1.1 什么是Docker

1. Docker開源項(xiàng)目背景

Docker是基于Go語言實(shí)現(xiàn)的開源容器項(xiàng)目。它誕生于2013年年初，最初發(fā)起者是dotCloud公司。Docker自開源后受到業(yè)界廣泛的關(guān)注和參與，目前已有80多個相關(guān)開源組件項(xiàng)目（包括Containerd、Moby、Swarm等），逐漸形成了圍繞Docker容器的完整的生態(tài)體系。

dotCloud公司也隨之快速發(fā)展壯大，在2013年年底直接改名為Docker Inc，并專注于Docker相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)，目前已經(jīng)成為全球最大的Docker容器服務(wù)提供商。官方網(wǎng)站為docker.com，如圖1-1所示。

Docker項(xiàng)目已加入Linux基金會，并遵循Apache 2.0協(xié)議，全部開源代碼均在https://github.com/docker項(xiàng)目倉庫進(jìn)行維護(hù)。在Linux基金會最近一次關(guān)于“最受歡迎的云計(jì)算開源項(xiàng)目”的調(diào)查中，Docker僅次于2010年發(fā)起的OpenStack項(xiàng)目，并仍處于上升趨勢。2014年，Docker鏡像下載數(shù)達(dá)到了一百萬次，2015年直接突破十億次，2017年更是突破了驚人的百億次。

現(xiàn)在主流的操作系統(tǒng)包括Linux各大發(fā)行版、macOS、Windows等都已經(jīng)支持Docker。例如，Redhat RHEL 6.5/CentOS 6.5、Ubuntu 16.04以及更新的版本，都已經(jīng)在官方軟件源中默認(rèn)帶有Docker軟件包。此外，各大云服務(wù)提供商也紛紛推出了基于Docker的服務(wù)。Google公司在其Platform as a Service（PaaS）平臺及服務(wù)中廣泛應(yīng)用了Docker容器；IBM公司與Docker公司達(dá)成了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，進(jìn)行云業(yè)務(wù)上的深入技術(shù)合作；Microsoft公司在其Azure云平臺上支持安全可擴(kuò)展的Docker集群方案；公有云提供商Amazon在其AWS云平臺上集成了對Docker的支持，提供高性能快速的部署。

Docker的構(gòu)想是要實(shí)現(xiàn)“Build, Ship and Run Any App, Anywhere”，即通過對應(yīng)用的封裝（Packaging）、分發(fā)（Distribution）、部署（Deployment）、運(yùn)行（Runtime）生命周期進(jìn)行管理，達(dá)到應(yīng)用組件級別的“一次封裝，到處運(yùn)行”。這里的應(yīng)用組件，既可以是一個Web應(yīng)用、一個編譯環(huán)境，也可以是一套數(shù)據(jù)庫平臺服務(wù)，甚至是一個操作系統(tǒng)或集群。

基于Linux平臺上的多項(xiàng)開源技術(shù)，Docker提供了高效、敏捷和輕量級的容器方案，并支持部署到本地環(huán)境和多種主流云平臺。可以說，Docker首次為應(yīng)用的開發(fā)、運(yùn)行和部署提供了“一站式”的實(shí)用解決方案。

2. Linux容器技術(shù)——巨人的肩膀

與大部分新興技術(shù)的誕生一樣，Docker也并非“從石頭縫里蹦出來的”，而是站在前人的肩膀上。其中最重要的就是Linux容器（Linux Containers, LXC）技術(shù)。IBM DeveloperWorks網(wǎng)站關(guān)于容器技術(shù)的描述十分準(zhǔn)確：“容器有效地將由單個操作系統(tǒng)管理的資源劃分到孤立的組中，以更好地在孤立的組之間平衡有沖突的資源使用需求。與虛擬化相比，這樣既不需要指令級模擬，也不需要即時編譯。容器可以在核心CPU本地運(yùn)行指令，而不需要任何專門的解釋機(jī)制。此外，也避免了準(zhǔn)虛擬化（para-virtualization）和系統(tǒng)調(diào)用替換中的復(fù)雜性。”

當(dāng)然，LXC也經(jīng)歷了長期的演化。最早的容器技術(shù)可以追溯到1982年Unix系列操作系統(tǒng)上的chroot工具（直到今天，主流的Unix、Linux操作系統(tǒng)仍然支持和帶有該工具）。早期的容器實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括Sun Solaris操作系統(tǒng)上的Solaris Containers（2004年發(fā)布）, FreeBSD操作系統(tǒng)上的FreeBSD jail（2000年左右發(fā)布），以及GNU/Linux上的Linux-VServer（http://linux-vserver.org,2001年10月）和OpenVZ（http://openvz.org,2005年）。

在LXC之前，這些相關(guān)技術(shù)經(jīng)過多年的演化已經(jīng)十分成熟和穩(wěn)定，但是由于種種原因，它們并沒有被很好地集成到主流的Linux內(nèi)核中，使用起來并不方便。例如，如果用戶要使用OpenVZ技術(shù)，需要先手動給操作系統(tǒng)打上特定的內(nèi)核補(bǔ)丁方可使用，而且不同版本并不一致。類似的困難造成在很長一段時間內(nèi)這些優(yōu)秀的技術(shù)只在技術(shù)人員的小圈子中交流。

后來LXC項(xiàng)目借鑒了前人成熟的容器設(shè)計(jì)理念，并基于一系列新引入的內(nèi)核特性，實(shí)現(xiàn)了更具擴(kuò)展性的虛擬化容器方案。更加關(guān)鍵的是，LXC終于被集成到到主流Linux內(nèi)核中，進(jìn)而成為Linux系統(tǒng)輕量級容器技術(shù)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。從技術(shù)層面來看，LXC已經(jīng)趟過了絕大部分的“坑”，完成了容器技術(shù)實(shí)用化的大半歷程。

3．從Linux容器到Docker

在LXC的基礎(chǔ)上，Docker進(jìn)一步優(yōu)化了容器的使用體驗(yàn)，讓它進(jìn)入尋常百姓家。首先，Docker提供了各種容器管理工具（如分發(fā)、版本、移植等），讓用戶無須關(guān)注底層的操作，更加簡單明了地管理和使用容器；其次，Docker通過引入分層文件系統(tǒng)構(gòu)建和高效的鏡像機(jī)制，降低了遷移難度，極大地改善了用戶體驗(yàn)。用戶操作Docker容器就像操作應(yīng)用自身一樣簡單。

早期的Docker代碼實(shí)現(xiàn)是直接基于LXC的。自0.9版本開始，Docker開發(fā)了libcon-tainer項(xiàng)目作為更廣泛的容器驅(qū)動實(shí)現(xiàn)，從而替換掉了LXC的實(shí)現(xiàn)。目前，Docker還積極推動成立了runC標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，并貢獻(xiàn)給開放容器聯(lián)盟，試圖讓容器的支持不再局限于Linux操作系統(tǒng)，而是更安全、更開放、更具擴(kuò)展性。

簡單地講，讀者可以將Docker容器理解為一種輕量級的沙盒（sandbox）。每個容器內(nèi)運(yùn)行著一個應(yīng)用，不同的容器相互隔離，容器之間也可以通過網(wǎng)絡(luò)互相通信。容器的創(chuàng)建和停止十分快速，幾乎跟創(chuàng)建和終止原生應(yīng)用一致；另外，容器自身對系統(tǒng)資源的額外需求也十分有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)虛擬機(jī)。很多時候，甚至直接把容器當(dāng)作應(yīng)用本身也沒有任何問題。

筆者相信，隨著Docker技術(shù)的進(jìn)一步成熟，它將成為更受歡迎的容器虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并在云計(jì)算和DevOps等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。