深入理解 Docker：探索容器技术的核心概念

在工作中，我们掌握了微服务的服务注册与发现(nacos)、配置中心(nacos)、远程服务调用(feign)、网关(gateway)，同时借助Idea编译工具多次完成本地服务启动、部署和验证。但是我们假想下面场景：

• 开发人员A写好的代码-->开发人员小王的电脑上运行，小周必须保证跟小王一样的系统环境(JDK/MySQL等)
• 系统代码部署从DEV-->TEST-->PRE-->PROD，每个环节都必须保证一样的系统环境(同上)
• 分布式系统中依赖组件非常多，组件与组件之间的部署往往会产生一些冲突(端口/依赖/环境等)

保证版本一致会耗费我们大量的时间和精力，同时万一有问题产生，我们也很难第一时间考虑到是因为版本不一致导致的问题。因此我们需要一套可以平滑切换的部署引擎，这就是本节我们学习的Docker。

1.什么是Docker

Docker 是一个开源的容器化平台，用于打包、分发和运行应用程序。它基于 Linux 容器（LXC）技术，并提供了简单且易用的工具和接口，使得开发人员可以轻松地创建和管理容器。

在 Docker 中，应用程序及其所有依赖项被组织为一个独立的容器。容器是基于镜像创建的运行实例，它具有独立的文件系统、进程空间和网络接口。每个容器都可以在任何支持 Docker 的环境中运行，包括开发机、测试环境和生产服务器。可以解决一下问题:

• 解决依赖兼容问题
• 解决操作系统差异问题

1.1. 解决依赖兼容问题

思考:Docker是如何解决依赖兼容问题？

主要通过一下两种方式解决：

• 将应用的Libs(函数库)，Deps(依赖)、配置和应用打包在一起
• 将每一个应用运行在相互隔离的容器中运行，避免相互干扰。 打包方式如下图：



• 使用上面方式进行打包好的应用(java应用程序就不再是原来的jar包)，里面不仅包含了应用本身，还包含了应用所需要的Libs、Deps,这样就不再需要在操作系统上安装Libs和Deps,那么自然就不存在应用兼容问题。

思考:上面说的解决了应用的冲突问题，但是我们的开发、测试和正式环境还是会存在差异（也就是操作系统可能会存在差异，那么我们如何解决）？

1.2. 解决操作系统环境差异

要解决这个问题，我们就需要先了解操作系统结构，结构如下：

• 硬件： CPU、内存、磁盘等
• 操作系统内核: 所有的Linux发行版内核都是Linux，但是发行版是基于Linux内核版进行扩展的，由各个Linux厂商开发、维护，例如有CentOS、Ubuntu、Fedora等，Linux内核的作用可以理解为是和计算机硬件进行交互。
• 系统应用: 操作系统自身提供的应用和函数库。这些函数库是对内核指令的封装(不同版本的操作系统函数库不太一样)，方便开发人员使用。
• 应用程序: 就是我们开发好的那些程序，例如:电商应用、Mysql、Nginx等等

linux从入门到精通介绍过,忘记的小伙伴可以自行查看一下。

通过上面操作系统的介绍，我们已经知道Ubuntu和CentOS都是基于Linux内核，但是系统应用不同，提供的函数库有差异，如果将Mysql(Ubuntu版本)应用安装到CentOS上，那么他要调用的是Ubuntu函数库时，就会报错，原因就是匹配不到对应的函数库。

思考:Docker如何解决不同操作系统环境问题？

Docker解决不同系统环境的问题

• 1.Docker将用户程序与所需要调用的系统(比如Ubuntu)函数库一起打包
• 2.Docker运行到不同操作系统时，直接基于打包的库函数，借助于操作系统的Linux内核来运行

细心的小伙伴可能已经发现了，Docker和虚拟机很相似，那么Docker和虚拟机有什么区别？

2. Docker和虚拟机区别

想要了解两者之间的区别，我们还需要看一下他们的具体定义：

• 虚拟机(Virtual Machine):是可以在一台电脑上通过软件的方式模拟出来若干台计算机,可以实现一台电脑“同时”运行几个操作系统，相互独立进行工作。同时，这几个操作系统之间还可以进行互联，形成一个虚拟网络。比如:可以在Windows系统上运行CentOS系统/
• Docker:  是一个开源的应用容器引擎,他仅仅封装Libs(函数库)，没有模拟完整的操作系统，共享同一个底层硬件设备。 相较于传统虚拟机而言，二者主要区别如下：

3. Docker架构

3.1. Docker核心概念

镜像

• 镜像（Image）：镜像是一个只读模板，包含了运行应用程序所需的所有文件系统、依赖库、应用程序代码等内容。除此之外镜像还包含配置参数(环境变量、用户等)，但是不包含任何的动态数据，镜像构建后不会改变，可以类比为Java中的类

Docker 镜像采用分层构建的方式来实现高效的镜像管理和存储。镜像分层构建通过将一个完整的镜像拆分为多个只读的文件系统层（Layer），每个层都包含了特定的文件和目录变更。

以下是镜像分层构建的主要原理和优势：

• 原理：每个镜像层都是一个只读的文件系统，可以包含文件、目录、依赖库、运行时环境等。 每个层都包含了与前一层的差异，这种差异是通过文件系统的快照和增量存储来实现的。 当多个镜像共享相同的层时，这些层可以在磁盘上进行共享，节省存储空间每个层都包含了与前一层的差异，这种差异是通过文件系统的快照和增量存储来实现的。 容器在运行时会在所有层之上创建一个可写层，用于保存容器运行时的变更和数据。
• 优势：

• 高效的存储管理：由于层的共享，镜像只需要存储不同的层和差异，更加节省存储空间。
• 快速的镜像构建和传输：当构建镜像时，只需构建变化的层，而不是完整的镜像，加速了构建过程。同时，镜像的传输也更快，因为只需要传输变化的层。
• 灵活的镜像定制：通过添加、删除或修改特定层，可以定制和修改现有的镜像，而不必重新构建整个镜像。
• 更好的缓存和复用：Docker 引擎可以缓存每个层，并在构建时进行重复使用。当多个镜像共享相同的层时，这些层可以被多次复用，从而提高了构建和部署的效率。 通过镜像分层构建，Docker 提供了一种高效、可靠且可定制的方式来管理和交付应用程序。开发人员可以利用已有的层和镜像，减少构建时间和存储空间，同时也使得镜像的更新和维护更加方便。

容器（Container）

• 容器（Container）：容器是基于镜像创建的运行实例，它具有独立的文件系统、进程空间和网络接口。容器可以被快速启动、停止、删除和复制。

容器和镜像的联系和区别:

镜像，就是把一个应用在硬盘上的文件、及其运行环境、部分系统函数库文件一起打包形成的文件包。这个文件包是只读的。容器，就是将这些文件中编写的程序、函数加载到内存中允许，形成进程，只不过要隔离起来。因此一个镜像可以启动多次，形成多个容器进程。

仓库（Registry）

仓库是用来存储和共享镜像的地方。

镜像构建完成后，可以很容易在当前宿主机运行，但是想要在其他服务器上使用这个镜像，我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务，Docker Registry就是这样一个服务。 一个Docker Registry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一个软件的不同版本镜像，标签用于区分版本，如不给出标签，默认latest作为标签。 Docker Registry公开服务 开发给用户使用、允许用户管理镜像的Registry服务，可避免重复劳动，如Redis/Nginx等

• 官方的Docker镜像的托管平台：Docker Hub。
• 国内代理的DcokerHub公开服务：网易云镜像服务、DaoCloud 镜像市场、阿里云镜像库 等。

Docker Registry私有服务

公司内部使用、迭代的镜像Registry服务，需要用户自己完成代码打包、镜像上传。

总结：

通过本文的介绍，相信小伙伴已经对Docker有了更深入的了解，并且意识到它在现代软件开发和部署中的重要性和广泛应用。作为一种轻量级的容器化平台，Docker可以帮助开发人员简化环境配置、提高部署效率和资源利用率，并促进团队协作和持续交付。在未来的软件开发过程中，不妨尝试使用Docker来优化您的工作流程，提升开发体验和项目质量。