虚拟化技术

虚拟化技术从1960年代诞生，到2000年左右成为商业产品开始蓬勃发展，比如著名的VMWare, VirutalBox, KVM, Docker等。

目前大家熟知的虚拟化技术包括虚拟机(VM)和容器(Container)。

虚拟机技术促进了云计算的发展，让云计算厂商可以提供大量机器实例给到用户。

容器技术促进了云原生的发展，让运行在云环境的应用可以更好地享受云的优势。

从传统的物理机，到进化的虚拟机，各自的逻辑架构如下所示：

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虚拟机技术里的Hypervisor有2种类型：

  • 第一种：直接和硬件交互，不经过宿主机操作系统，比如HyperKit(Mac OSX)，Hyper-V(WIndows)，KVM(Linux)。

  • 第二种：宿主机操作系统上的一个应用，上面虚拟机示意图表示的是这个类型的Hypervisor，比如VirtualBox/VMWare。

Docker是什么

Docker没有严格的定义，Docker本质上是利用容器虚拟化技术，让开发者可以将他们的应用、依赖库和配置文件打包到一个可移植的镜像文件里，然后发布到任何流行的Linux机器上运行。

运行这个镜像文件会生成一个虚拟容器，应用程序在这个容器里运行，就好像在真实的物理机上运行一样。

容器化技术和Docker不能划等号，最早的容器技术是2008年发布的LXC(Linux Container)，但是不够好用，Docker基于LXC做了很多对应用开发友好的封装和改进，真正带动了容器化技术的流行。

后面随着Docker自身的技术架构演进，放弃了使用LXC，转而使用自研的libcontainer来和Linux kernel交互，后面libcontainer为了符合OCI(Open Container Initiative)标准，又封装重构为现在著名的runC。

Docker使用Go语言编写，底层实现上使用Namespace实现容器之间的资源隔离，使用cgroups(Control Groups)做资源限制。

容器技术的逻辑逻辑架构如下所示：

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容器是被隔离的进程(isolated process)，不要把容器理解为轻量级虚拟机，容器和虚拟机是2种完全不同的虚拟化技术。

Container Runtime：表示容器运行时，任何满足OCI标准的容器运行时都可以互相替换，就类比虚拟机里的Hypervisor也有VMWare和VirtualBox等不同的实现。目前最流行的容器运行时是由Docker捐献给CNCF的runC。

Docker实现的容器技术和传统的虚拟机相比，除了有上面说的架构上的区别，其它区别如下：

特性 Docker 虚拟机
启动速度 秒级 分钟级
交付/部署 开发，测试，生产环境一致 -
性能 近似物理机 性能损耗大
镜像大小 较小，KB-MB 较大，GB
迁移/扩展 跨平台，可复制 -

以Docker为代表的容器技术和虚拟机都是虚拟化技术，两者并不是互相取代的关系，它们有各自的适用场景，还可以结合在一起使用。

Docker架构

Docker是c/s架构，架构图如下：

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Docker daemon：简称dockerd，作为服务端，处理Client发过来的请求，管理Docker镜像、容器、网络和存储。

Docker client: 作为客户端和dockerd服务端交互，使用的是RESTful API。docker命令行工具CLI和带界面的docker客户端都可以称为Docker client。Docker client可以和多个dockerd交互。

Docker Registry：镜像仓库，用来存储Docker镜像，有公共仓库(public registry)和私有仓库(private registry)，类似GitHub的Public Repo和Private Repo。使用docker pull或docker run命令时，会从我们配置的registry仓库拉取镜像。使用docker push命令，会把镜像推送到我们配置的registry仓库。

Docker images： Docker镜像，是一个只读文件，里面有创建Docker容器的指令。一个镜像可以基于其它镜像来创建，比如我们可以基于已有的ubuntu镜像，添加Nginx和自己的应用程序来创建一个新的镜像。如果要创建自己的镜像文件，需要创建名为Dockerfile的文件，在该文件里按照指定的语法规则来定义创建和运行镜像文件的步骤。Dockerfile文件名也可以自定义，但是使用docker build构建镜像时就需要搭配-f选项来指定Dockerfile文件。

Docker containers：Docker容器，是镜像的运行实例，一个容器实际上就是一个被隔离的进程(isolated process)。Docker容器的生命周期如下图所示：

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Docker Engine：包含有Docker daemon, RESTful API, Docker CLI。

Docker安装

安装Desktop即可，Desktop支持Mac, Windows和Linux系统，包含了使用Docker所需要的一切工具集。

安装步骤参考：https://docs.docker.com/get-docker/

Docker使用

我们以官方的教学镜像作为简单示例。启动Desktop后，在电脑的终端上运行如下命令：

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docker run -d -p 80:80 docker/getting-started

该命令如果发现本地没有docker/getting-started镜像文件，会从官方的镜像仓库Docker Hub上拉取镜像并运行。

-d: 让容器进程以后台模式运行。

-p 80:80：把主机的80端口映射到容器里的80端口。

docker/getting-started：镜像名称。

启动后，打开一个浏览器，访问 http://localhost/ 就可以看到已经run起来的应用程序的界面了。

开源地址

文章和示例代码开源地址在GitHub: https://github.com/jincheng9/disributed-system-notes

公众号：coding进阶

个人网站：https://jincheng9.github.io/

References