概念铺垫（1）

虚拟化相关概念

物理机：实际的服务器或者计算机。相对于虚拟机而言的对实体计算机的称呼。物理机提供给虚拟机以硬件环境，有时也称为“寄主”或“宿主”。

虚拟化：是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

容器化：容器化是一种虚拟化技术，又称操作系统层虚拟化（Operating system level virtualization），这种技术将操作系统内核虚拟化，可以允许用户空间软件实例（instances）被分割成几个独立的单元，在内核中运行，而不是只有一个单一实例运行。这个软件实例，也被称为是一个容器（containers）。对每个实例的拥有者与用户来说，他们使用的服务器程序，看起来就像是自己专用的。容器技术是虚拟化的一种。docker 是现今容器技术的事实标准。

（对【他们使用的服务器程序，看起来就像是自己专用的】这句话的理解: 每个实例运行的进程只看到自己所占的硬件资源，其他的硬件资源不可见，也不可用，每个实例都被相互隔离了。

概念铺垫（2）

虚拟化常见分类

①虚拟机：
存在于硬件层和操作系统层间的虚拟化技术。虚拟机通过“伪造”一个硬件抽象接口，将一个操作系统以及操作系统层以上的层嫁接到硬件上，实现和真实物理机几乎一样的功能。比如，在一台 Windows 系统的电脑上使用 Android 虚拟机，就能够用这台电脑打开 Android 系统上的应用。
②容器，存在于操作系统层和函数库层之间的虚拟化技术。容器通过“伪造”操作系统的接口，将函数库层以上的功能置于操作系统上。Docker就是通过容器实现的虚拟化。 Docker是一个基于Linux 操作系统的Namespace 和Cgroup 功能实现的隔离容器，可以模拟操作系统的功能。虚拟机是把整个操作系统封装隔离，容器则是把一个个应用单独封装隔离。所以容器体积比虚拟机小。容器共享一个内核（操作系统），（内核）它安装在硬件上。
③类JVM： 存在于函数库层和应用程序之间的虚拟化技术 。

概念铺垫 （3）

容器化的优势

（部分看不懂，直接跳过，使用以后就明白了）
① 资源利用率高 : 对硬件资源更充分的利用。（简单理解为:A进程和B进程都不会使服务器硬件资源满载，但A和B进程无法在同一种操作系统上运行，容器化解决了这样一个问题，使A和B能在同一服务器上运行，这样就不用开两台服务器分别给A和B，提高了资源利用率）
② 使环境标准化 : 一次构建，随处执行。实现执行环境的标准化发布，部署和运维。开发过程中一个常见的问题是环境一致性问题。由于开发环境、测试环境、生产环境不一致，导致有些bug 并未在开发过程中被发现。而 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。
③资源弹性伸缩: 根据业务情况，动态调整计算、存储、网络等硬件及软件资源。(例如高峰期启动更多的服务器)
④差异环境提供: 同时提供多套差异化的执行环境，限制环境使用资源。比如一个服务依赖 Ubuntu 操作系统，另一个服务依赖CentOS 操作系统，但是没有预算购买两个物理机，这个时候容器化就能很好的提供多种不同的环境。

⑤实现沙箱安全：为避免不安全或不稳定软件对系统安全性、稳定性造成影响，可使用虚拟化技术构建虚拟执行环境。例如,在容器里面执行 rm -rf /* 不会把整个服务器搞死，也不影响其他人部署的程序使用。
⑥比虚拟机轻量：传统的虚拟机技术启动应用服务往往需要数分钟，而 Docker 容器应用，由于直接运行于宿主内核，无需启动完整的操作系统，因此可以做到秒级、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。docker 不需要虚拟内核，所以启动可以更快，相当于 windows 的开机时间省去了。
⑦维护和扩展容易：使用的分层存储以及镜像的技术，使得应用重复部分的复用更为容易，也使得应用的维护更新更加简单，基于基础镜像进一步扩展镜像也变得非常简单。此外，Docker 团队同各个开源项目团队一起维护了一大批高质量的 官方镜像，既可以直接在生产环境使用，又可以作为基础进一步定制，大大的降低了应用服务的镜像制作成本。比如 docker hub 提供了很多镜像，各个系统的一个命令就可以拿到了，研发也可以自己定制镜像分享给各个产品

概念铺垫（4）

容器虚拟化实现

①namespace：namespace 是Linux 内核用来隔离内核资源的方式。通过namespace 可以让一些进程只能看到与自己相关的一部分资源，而另外一些进程也只能看到与它们自己相关的资源，这两拨进程根本就感觉不到对方的存在。具体的实现方式是把一个或多个进程的相关资源指定在同一个namespace 中。

namespace使用：Linux 提供了多个API 用来操作namespace，它们是clone()、setns() 和unshare() 函数，为了确定隔离的到底是哪项namespace，在使用这些API 时，通常需要指定一些调用参数：CLONE_NEWIPC、CLONE_NEWNET、CLONE_NEWNS、CLONE_NEWPID、CLONE_NEWUSER、CLONE_NEWUTS 和CLONE_NEWCGROUP。如果要同时隔离多个namespace，可以使用| (按位或)组合这些参数。

（仅作了解，总而言之这些接口可以帮助隔离网络、进程ID等操作系统资源）

/*
clone() 函数是用于创建新进程的系统调用之一，
它允许你指定要复制的命名空间类型。
例如，如果你想要创建一个新的网络命名空间，你可以这样使用 clone()：*/
clone(CLONE_NEWNET | CLONE_NEWPID | CLONE_NEWUTS, NULL);
/*
setns() 函数允许一个进程加入到一个已存在的命名空间中
fd 是一个指向已存在命名空间的文件描述符。
通过调用 setns()，你可以将当前进程加入到该命名空间中，
从而让其与该命名空间中的其他进程进行通信和协作*/
setns(fd, CLONE_NEWNET);
/*
unshare() 函数允许一个进程脱离当前的命名空间，
创建一个新的独立命名空间。
*/
unshare(CLONE_NEWNET | CLONE_NEWPID);

②cgroups：cgroups(Control Groups) 是linux 内核提供的一种机制，这种机制可以根据需求把一系列系统任务及其子任务整合(或分隔)到按资源划分等级的不同组内，从而为系统资源管理提供一个统一的框架。

cgroups的作用具体包括
1.Resource limitation: 限制资源使用，内存使用上限/cpu的使用限制
2.Prioritization: 优先级控制，例：CPU利用/磁盘IO吞吐
3.Accounting: 一些审计或一些统计
4.Control: 挂起进程/恢复执行进程

cgroups的使用（仅作了解，知道cgroups可以用于限制、分配和监控系统资源（如 CPU、内存、磁盘 I/O 等）的使用即可）：

# 创建 cgroup
sudo mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/mygrou
# 创建 cgroup  cgroup v2
sudo mkdir /sys/fs/cgroup/unified/mygroup
# 要将一个进程分配到特定的 cgroup 中，12345为PID
echo 12345 > /sys/fs/cgroup/cpu/mygroup/cgroup.procs
# 限制 cgroup 中的进程使用的 CPU 时间，这里50000代表50ms
echo 50000 > /sys/fs/cgroup/cpu/mygroup/cpu.cfs_quota_us
# 通过查看 cgroup 文件系统中的各种文件，实时监控 cgroup 中进程的资源使用情况
cat /sys/fs/cgroup/memory/mygroup/memory.usage_in_bytes

③LXC，或者 Linux 容器，是一种操作系统级虚拟化技术，允许多个独立的 Linux 系统容器（container）在单个 Linux 主机上共享相同的内核。这种技术提供了比传统的虚拟机更轻量级的虚拟化解决方案，能够更高效地利用硬件资源。 LXC 使用 cgroups 控制组和 namespaces 命名空间来实现容器之间的隔离，使得每个容器都能够拥有自己的文件系统、网络、进程等资源。

Docker 定义

①Docker本质其实是LXC之类的增强版，它本身不是容器，而是容器的易用工具。容器是linux内核中的技术，Docker只是把这种技术在使用上简易普及了。Docker在早期的版本其核心就是LXC的二次封装发行版。Docker作为容器技术的一个实现，或者说让容器技术普及开来的最成功的实现。

② Docker 是一个开源的平台，用于开发、交付和运行应用程序。它利用容器化技术，将应用程序及其依赖项打包到一个称为容器的独立单元中。这使得应用程序能够在任何环境中快速部署和运行，无需担心环境差异或依赖问题。 Docker 提供了一种轻量级、可移植和自包含的解决方案，使开发人员能够更加高效地构建、交付和管理应用程序。

Docker 特点

Docker的特点和容器化的特点基本一致，大致如下：

docker有比虚拟机更少的抽象层。docker不需要Hypervisor实现硬件资源虚拟化，运行在docker容器上的程序直接使用的是实际物理机的硬件资源。因此在cpu、内存利用率上docker将会在效率上有明显的优势。docker利用的是宿主机的内核，而不需要Guest OS，节省了Guest OS占用的资源。

docker不需要Guest OS，创建一个容器时，不需要和虚拟机一样重新加载一个操作系统内核。从而避免引寻、加载操作系统内核返回时耗时耗资源的过程，当新建一个虚拟机时，虚拟机软件需要加载Guest OS,返回新建过程是分钟级别的。而新建一个docker容器只需要几秒钟。

Docker 架构

Docker 使用客户端-服务器 (C/S) 架构模式，使用远程 API 来管理和创建 Docker 容器。Docker 容器通过 Docker 镜像来创建。了解Docker 架构是使用Docker的前提。

例如国内企业的架构：

Docker 仓库(Registry)
Docker 仓库用来保存镜像，可以理解为代码控制中的代码仓库。Docker Hub 供了庞大的镜像集合供使用。

Docker daemon
Docker daemon 是服务器组件，是 Docker 最核心的后台进程，我们也把它称为守护进程。

Docker 客户端(Client)
Docker 客户端通过命令行或者其他工具使用 Docker API 与 Docker 的守护进程通信。

Docker 主机(Host)
一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker 守护进程和容器。

Docker 镜像(Images)
Docker 镜像是用于创建 Docker 容器的模板。

Docker 容器(Container)
容器是独立运行的一个或一组应用。