Docker 从何而来？

本文档介绍了运维工作的进化过程，通过本文你可以了解到 Docker 催生的大概过程。

运维工作进化论：测试环境和生产环境

测试环境

搭建测试环境需要一台服务器、一套 LNMP 应用，更新要用到 FTP。LNMP 是一套由 Linux、Nginx、MySQL 和 PHP 组成的 Web 开发环境，是目前最流行的 PHP 开发环境之一。但是，Nginx 并不能处理动态请求，因此当用户发起动态请求的时候，Nginx 无法像静态请求一样直接返回结果，而是需要通过 fastcgi 协议将请求转发给后端的 PHP 解释器，再由 PHP 解释器处理请求并返回结果。

面临的问题

• 生产后有了一定程度的流量，需要运营和测试等部门给出数据，根据数据考虑冗余。
• 防止单点故障，保证业务稳定，做 HA 集群。
• 节约成本，使用公有云服务器，提前部署。
• 更新方式太过原始，测试环境使用 git。并搭建使用 gitlab。

原生产环境

• 多点集群单体应用
• 公有云
• git 更新

虚拟化和云计算

• 物理隔离：2005 年以前，大多数企业采用物理方法，将内网与外网隔离。从而避免入侵或信息泄露的技术手段。保证网络的保密性、安全性、完整性、防抵赖和高可用性。但其资源利用率极低，灵活性差，成本高。
• 虚拟化：2008 年左右，企业开始使用虚拟化技术，通过硬件和软件，实现物理架构资源的重新整合利用。可以用一台物理机，通过虚拟化，划分为多套系统，在系统之内进行多方位隔离，隔离之后相当于多台服务器。大幅降低了 IT 硬件成本，减少资源浪费，提升了系统的稳定性和安全性。
• 云计算：2018 年至今，大部分企业开始使用云计算技术。分布式计算技术透过网络将庞大的计算处理程序，自动分拆成无数个子程序。然后，交由多部服务器组成的系统进行搜寻、计算、分析之后，将处理结果回传给用户。

随着运维人员的版本更新频率增加，运维团队熬夜加班，各部门协调不稳定，导致工作人员压力更大，形成了恶性循环。

为了解决上述问题，开发人员做了功能开关。在独立的分支上开发新功能，全部开发测试完成之后，合并到主干。从而减少运维人员的工作压力。与此同时，运维人员通过脚本自动化和 Jenkins 程序，建立了持续集成和持续交付项目。

通过蓝绿发布的方式发布应用，减少发布过程中，服务停止的时间，从而进一步减少工作时间。

蓝绿发布是一种持续部署的方式，通过将新版本的服务部署到一个全新的环境中，然后将流量逐渐切换到新环境中，从而实现零停机发布。

运维生产环境的发展

生产环境

生产环境是由多点负载均衡单体应用、混合云、devOps 组成，但是这样会面临很多问题。

• 资源利用率较低：一个虚拟机运行多个项目，那么资源的治理、迁移、容灾怎么协调？
• 扩容不及时：脚本化启动 n 台虚拟机要多久？n 个容器要多久？环境部署要多久？风险大不大？
• 环境不一致导致的问题。

新型生产环境

新型的生产环境是由多点负载均衡单体应用、Docker 和 devOps 组成的。

Docker 于 2013 年初开源，基于 Linux 内核的 cgroup、namespace 和 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。容器就是一个技术类型，而 Docker 是当下最驻留的一种实现容器的方案。

提示

其他方案包括 LXC、Mesos、RKT 等。容器和传统虚拟化最大的区别就是，虚拟化的封装是系统级的封装，而 Docker 等是进程级的封装。

微服务

微服务就是将前端拆成各个模块，然后连接到服务库。微服务需要跑多个容器，而容器多又涉及到通信、架构、伸缩、更新、监控等问题。

K8S

K8S 是由 Google 设计，基于 Google 内部的 Borg 系统，是一个开源的容器编排引擎。K8S 的核心功能包括：自动化部署、自动化扩展、自动化容器间通信、自动化负载均衡、自动化存储管理、自动化监控、自动化日志管理、自动化故障处理等。

• 其中，K8S 的自愈功能，是指重新启动失败的容器，在节点不可用的时候，将容器调度到其他节点上。
• K8S 的弹性伸缩功能，是指根据负载情况，自动增加或减少容器的数量。简单来说，它会监控容器 CPU 的负载，如果这个平均值高于 80%，则会自动增加容器数量，如果低于 10%，则会自动减少容器数量。
• K8S 的自动发现和负载均衡，不需要修改应用程序来使用不熟悉的服务发现机制。Kubernetes 会自动为容器提供自己的 IP 地址和一个 DNS 名称，其他容器可以使用该名称来发现和通信，借此在容器之间实现负载均衡。
• K8S 的滚动升级和一键回滚，是指在升级应用程序时，Kubernetes 会逐步将新版本的容器替换旧版本的容器，如果发现新版本的容器有问题，可以通过一键回滚，将新版本的容器替换为旧版本的容器。

云原生技术栈的概念和技术

云原生技术栈

云原生是一个生态概念、是一线互联网公司发展到某个极端的必然选择。主要包含三大要素：容器及编排管理、微服务、DevOps。其主要技术模块有应用定义及部署，编排与管理，运行环境，配置等。

在云原生时代，云原生、容器、devOps 等一定是未来若干年的发展方向。容器不但解决了大型架构的发展瓶颈，而且取代了传统韵味。Docker 是云原生时代的基石和应用基础。学习 Docker 需要一定程度的经验积累，所以现在企业对运维人员的要求也越来越高。

容器

镜像和容器的关系——镜像是静态的定义、是容器的模板，容器是镜像的运行实例。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。容器的本质是进程，但是它是被隔离的进程，容器进程运行在自己的命名空间下，与宿主机的进程隔离。

容器存储层的生存周期和容器一样，容器消亡，容器存储层也就随之消亡。因此，任何保存在容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。如果需要让容器存储层中的信息持久化，可以通过数据卷（Volume）来实现。

容器和虚拟化

虚拟机是一个主机模拟出多个主机，需要先拥有独立的系统。传统的虚拟机，利用 hypervisor 模拟出独立的硬件和系统，在此之上创建应用。Docker 则是在主机系统建立多个应用机器配套环境，把应用和配套环境独立打包成一个单位，是进程级别的隔离。

• 容器的启动速度快，秒级启动，虚拟机需要分钟级启动。
• 容器的性能接近原生，虚拟机性能有损耗。
• 容器内存代价小，虚拟机内存代价大。
• 容器对磁盘的使用一般是 MB 级别，虚拟机是 GB 级别。
• 单机支持上千个容器，虚拟机一般几十个。
• 容器的隔离性属于安全隔离，虚拟机属于完全隔离。
• 容器的迁移性好，虚拟机迁移性差。

总而言之，容器相比于虚拟机的优势在于，可以再次提高服务器的资源利用率，重量更轻，体积更小，能够匹配微服务的部署需求，保持多环境运行的一致性，快速部署迁移，且容错率高。但是其劣势在于，安全性相对较差，多容器管理有一定的难度，稳定性较差，排错难度大。

Docker底层技术

• Namespace：命名空间是 Linux 内核的一项功能，它允许进程在隔离的环境中运行，彼此之间无法感知。Docker 利用命名空间实现了容器的隔离性。
• Cgroups：Cgroups 是 Linux 内核的一个功能，它允许用户限制一个或多个进程的资源使用，如 CPU、内存、磁盘、网络等。Docker 利用 Cgroups 实现了容器的资源限制。
• rootfs：rootfs 是容器的根文件系统，它包含了容器运行所需的所有文件。Docker 利用 rootfs 实现了容器的文件系统隔离。