《Docker极简教程》--Docker基础--Docker的基本概念

在这篇文章中我们先大致的了解以下Docker的基本概念，在后续的文章中我们会详细的讲解这些概念以及使用。

一、容器(Container)

1.1 容器的定义和特点

1. 容器的定义
   容器是一种轻量级、可移植的软件打包技术，用于打包应用及其依赖项和运行环境，形成一个独立的可执行单元，被称为容器。这种技术旨在确保应用程序能够在任何环境中都能够一致地运行。

2. 容器的特点

   • 轻量性

     • 容器共享宿主机的内核，无需额外的操作系统，因此占用资源较少。
     • 启动速度快，几乎瞬间就能运行起来。

   • 可移植性

     • 容器包含应用及其所有依赖项，可以在不同的环境中运行，避免了“在我机器上可以运行”的问题。
     • 确保应用在开发、测试和生产环境之间的一致性。

   • 隔离性

     • 使用命名空间（Namespaces）技术隔离进程，每个容器有自己独立的进程空间，互不影响。
     • 使用控制组（Cgroups）技术限制容器对系统资源的访问，确保公平分配和资源隔离。

   • 可扩展性

     • 容器可以快速部署，易于复制，支持快速水平扩展。
     • 容器编排工具（如Kubernetes）支持管理大规模容器集群。

   • 版本控制和快速部署

     • 容器镜像可以版本化，方便进行回滚和升级。
     • 快速部署和回滚，支持快速迭代和持续交付。

   • 开发和运维的协作

     • 容器化应用可以与所需的运行环境一同打包，减少了开发和运维之间的差异。
     • 支持开发、测试和运维团队的协同工作。

2.2 容器与虚拟机的区别

容器与虚拟机是两种不同的虚拟化技术，它们在架构、性能、资源利用和部署速度等方面存在一些关键区别。以下是容器与虚拟机之间的主要区别：

1. 架构和隔离度：
   • 容器： 利用操作系统的内核进行隔离，使用命名空间和控制组等技术确保容器之间的隔离。容器共享宿主机的内核，但有自己的文件系统和进程空间。
   • 虚拟机： 使用完整的操作系统实例，每个虚拟机都有自己的内核、文件系统和用户空间。虚拟机通过Hypervisor进行隔离，它模拟硬件并允许多个操作系统在同一物理服务器上运行。
2. 资源占用和启动速度：
   • 容器： 共享宿主机的内核，因此资源占用较少，启动速度很快。容器可以在几秒内启动。
   • 虚拟机： 需要模拟整个操作系统，因此资源占用相对较高，启动速度较慢。虚拟机通常需要几分钟才能启动。
3. 资源利用效率：
   • 容器： 由于容器共享宿主机的内核，资源利用效率较高。容器可以在相同硬件上运行更多的实例。
   • 虚拟机： 每个虚拟机都有自己的操作系统，因此资源利用效率相对较低，需要更多的资源来运行相同数量的实例。
4. 部署和移植性：
   • 容器： 容器打包应用及其依赖项，具有高度可移植性，可以在不同环境中轻松部署。
   • 虚拟机： 虚拟机包含完整的操作系统，部署时可能需要更多的配置和调整，移植性相对较差。
5. 管理和维护：
   • 容器： 管理容器相对较简单，可以使用容器编排工具（如Kubernetes）进行自动化管理。
   • 虚拟机： 管理虚拟机涉及更多的操作系统管理任务，例如更新和维护，相对较复杂。

二、镜像(Image)

2.1 镜像的概念和作用

镜像是Docker中的关键概念，它是一个轻量级、独立的可执行软件包，包含运行应用程序所需的一切，包括代码、运行时、库、环境变量和配置文件。镜像是容器的基础，通过镜像可以创建并运行一个或多个容器实例。以下是关于Docker镜像的概念和作用的详细说明：

1. 概念：
   • Docker镜像是只读的： 一旦创建，镜像就是只读的，不会发生改变。任何对容器的修改都是在容器层进行的，不会影响原始镜像。
   • 层次结构： 镜像由多个层次组成，每个层次代表一个对镜像的修改。这种分层结构使得镜像在构建和分享时更为高效，因为可以共享相同的层次。
2. 作用：
   • 创建容器实例： 镜像是容器的基础，通过镜像可以创建容器实例。容器实例是镜像的运行时表示，包含了一个可运行的应用程序。
   • 环境一致性： 镜像确保应用程序在不同环境中运行时的一致性，消除了“在我机器上可以运行”的问题。
   • 快速部署和扩展： 镜像可以快速部署，使得应用程序的扩展变得更加容易。多个容器可以使用相同的镜像进行部署，确保一致性和可重复性。
   • 版本管理： 镜像可以版本化，不同版本的镜像可以用于回滚或升级应用程序，支持灵活的版本管理。
   • 分发和共享： 镜像可以保存在镜像仓库中，如Docker Hub，供其他开发者和团队使用。这样的分发方式使得应用程序的共享和交流更加方便。

2. 2 镜像的层次结构

Docker镜像采用层次结构的设计，这种结构使得镜像在构建和分享时更为高效，同时支持镜像的版本控制。以下是镜像层次结构的主要概念：

1. 基础镜像层：
   • 每个Docker镜像都有一个基础层，该层包含了操作系统的基本文件系统和配置信息。这个基础层通常是一个最小化的Linux发行版，例如Alpine Linux或Ubuntu。
2. 镜像的多层叠加：
   • 镜像是通过在基础层上叠加多个层次来构建的。每个层次都代表了对镜像的修改，这可以是添加文件、安装软件包、修改配置等。这样的设计允许镜像的复用，多个镜像可以共享相同的基础层。
3. 每层是只读的：
   • 每个层次都是只读的，一旦创建，就不会发生变化。如果对容器进行了修改，实际上是在添加一个新的可写层，该层叠加在镜像的顶部。
4. 镜像的ID和标签：
   • 镜像由一个唯一的ID标识，通常是一个长字符串，但为了方便使用，Docker还支持给镜像设置标签。标签是用户友好的标识符，例如ubuntu:20.04，其中的20.04就是标签。
5. 分层的优势：
   • 分层结构使得镜像的构建更加高效，因为只有发生变化的层次需要重新构建，其他层次可以被重复使用。
   • 分层结构还支持镜像的版本控制，不同版本的镜像可以共享相同的基础层，减小存储和传输的开销。

通过这种分层结构，Docker镜像可以更加高效地存储、传输和分享。这也是Docker支持快速启动和轻量级的原因之一。

三、仓库(Registry)

3.1 仓库的作用和类型

Docker 仓库（Repository）是用于存储和组织 Docker 镜像的地方。仓库可以包含多个镜像，每个镜像可以有不同的标签（Tag）。仓库是分发和分享镜像的中心，提供了一个集中管理镜像的地方。以下是 Docker 仓库的主要作用和一些类型：

1. 作用：
   • 存储和管理镜像： 仓库用于集中存储和管理 Docker 镜像，使得开发者和团队可以方便地访问和共享这些镜像。
   • 版本控制： 仓库支持对镜像进行版本控制，用户可以通过标签（Tag）来区分不同版本的镜像。
   • 分发和分享： 通过仓库，可以轻松地分享和分发镜像，确保不同的团队和环境可以使用相同的镜像。
2. 类型：
   • 公共仓库（Public Repository）： 这是由 Docker 公司提供的免费仓库服务，最著名的是 Docker Hub。在 Docker Hub 上，开发者可以免费存储和分享公共镜像，也可以购买私有仓库服务用于私有镜像的存储。
   • 私有仓库（Private Repository）： 一些组织可能需要将一些敏感或专有的镜像存储在私有仓库中，以保护其知识产权。除了 Docker Hub 提供的私有仓库服务外，还有其他一些第三方提供私有仓库的解决方案。
   • 自托管仓库（Self-hosted Repository）： 一些组织可能出于安全或合规性的考虑，选择在自己的内部网络上建立自己的 Docker 仓库。这样可以完全掌控镜像的存储和分发。

Docker 仓库是 Docker 生态系统中的一个重要组成部分，它提供了一个集中化的、可访问的地方，方便开发者存储、分享和分发 Docker 镜像。

3.2 Docker Hub的介绍

Docker Hub是由Docker公司提供的公共Docker镜像仓库服务，是Docker生态系统中最受欢迎的集中存储、分享和管理Docker镜像的平台。以下是关于Docker Hub的主要介绍：

1. 免费公共仓库：
   • Docker Hub 提供了一个免费的公共仓库，任何人都可以在这里上传、存储和分享Docker镜像。这为开发者提供了一个便捷的方式来获取和共享Docker镜像。
2. 私有仓库服务：
   • 除了免费的公共仓库外，Docker Hub还提供了私有仓库服务。这使得开发者和组织可以在私有空间中存储敏感或专有的Docker镜像，以确保安全性和合规性。
3. 版本控制：
   • Docker Hub支持对镜像进行版本控制，开发者可以通过标签（Tag）来标识不同版本的镜像。这有助于确保在不同环境中使用相同的镜像版本。
4. 自动构建：
   • Docker Hub允许将镜像源代码与版本库关联，通过自动构建功能，可以在每次代码推送时自动构建镜像。这简化了持续集成和持续部署（CI/CD）流程。
5. 集成GitHub：
   • Docker Hub可以与GitHub等代码托管平台进行集成，使得构建和发布Docker镜像的流程更加无缝。通过GitHub Webhooks，代码变更可以触发Docker Hub上的自动构建。
6. 组织和团队支持：
   • Docker Hub支持组织和团队的概念，使得多个开发者可以协同工作，共享和管理镜像。这对于团队协作和镜像管理非常有用。
7. 搜索和浏览功能：
   • Docker Hub提供强大的搜索和浏览功能，使得用户能够轻松找到他们需要的镜像。同时，每个镜像都有详细的描述和文档，方便用户了解和使用。

Docker Hub为Docker用户提供了一个便捷、集中、可扩展的平台，方便存储、分享和管理Docker镜像。它是Docker生态系统中的一个关键组成部分，为开发者提供了许多有用的功能和工具。

四、总结

Docker Hub是Docker生态系统中的核心服务，为开发者提供了免费的公共仓库和私有仓库服务。作为一个集中存储、分享和管理Docker镜像的平台，Docker Hub支持版本控制、自动构建、与代码托管平台的集成，以及组织和团队的协作。它简化了持续集成和部署流程，同时通过强大的搜索和浏览功能，使用户能够方便地找到所需的镜像。提供了详细的镜像描述和文档，使用户能够了解和正确使用镜像。总体而言，Docker Hub是一个方便、可扩展且功能丰富的平台，促进了Docker镜像的存储、共享和管理，为开发者提供了便捷而强大的工具。