docker3-運行與鏡像原理與使用心得

docker運行原理概述

Client-Server架構

• docker守護進程運行在宿主機上systemctl start docker
• daemon進程通過socket從客戶端（docker命令）接受命令來運行管理各個容器
• 容器是一個運行時環境，可以看做是運行中的精簡版Linux系統

docker容器技術 vs 虛擬機技術（VMware等）

• 對比角度：程序運行所在系統、存儲占用、運行性能、移植性（類比JDK）。
• 不再需要Hypevisor硬件資源虛擬化的抽象層，運行在docker容器上的程序直接使用實際宿主物理機的硬件資源，從而在CPU和內存利用率上有明顯優勢。
• docker新建一個容器時，是直接使用宿主機的內核。VMware新建一個虛擬機時，需要加載GuestOS內核（VMware上下載的各個os），這個過程至少分鍾級別，而docker新建容器則是秒級別。
• 官方對比圖↓
  • docker
    
  • 虛擬機
    

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docker鏡像原理

鏡像是什么

• 輕量級、可執行的獨立軟件包
• 打包了運行某個軟件（比如tomcat鏡像）所需的所有內容，包括：
  • 代碼（tomcat代碼）
  • 運行時環境（OS、JDK）
  • 依賴庫
  • 環境變量
  • 配置文件等
• 底層基礎是Union File System（聯合文件系統）
  • UnionFS：一種分層、輕量級且高性能的文件系統，支持對文件系統的修改作為一次提交來一層層的疊加，也支持將不同目錄掛載到同一虛擬文件系統下。
  • 鏡像由一層層的文件系統組成，通過分層進行繼承。基於基礎鏡像，可以制作出各種具體的應用鏡像。
  • 鏡像運行時，一次聯合加載多個文件系統，根據繼承關系進行疊加，最終外部只看到一個文件系統，但擁有了完整的文件和目錄結構。

鏡像加載原理

• 鏡像實際有一層層的文件系統組成，即UnionFS。
  • 文件系統層級中主要關注bootfs和rootfs
  • bootfs包括BootLoader和kernel（操作系統內核），BootLoader主要是引導加載kernel。同Linux，docker鏡像最底層是bootfs。Linux系統啟動時，會加載bootfs，然后BootLoader加載kernel（Linux內核）至內存，完成之后內存的使用權由bootfs轉移給內核，接着卸載掉bootfs。
  • rootfs包含了我們熟悉的Linux文件目錄結構：/dev/ /proc/ /bin/ /etc/ 等。對於不同的Linux發行版（Ubuntu、centos等），bootfs基本一致（內核相同，都是Linux-kernel），而rootfs會有差別。
• why一個centos的docker鏡像只有200M，而VMware的centos系統鏡像幾個G？
  • 對於一個精簡的Linux系統，rootfs可以很小，只需要包括最基本的命令、工具和程序庫就OK了。
  • docker容器共用了宿主機的系統內核，只需要提供精簡的rootfs就OK，所以docker的os鏡像體積可以這么小，因此可以把docker容器看做一個精簡的Linux系統。
• why一個tomcat的docker鏡像反而比一個centos的docker鏡像大得多
  • 每個應用級別的docker鏡像，都是源於基礎鏡像（聯合文件系統），類比Java中的Object類，一層層繼承得到的。
  • centos鏡像拉取：

    [root@richardCentos ~]# docker pull centos
    Using default tag: latest
    latest: Pulling from library/centos
    d8d02d457314: Pull complete 
    Digest: sha256:307835c385f656ec2e2fec602cf093224173c51119bbebd602c53c3653a3d6eb
    Status: Downloaded newer image for centos:latest
    docker.io/library/centos:latest
    

  • tomcat鏡像拉取：

    [root@richardCentos ~]# docker pull tomcat
    Using default tag: latest
    latest: Pulling from library/tomcat
    9cc2ad81d40d: Pull complete 
    e6cb98e32a52: Pull complete 
    ae1b8d879bad: Pull complete 
    42cfa3699b05: Pull complete 
    8d27062ef0ea: Pull complete 
    9b91647396e3: Pull complete 
    7498c1055ea3: Pull complete 
    a183d8c2c929: Pull complete 
    73dd800dda4c: Pull complete 
    2bc71ef979ec: Pull complete 
    Digest: sha256:80db17f3efd9cdcd9af7c799097fe0d223bbee8f25aa36234ab56292e3d8bd7b
    Status: Downloaded newer image for tomcat:latest
    docker.io/library/tomcat:latest
    

  • 很明顯，tomcat需要聯合的鏡像更多，可以想象這樣的繼承關系：
    kernel < centos < jdk < tomcat
• docker鏡像都是只讀的，但當容器啟動時，一個新的可寫層會加載到鏡像的頂層，這一層稱為“容器層”，即我們進行容器交互操作的對外層，容器層之下的都叫“鏡像層”。

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docker使用心得

• 類比Java程序，鏡像-Java類，容器-Java類對象，Docker-JDK（跨平台）
• 關於Logo，大海里（宿主主機）鯨魚（docker）背着很多集裝箱（運行的容器s）
• 容器可以看作是一個運行中的精簡版的Linux環境（文件系統、root用戶權限等都有）
• docker stop不會銷毀容器中的數據，docker rm會（如果不做持久化）。stop好比Linux系統關機，重啟后數據還在，rm好比卸載/重裝了系統，容器中的數據就不復存在了。
• docker --help xxx 看下官方說明，可以解決很多疑惑
• 進入容器內操作 docker exec -it dccid/name /bin/bash 要比 docker attach dccid/name 好使，docker exec -t dccid/name ls -lrt 也可以
• docker logs dccid/name -f --tail n 查容器日志很好用