Docker工作模式及原理详解

时间:2022-05-10 16:32:50

如下图所示:

Docker工作模式及原理详解

我们在使用虚拟机和docker的时候,就会出现这样一个疑问:Docker为什么比VM虚拟机快呢?

Docker工作模式及原理详解

上面这张图就很客观的说明了这个问题

1、Docker有着比虚拟机更少的抽象层。

2、Docker利用的是宿主机的内核,VM需要的是Guest os。

所以说,新建一个容器的时候,docker不需要像虚拟机一样重新加载一个操作系统。虚拟机是加载Guest os(花费时间分钟级别),而docker利用的是宿主机的操作系统,省略了这个复杂的过程(花费时间秒级别)。

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搞清楚这些,我们再来看看对客户端来说,我们是怎么使用的?

首先得明白几个名词:

Host 主机(Docker 引擎)

一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker 守护进程和容器。

Image 镜像

什么是 Docker 镜像?简单的理解,Docker 镜像就是一个 Linux 的文件系统(Root FileSystem),这个文件系统里面包含可以运行在 Linux 内核的程序以及相应的数据。
通过镜像启动一个容器,一个镜像就是一个可执行的包,其中包括运行应用程序所需要的所有内容:包含代码,运行时间,库,环境变量和配置文件等。
Docker 把 App 文件打包成为一个镜像,并且采用类似多次快照的存储技术,可以实现:

  • 多个 App 可以共用相同的底层镜像(初始的操作系统镜像);
  • App 运行时的 IO 操作和镜像文件隔离;
  • 通过挂载包含不同配置/数据文件的目录或者卷(Volume),单个 App 镜像可以用来运行无数个不同业务的容器。

Container 容器

镜像(Image)和容器(Container)的关系,就像是面向对象程序设计中的类和实例一样,镜像是静态的定义,容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。

镜像分层

Docker 支持通过扩展现有镜像,创建新的镜像。实际上,Docker Hub 中 99% 的镜像都是通过在 base 镜像中安装和配置需要的软件构建出来的。

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从上图可以看到,新镜像是从 base 镜像一层一层叠加生成的。每安装一个软件,就在现有镜像的基础上增加一层。
镜像分层最大的一个好处就是共享资源。比如说有多个镜像都从相同的 base 镜像构建而来,那么 Docker Host 只需在磁盘上保存一份 base 镜像;同时内存中也只需加载一份 base 镜像,就可以为所有容器服务了。而且镜像的每一层都可以被共享。
如果多个容器共享一份基础镜像,当某个容器修改了基础镜像的内容,比如 /etc 下的文件,这时其他容器的 /etc 是不会被修改的,修改只会被限制在单个容器内。这就是容器 Copy-on-Write 特性。

可写的容器层

当容器启动时,一个新的可写层被加载到镜像的顶部。这一层通常被称作“容器层”,“容器层”之下的都叫“镜像层”。

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所有对容器的改动 - 无论添加、删除、还是修改文件都只会发生在容器层中。只有容器层是可写的,容器层下面的所有镜像层都是只读的。

镜像层数量可能会很多,所有镜像层会联合在一起组成一个统一的文件系统。如果不同层中有一个相同路径的文件,比如 /a,上层的 /a 会覆盖下层的 /a,也就是说用户只能访问到上层中的文件 /a。在容器层中,用户看到的是一个叠加之后的文件系统。

只有当需要修改时才复制一份数据,这种特性被称作 Copy-on-Write。可见,容器层保存的是镜像变化的部分,不会对镜像本身进行任何修改。

总结下来就是:容器层记录对镜像的修改,所有镜像层都是只读的,不会被容器修改,所以镜像可以被多个容器共享。

Volume 数据卷

实际上我们的容器就好像是一个简易版的操作系统,只不过系统中只安装了我们的程序运行所需要的环境,前边说到我们的容器是可以删除的,那如果删除了,容器中的程序产生的需要持久化的数据怎么办呢?容器运行的时候我们可以进容器去查看,容器一旦删除就什么都没有了。

所以数据卷就是来解决这个问题的,是用来将数据持久化到我们宿主机上,与容器间实现数据共享,简单的说就是将宿主机的目录映射到容器中的目录,应用程序在容器中的目录读写数据会同步到宿主机上,这样容器产生的数据就可以持久化了,比如我们的数据库容器,就可以把数据存储到我们宿主机上的真实磁盘中。

Registry 注册中心

Docker 用 Registry 来保存用户构建的镜像。Registry 分为公共和私有两种。Docker 公司运营公共的 Registry 叫做 Docker Hub。用户可以在 Docker Hub 注册账号,分享并保存自己的镜像。

Docker 公司提供了公共的镜像仓库 hub.docker.com(Docker 称之为 Repository)提供了庞大的镜像集合供使用。

一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库(Repository);每个仓库可以包含多个标签(Tag);每个标签对应一个镜像。

通常,一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像,而标签对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签,将以 latest 作为默认标签。

总结

Docker 官网写着这样一句话:Build and Ship any Application Anywhere,再结合刚才我们所理解的内容,总结下来就是:一次构建,到处运行。
此外,Docker 公司提供了公共的镜像仓库 hub.docker.com(Docker 称之为 Repository),GitHub connect,自动构建镜像,大大简化了应用分发、部署、升级流程。加上 Docker 可以非常方便的建立各种自定义的镜像文件,这些都是 Docker 成为最流行的容器技术的重要因素。

通过以上这些技术的组合,最后的结果就是:绝大部分应用,开发者都可以通过 docker build 创建镜像,通过 docker push 上传镜像,用户通过 docker pull 下载镜像,使用 docker run 运行容器应用。用户不再需要去关心如何搭建环境,如何安装,如何解决不同发行版的库冲突――而且通常不会消耗更多的硬件资源,不会明显降低性能。

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原文链接:https://blog.csdn.net/weixin_45827693/article/details/119930917