一、Docker 概念、生态、相关版本

一、容器及Docker 概念

1、什么是容器？

先从认识容器开始

先来看看容器较为官方的解释：

一句话概括容器：容器就是将软件打包成标准化单元，以用于开发、交付和部署。

容器镜像是轻量的、可执行的独立软件包，包含软件运行所需的所有内容：代码、运行时环境、系统工具、系统库和设置。
容器化软件适用于基于Linux和Windows的应用，在任何环境中都能够始终如一地运行。
容器赋予了软件独立性，使其免受外在环境差异（例如，开发和预演环境的差异）的影响，从而有助于减少团队间在相同基础设施上运行不同软件时的冲突。

再来看看容器较为通俗的解释：

如果需要通俗的描述容器的话，我觉得容器就是一个存放东西的地方，就像书包可以装各种文具、衣柜可以放各种衣服、鞋架可以放各种鞋子一样。我们现在所说的容器存放的东西可能更偏向于应用比如网站、程序甚至是系统环境。

图解物理机、虚拟机与容器

关于虚拟机与容器的对比在后面会详细介绍到，这里只是通过网上的图片加深大家对于物理机、虚拟机与容器这三者的理解。

物理机：

虚拟机：

容器：

通过上面这三张抽象图，我们大概可以通过类比概括出：容器虚拟化的是操作系统而不是硬件，容器之间是共享同一套操作系统资源的。虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统。因此容器的隔离级别会稍低一些。

相信通过上面的解释大家对于容器这个既陌生又熟悉的概念有了一个初步的认识，下面我们就来谈谈Docker的一些概念。

2、什么是Docker

说实话关于Docker是什么并太好说，下面我通过四点向你说明Docker到底是个什么东西。

Docker是世界领先的软件容器平台。
Docker使用Google公司推出的Go语言进行开发实现，基于Linux内核的cgroup，namespace，以及AUFS类的UnionFS等技术，对进程进行封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术。由于隔离的进程独立于宿主和其它的隔离的进程，因此也称其为容器。Docke最初实现是基于LXC。
Docker能够自动执行重复性任务，例如搭建和配置开发环境，从而解放了开发人员以便他们专注在真正重要的事情上：构建杰出的软件。
用户可以方便地创建和使用容器，把自己的应用放入容器。容器还可以进行版本管理、复制、分享、修改，就像管理普通的代码一样。

Docker思想

集装箱
标准化： ①运输方式、②存储方式、 ③API接口
隔离

Docker容器的特点

轻量，在一台机器上运行的多个Docker容器可以共享这台机器的操作系统内核；它们能够迅速启动，只需占用很少的计算和内存资源。镜像是通过文件系统层进行构造的，并共享一些公共文件。这样就能尽量降低磁盘用量，并能更快地下载镜像。
标准，Docker容器基于开放式标准，能够在所有主流Linux版本、Microsoft Windows以及包括VM、裸机服务器和云在内的任何基础设施上运行。
安全，Docker赋予应用的隔离性不仅限于彼此隔离，还独立于底层的基础设施。Docker默认提供最强的隔离，因此应用出现问题，也只是单个容器的问题，而不会波及到整台机器。

为什么要用Docker

Docker的镜像提供了除内核外完整的运行时环境，确保了应用运行环境一致性，从而不会再出现“这段代码在我机器上没问题啊”这类问题；——一致的运行环境
可以做到秒级、甚至毫秒级的启动时间。大大的节约了开发、测试、部署的时间。——更快速的启动时间
避免公用的服务器，资源会容易受到其他用户的影响。——隔离性
善于处理集中爆发的服务器使用压力；——弹性伸缩，快速扩展
可以很轻易的将在一个平台上运行的应用，迁移到另一个平台上，而不用担心运行环境的变化导致应用无法正常运行的情况。——迁移方便
使用Docker可以通过定制应用镜像来实现持续集成、持续交付、部署。——持续交付和部署

每当说起容器，我们不得不将其与虚拟机做一个比较。

容器 VS 虚拟机

简单来说：容器和虚拟机具有相似的资源隔离和分配优势，但功能有所不同，因为容器虚拟化的是操作系统，而不是硬件，因此容器更容易移植，效率也更高。

两者对比图

传统虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统，在该系统上再运行所需应用进程；而容器内的应用进程直接运行于宿主的内核，容器内没有自己的内核，而且也没有进行硬件虚拟。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。

容器与虚拟机 (VM) 总结

特性	容器	虚拟机
启动时间	秒级	分钟级
占用磁盘	一般为 MB	一般为 GB
性能	接近原生	弱于
系统支持量	单机支持上千个容器	一般几十个

容器是一个应用层抽象，用于将代码和依赖资源打包在一起。多个容器可以在同一台机器上运行，共享操作系统内核，但各自作为独立的进程在用户空间中运行。与虚拟机相比，容器占用的空间较少（容器镜像大小通常只有几十兆），瞬间就能完成启动。
虚拟机（VM）是一个物理硬件层抽象，用于将一台服务器变成多台服务器。管理程序允许多个VM在一台机器上运行。每个VM都包含一整套操作系统、一个或多个应用、必要的二进制文件和库资源，因此占用大量空间。而且VM启动也十分缓慢。

通过Docker官网，我们知道了这么多Docker的优势，但是大家也没有必要完全否定虚拟机技术，因为两者有不同的使用场景。虚拟机更擅长于彻底隔离整个运行环境。例如，云服务提供商通常采用虚拟机技术隔离不同的用户。而Docker通常用于隔离不同的应用，例如前端，后端以及数据库。

容器与虚拟机（VM）两者是可以共存的

就我而言，对于两者无所谓谁会取代谁，而是两者可以和谐共存。

Docker中非常重要的三个基本概念，理解了这三个概念，就理解了 Docker 的整个生命周期。

Docker基本概念

Docker包括三个基本概念：

镜像（Image）
容器（Container）
仓库（Repository）

镜像（Image）——一个特殊的文件系统

操作系统分为内核和用户空间。对于Linux而言，内核启动后，会挂载root文件系统为其提供用户空间支持。而Docker镜像（Image），就相当于是一个root文件系统。

Docker镜像是一个特殊的文件系统，除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外，还包含了一些为运行时准备的一些配置参数（如匿名卷、环境变量、用户等）。镜像不包含任何动态数据，其内容在构建之后也不会被改变。

Docker设计时，就充分利用Union FS的技术，将其设计为分层存储的架构。镜像实际是由多层文件系统联合组成。

镜像构建时，会一层层构建，前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变，后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如，删除前一层文件的操作，实际不是真的删除前一层的文件，而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候，虽然不会看到这个文件，但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此，在构建镜像的时候，需要额外小心，每一层尽量只包含该层需要添加的东西，任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。

分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层，然后进一步添加新的层，以定制自己所需的内容，构建新的镜像。

容器（Container）——镜像运行时的实体

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。

容器的实质是进程，但与直接在宿主执行的进程不同，容器进程运行于属于自己的独立的命名空间。前面讲过镜像使用的是分层存储，容器也是如此。

容器存储层的生存周期和容器一样，容器消亡时，容器存储层也随之消亡。因此，任何保存于容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。

按照Docker最佳实践的要求，容器不应该向其存储层内写入任何数据，容器存储层要保持无状态化。所有的文件写入操作，都应该使用数据卷（Volume）、或者绑定宿主目录，在这些位置的读写会跳过容器存储层，直接对宿主（或网络存储）发生读写，其性能和稳定性更高。数据卷的生存周期独立于容器，容器消亡，数据卷不会消亡。因此，使用数据卷后，容器可以随意删除、重新run，数据却不会丢失。

仓库（Repository）——集中存放镜像文件的地方

镜像构建完成后，可以很容易的在当前宿主上运行，但是，如果需要在其它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就是这样的服务。

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。所以说：镜像仓库是Docker用来集中存放镜像文件的地方类似于我们之前常用的代码仓库。

通常，一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像，而标签就常用于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。

这里补充一下Docker Registry公开服务和私有Docker Registry的概念：

Docker Registry公开服务是开放给用户使用、允许用户管理镜像的Registry服务。一般这类公开服务允许用户免费上传、下载公开的镜像，并可能提供收费服务供用户管理私有镜像。

最常使用的Registry公开服务是官方的Docker Hub ，这也是默认的Registry，并拥有大量的高质量的官方镜像，网址为：hub.docker.com/ 。在国内访问Docker Hub可能会比较慢国内也有一些云服务商提供类似于Docker Hub的公开服务。

除了使用公开服务外，用户还可以在本地搭建私有Docker Registry 。Docker官方提供了Docker Registry镜像，可以直接使用做为私有Registry服务。开源的Docker Registry镜像只提供了Docker Registry API的服务端实现，足以支持Docker命令，不影响使用。但不包含图形界面，以及镜像维护、用户管理、访问控制等高级功能。

最后谈谈：Build，Ship，and Run

如果你搜索Docker官网，会发现如下的字样：“Docker - Build, Ship, and Run Any App, Anywhere”。那么Build，Ship，and Run到底是在干什么呢？

Build（构建镜像）：镜像就像是集装箱包括文件以及运行环境等等资源。
Ship（运输镜像）：主机和仓库间运输，这里的仓库就像是超级码头一样。
Run （运行镜像）：运行的镜像就是一个容器，容器就是运行程序的地方。

Docker运行过程也就是去仓库把镜像拉到本地，然后用一条命令把镜像运行起来变成容器。所以，我们也常常将Docker称为码头工人或码头装卸工，这和Docker的中文翻译搬运工人如出一辙。

总结

本文主要把Docker中的一些常见概念做了详细的阐述，但是并不涉及Docker的安装、镜像的使用、容器的操作等内容。这部分东西，希望读者自己可以通过阅读书籍与官方文档的形式掌握。

二、Docker 生态

Docker 和容器技术的发展可谓是日新月异，docker 目前的生态圈。既然是概览，所以不会涉及具体的技术细节。

Docker 自从发布以来发生了很多的变化，并且有些方面的变化还非常大。对于技术爱好者来说，我们喜欢酷毙新的功能，喜欢旧功能的改善。但对于生产环境中的使用者来说，其实不太喜欢这种频繁的变化！不管怎样，我们都有必要理清 docker 生态系统中的众多概念及它们之间的关系，以及 docker 自诞生至今(2018 年)的里程碑性事件。

百花齐放的容器技术

虽然 docker 把容器技术推向了巅峰，但容器技术却不是从 docker 诞生的。实际上，容器技术连新技术都算不上，因为它的诞生和使用确实有些年头了。下面的一串名称肯能有的你都没有听说过，但它们的确都是容器技术的应用：

Chroot Jail
FreeBSD Jails
Linux VServer
Solaris Containers
OpenVZ
Process Containers
LXC
Warden
LMCTFY
Docker
RKT

Chroot Jail

就是我们常见的 chroot 命令的用法。它在 1979 年的时候就出现了，被认为是最早的容器化技术之一。它可以把一个进程的文件系统隔离起来。

The FreeBSD Jail

Freebsd Jail 实现了操作系统级别的虚拟化，它是操作系统级别虚拟化技术的先驱之一。

Linux VServer

使用添加到 Linux 内核的系统级别的虚拟化功能实现的专用虚拟服务器。

Solaris Containers

它也是操作系统级别的虚拟化技术，专为 X86 和 SPARC 系统设计。Solaris 容器是系统资源控制和通过 "区域" 提供边界隔离的组合。

OpenVZ

OpenVZ 是一种 Linux 中操作系统级别的虚拟化技术。它允许创建多个安全隔离的 Linux 容器，即 VPS。

Process Containers

Process 容器由 Google 的工程师开发，一般被称为 cgroups。

LXC

LXC 又叫 Linux 容器，这也是一种操作系统级别的虚拟化技术，允许使用单个 Linux 内核在宿主机上运行多个独立的系统。

Warden

在最初阶段，Warden 使用 LXC 作为容器运行时。如今已被 CloudFoundy 取代。

LMCTFY

LMCTY 是 Let me contain that for you 的缩写。它是 Google 的容器技术栈的开源版本。

Google 的工程师一直在与 docker 的 libertainer 团队合作，并将 libertainer 的核心概念进行抽象并移植到此项目中。该项目的进展不明，估计会被 libcontainer 取代。

Docker

Docker 是一个可以将应用程序及其依赖打包到几乎可以在任何服务器上运行的容器的工具。

RKT

RKT 是 Rocket 的缩写，它是一个专注于安全和开放标准的应用程序容器引擎。

正如我们所看到的，docker 并不是第一个容器化技术，但它的确是最知名的一个。Docker 诞生于 2013 年，并获得了快速的发展，下图展示了当前 docker 平台中的组成部分(此图来自互联网)：

Docker 立于系统基础架构之上并为应用程序提供支撑。它由称为 containerd 的行业标准容器运行时组件，称为 docker swarm 的本地编排工具，以及开源的 docker community 版本和提供商业管理服务的 docker enterprise 版组成。

与 docker 相关的重要概念

Docker & LXC

Docker 的第一个执行环境是 LXC，但从版本 0.9 开始 LXC 被 libcontainer 取代。

Docker & libcontainer

Libcontainer 为 docker 封装了 Linux 提供的基础功能，如 cgroups，namespaces，netlink 和 netfilter 等，如下图所示：

2015 - Docker ＆ runC

2015 年，docker 发布了 runC，一个轻量级的跨平台的容器运行时。这基本上就是一个命令行小工具，可以直接利用 libcontainer 运行容器，而无需通过 docker engine。runC 的目标是使标准容器在任何地方都可用。

Docker & The Open Containers Initiative(OCI)

OCI 是一个轻量级的开放式管理架构，由 docker，CoreOS 和容器行业的其他领导厂商于 2015 年建立。它维护一些项目，如 runC ，还有容器运行时规范和镜像规范。OCI 的目的是围绕容器行业制定标准，比如使用 docker 创建的容器可以在任何其他容器引擎上运行。

2016 - Docker & containerd

2016年，Docker 分拆了 containerd，并将其捐赠给了社区。将这个组件分解为一个单独的项目，使得 docker 将容器的管理功能移出 docker 的核心引擎并移入一个单独的守护进程(即 containerd)。

Docker Components

分拆完 containerd 后，docker 各组件的关系如下图所示(此图来自互联网)：

至此，docker 从一个单一的软件演变成了一套相互独立的组件和项目。

Docker 如何运行一个容器？

Docker 引擎创建容器映像
将容器映像传递给 containerd
containerd 调用 containerd-shim
containerd-shim 使用 runC 来运行容器
containerd-shim 允许运行时(本例中为 runC)在启动容器后退出

该模型带来的最大好处是在升级 docker 引擎时不会中断容器的运行。

2017 - 容器成为主流

2017 年是容器成为主流技术的一年，这就是为什么 docker 在 Linux 之外支持众多平台的原因（Docker for Mac，Docker for Windows，Docker for AWS，GCP 等）。

当容器技术被大众接受后，Docker 公司意识到需要新的生产模型，这就是为什么它开始 Moby 项目。

Moby Project

Moby 项目开启了实现协作和生产的新篇章。它是一个开源项目，旨在推进软件的容器化。Moby 项目提供了数十个乐高积木一样的组件以及将它们组装成定制的基于容器的系统的框架。

Docker 生产模型像任何其他常见的单个开源项目一样开始(此图来自互联网)：

进而将单个项目拆分为不同的开放组件(此图来自互联网)：

然后进化到可以共享这些组件以及组件集合(assembly)的模型(此图来自互联网)：

最终达到能够提供更多关于组件和通用组件集合的协作的模型(此图来自互联网)：

下面我们就来介绍一些 Moby 项目中的组件。

Containerd

Containerd 是 docker 基于行业标准创建的核心容器运行时。它可以用作 Linux 和 Windows 的守护进程，并管理整个容器生命周期。

Linuxkit

Linuxkit 是 Moby 项目中的另一个组件，它是为容器构建安全、跨平台、精简系统的工具。目前已经支持的本地 hypervisor 有 hyper-v 和 vmware。支持的云平台有 AWS、Azure 等。

Infrakit

Infrakit 也是 Moby 项目的一部分。它是创建和管理声明式、不可变和自我修复基础架构的工具包。

Infrakit 旨在自动化基础架构的设置和管理，以支持分布式系统和更高级别的容器编排系统。Infrakit 对于像 Docker Swarm 和 Kubernetes 这样的编排工具或跨越 AWS 等公共云创建自动缩放群集的用例很有用。

Libnetwork

Libnetwork 是用 Go 语言实现的容器网络管理项目。它的目标是定义一个容器网络模型(CNM)，

并为应用程序提供一致的编程接口以及网络抽象。这样就可以满足容器网络的 "可组合" 需求。

Docker & Docker Swarm

Docker Swarm 是一个在 docker 引擎中构建的编排工具。从 docker 1.12 开始它就作为一个独立的工具被原生包含在 docker engine 中。我们可以使用 docker cli 通过 docker swarm 创建群集，并部署和管理应用程序和服务。下图描述了 docker swarm 在 docker 体系中的作用(此图来自互联网)：

Docker＆Kubernetes

在 docker swarm 与 kubernetes 的竞争中，显然是 kubernetes 占据了优势。所以 docker 紧急掉头，开始原生的支持与 kubernetes 的集成。这可是 2017 年容器界的一大新闻啊！至此，docker 用户和开发人员可以自由地选择使用 kubernetes 或是 swarm 执行容器的编排工作。我们可以认为 docker 与 kubernetes 联姻了(此图来自互联网)：

新的支持 kubernetes 集成的 docker 版本将允许用户把他们的 docker compose 应用程序部署为 kubernetes 本地 pod 和服务。Kubernetes 是一款非常强大且逐渐被大众认可的本地编排工具(此图来自互联网)：

希望大家没有被文中众多的名称和概念搞糊涂，让我们以下图来结束本文，它展示了从 2013 年到 2017 年从 docker hub 拉取镜像次数的趋势：

三、Docker 版本简介

Docker在2016年很早的时候就明确了将会在企业级方面重点跟进。而在短短的一年时间之内推出的1.12和1.13的版本在功能上确实是很大的进步。而在2017年的3月1号之后，Docker的版本命名开始发生变化，同时将CE版本和EE版本进行分开

https://docs.docker-cn.com/

Docker Engine改为Docker CE（社区版）

它包含了CLI客户端、后台进程/服务以及API。用户像以前以同样的方式获取。

Docker Data Center改为Docker EE（企业版）

在Docker三个定价层增加了额外的支付产品和支持

这些修改并不影响Docker Compose以及Docker Machine

https://store.docker.com/

Docker版本现在基于YY.MM

在此之前docker的最新版本更新到docker1.13，而在1.13的基础之上，在2017年的3月1号开始，版本的格式变为如下

使用基于月份的发行版本，17.03 的第一版就指向17.03.0，如果有bug/安全修复需要发布，那么将会指向17.03.1等等。

"Edge"与"Stable"两个版本发行

Edge版本每月发布，提供一个月支持。

Stable版本每季度发布，提供4个月支持。

你可以通过Docker EE订阅延长Stable版本支持以及补丁修复。

项目	说明
版本格式	YY.MM
stable版本	每个季度发行
edge版本	每个月发行
当前CE版本	17.03.0-ce

https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/centos/

首先要在所需的支持软件包：

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

添加 yum 源：

yum-config-manager \ --add-repo \ https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

可选则：启用edge和test 库。这些存储库包含在上面的DOCK.RIPO文件中，但默认情况下是禁用的。您可以在稳定存储库旁边启用它们。

# yum-config-manager --enable docker-ce-edge

# yum-config-manager --enable docker-ce-test

注意：如果您启用了多个DOCK存储库，则在YUM安装或YUM更新命令中不指定版本的安装或更新总是安装最高可能的版本，这可能不适合您的稳定性需求。

安装 Docker CE

yum install docker-ce

或者：要安装特定版本的DOCKE CE，请列出RePO中的可用版本，然后选择并安装：

yum list docker-ce --showduplicates | sort -r

yum install docker-ce-<VERSION STRING>

启动 Docker

systemctl start docker

自启动 Docker

systemctl enable docker

通过运行Hello World映像来验证是否正确安装了DOCKER。

docker run hello-world

卸载 Docker CE

首先卸载 Docker 软件包

yum remove docker-ce

您的主机上的镜像、容器、卷或自定义配置文件不会自动删除。删除所有图像、容器和卷：

rm -rf /var/lib/docker

必须手动删除任何已编辑的配置文件。

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