器技术。如需深入了解，建议访问 Docker 的GitHub和博客。

玩得开心！
欢迎在领英上与我联系。