Docker核心技術(shù)理解（一）

云計(jì)算 Docker的出現(xiàn)是近十年軟件工程領(lǐng)域的革命，Docker的技術(shù)完全可以重鑄整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)測(cè)試運(yùn)維等軟件部署的各個(gè)方面。 以前的虛擬化技術(shù)如VMware，OpenStack一般都是重量級(jí)的虛擬化，以VMware為例，首先的需要VMware這套軟件，在這基礎(chǔ)之上安裝具體的操作系統(tǒng)（比如ubantu鏡像1G左右），實(shí)際對(duì)內(nèi)存的損耗是特別大，因?yàn)槊總€(gè)操作系統(tǒng)的都有一個(gè)概念：“常駐內(nèi)存”， 不管你是否運(yùn)行什么軟件，只要系統(tǒng)運(yùn)行著，都會(huì)消耗著一部分內(nèi)存；就如在分布式的集群中，對(duì)于系統(tǒng)資源而言也是很大的消耗。 下面就是以docker為代表的container技術(shù)的框架簡(jiǎn)圖：
從上面可以看出Docker是以linux內(nèi)核（kernel）中的特性為支撐來(lái)完成虛擬化的，具體來(lái)說(shuō)，如在Linux中有namespace，cgroups等，利用這些內(nèi)容可以實(shí)現(xiàn)空間隔離，內(nèi)存、CPU的隔離，以及計(jì)算資源的分配控制和記錄，也就是說(shuō)我們可以構(gòu)建不同的用戶(hù)空間（userspace）。 實(shí)際上我們?cè)趯?xiě)程序的時(shí)候，比如說(shuō)server或者database，他們運(yùn)行的時(shí)候只關(guān)心userspace 用戶(hù)空間的，所以當(dāng)我們基于namespace，cgroups的時(shí)候，我們就可以在一臺(tái)服務(wù)器上，依靠多進(jìn)程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式，每個(gè)進(jìn)程就相當(dāng)于一個(gè)機(jī)器， 對(duì)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)是完全透明的，就應(yīng)用程序本生感知不到這是通過(guò)Docker虛擬化技術(shù)虛擬出來(lái)的一臺(tái)機(jī)器，他跟在真是機(jī)器上是一樣。 我們基于Docker技術(shù)就可以以進(jìn)程的方式，來(lái)做操作系統(tǒng)的用戶(hù)空間，而且他的開(kāi)銷(xiāo)幾乎可以忽略不計(jì)，我們?cè)谝慌_(tái)機(jī)器上運(yùn)行多臺(tái)機(jī)器的實(shí)例的時(shí)候，是可以榨干硬件的潛能的，包括內(nèi)存CPU、IO等等。從生產(chǎn)力的角度講，以Docker為代表的container技術(shù)把虛擬化的輕量級(jí)性以及云計(jì)算，或者說(shuō)是計(jì)算中心對(duì)資源（我們對(duì)硬件基本都是投入）投入而使用的價(jià)值是發(fā)揮到極致的，所有我們有足夠的理由選擇docker。 傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)與Docker虛擬化技術(shù)的核心區(qū)別： 創(chuàng)建速度方面：前者速度很慢（一般在分鐘級(jí)）而后者速度非?？欤ㄒ话阍诿爰?jí)）。 系統(tǒng)性能方面：前者通過(guò)對(duì)硬件層的模擬，增加了系統(tǒng)調(diào)用鏈路環(huán)節(jié)，有性能損耗，而后者共享內(nèi)核，幾乎沒(méi)有損耗。 資源消耗方面：前者消耗很大如有常駐內(nèi)存等，而后者消耗很小，一臺(tái)機(jī)器可以輕松創(chuàng)建多個(gè)Container。 操作系統(tǒng)覆蓋：支持Linux，Windows，mac等，后者目前僅Kernel所支持的OS，如Linux，ubantu，CentOS（借助工具除外）。 docker是目前容器虛擬化技術(shù)最成功的代表，它創(chuàng)建速度非?？?，如我們很多時(shí)候要?jiǎng)?chuàng)建100臺(tái)，以前基于VMware的傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)的時(shí)候，會(huì)非常麻煩，而且非常耗時(shí)間，但是如果基于docker的話(huà)，你就配置幾個(gè)參數(shù)就行，就可以從已有的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)例，變成10個(gè)或100個(gè)。 傳統(tǒng)虛擬化是對(duì)硬件的模擬，就像Java C語(yǔ)言一樣，增加了硬件層的模擬，就相當(dāng)于每一次調(diào)用的時(shí)候，要通過(guò)虛擬機(jī)，虛擬機(jī)又要轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)通過(guò)內(nèi)核調(diào)用硬件，而docker中直接調(diào)用硬件，幾乎沒(méi)有性能損耗。 資源消耗方面，傳統(tǒng)化技術(shù)，第一點(diǎn)，裝一個(gè)系統(tǒng)至少也得1G左右的大小， 第二點(diǎn)，即使不運(yùn)行任何的服務(wù)，他都有常駐內(nèi)存，而docker對(duì)于資源的消耗特別小，一臺(tái)主機(jī)可以輕松創(chuàng)建多個(gè)container（一般一個(gè)普通pc 8G 16G），假如你在container里邊運(yùn)行的服務(wù)不是很復(fù)雜的話(huà)，可以在很輕松的一臺(tái)pc上構(gòu)建20臺(tái)到50臺(tái)這樣的虛機(jī)（節(jié)點(diǎn)）在其他系統(tǒng)上建立開(kāi)發(fā)環(huán)境，如Windows，mac可以借助一個(gè)工具Boot2Docker,但是建議ubantu，centOS。 一直強(qiáng)調(diào)的一個(gè)觀點(diǎn)是：以docker為代表的container技術(shù) 是對(duì)內(nèi)核中的cgroups，namespace等內(nèi)容的使用，如看下圖： 當(dāng)我們保證獨(dú)立的基礎(chǔ)上，Linux的namespace就幫助我們完成了不同的namespace隔離出來(lái)的效果就是一個(gè)桃花源；從有應(yīng)用的視角看，就是一個(gè)完整的操作系統(tǒng)，從另外一個(gè)角度來(lái)看，既然我們?cè)谝慌_(tái)機(jī)器上有很多的container，而每一個(gè)container都會(huì)使用memory和CPU，那就涉及到內(nèi)核中資源的限制（cgroups），總結(jié)：Linux內(nèi)核基于namespace的隔離機(jī)制，以及 cgroups的資源控制機(jī)制來(lái)管理container 其實(shí)止于資源控制而言，cgroups 在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候回創(chuàng)建多個(gè)cgroups，也就是子進(jìn)程（subsystems），就會(huì)形成一個(gè)樹(shù)（看上圖），每個(gè)subsystem就會(huì)關(guān)聯(lián)到樹(shù)狀結(jié)構(gòu)上，例如圖上的CPU，memory其實(shí)就是一個(gè)subsystem，它會(huì)關(guān)聯(lián)到某種具體的cgroups實(shí)例上。一個(gè)subsystem其實(shí)就是代表一項(xiàng)資源的，除了這兩項(xiàng)，還有IO，上面包含了一個(gè)父cgroups和兩個(gè)子cgroups（共3個(gè)），關(guān)聯(lián)的時(shí)候會(huì)關(guān)聯(lián)兩個(gè)subsystem（CPU、memory），這兩項(xiàng)資源會(huì)通過(guò) cgroups具體的實(shí)例來(lái)與具體的 task連接，從內(nèi)核的角度看用戶(hù)空間，一個(gè)task就相當(dāng)進(jìn)程，我們的CPU、memory、IO就通過(guò)cgroups來(lái)控制具體進(jìn)程，來(lái)實(shí)現(xiàn)管理，一個(gè)時(shí)期的task進(jìn)程就是一個(gè)container實(shí)例，他可以加入到我們這個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)上的一個(gè)cgroups，cgroups就會(huì)限制我們的container的資源。當(dāng)然，cgroups和我們具體的container資源的關(guān)系實(shí)際上是一種多對(duì)多的關(guān)系，因?yàn)槲覀兊倪M(jìn)程本身需使用很多資源，一個(gè)cgroups可以連接到很多task，而一個(gè)task也可以連接到多個(gè)cgroups，但是在一個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)里邊我們只能加入一個(gè)cgroups，只于我們?nèi)萜鞫?，我們開(kāi)始創(chuàng)建的時(shí)候，UsegeCPU可能有一個(gè)CPUset，這個(gè)cgroups，然后會(huì)將具體container 的pid寫(xiě)入我們的 CPUset具體的task中去，這樣我們的container或者這個(gè)進(jìn)程就會(huì)加入到這個(gè)cgroups池里邊，。一個(gè)具體的container可能會(huì)加入到多個(gè)cgroups，因?yàn)閯倓偽覀冎徽劦降氖荂PUset，實(shí)際上也有IO，memory，這是內(nèi)核里面的內(nèi)容。 當(dāng)我們?cè)趦?nèi)核之上有很多用戶(hù)空間的時(shí)候，就一定會(huì)涉及到用戶(hù)空間根目錄以及文件結(jié)構(gòu)樹(shù)是什么，由于我們是基于一個(gè)具體的設(shè)備，真實(shí)的根目錄只有一個(gè)，所有的container都是掛載到真實(shí)物理跟目錄下的子目錄，而掛載上去后的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)完全由你自己設(shè)計(jì)。 chroot隔離出來(lái)的虛擬的文件系統(tǒng)會(huì)掛載到真實(shí)的文件系統(tǒng)之上，在container的角度看，對(duì)于像Apache這些應(yīng)用程序服務(wù)器看到的子目錄，其實(shí)就是他進(jìn)程的根目錄， Linux一個(gè)卓越的貢獻(xiàn)就是一切皆目錄。

本文標(biāo)題：Docker核心技術(shù)理解（一）
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