问题

如何通俗解释Docker是什么?

回答
好嘞,咱这儿就聊聊Docker是咋回事,保证讲得明白透彻,一点 AI 机器味儿都没有,就像咱街坊老哥给你唠嗑一样。

你想象一下,咱以前搬家,是不是特麻烦?得把家里所有东西,沙发、床、电视、锅碗瓢盆,一样一样打包好,装上车。到了新家,再一样一样搬下来,摆好。要是运气不好,新家里的插座跟你家电的插头不匹配,那还得折腾买转换器。更别说,你搬家的时候,发现你家那盆景特漂亮,想带过去,结果新家那边又不让带植物,那叫一个糟心。

Docker,说白了,就是给你的“家”(也就是你的应用程序)弄了个标准化的、随身携带的“预制房”。

什么叫“预制房”?

你想想,现在有很多精装修的房子,进去就能住,家具电器都配齐了,水、电、气也通了,连网络都给你布好了。你搬进去,只需要带上你的换洗衣物和几件个人用品就行了。

Docker 就是这么个玩意儿。它不是真的房子,它是把你的应用程序,以及它运行需要的所有东西——比如操作系统的一部分、它需要的软件库、数据库、配置文件,甚至是你自己写的代码——打包到一个叫做“镜像”(Image)的东西里。

这个“镜像”就像一个“快照”,把你应用程序运行的那个“小环境”完整地复制了一份。你想想,你拍一张照片,能记录下当时的美景,Docker 的镜像就能记录下你程序运行时的所有“条件”。

然后,这个“预制房”是可以“运行”的。

有了这个“镜像”,你想在哪儿运行你的应用程序,就在哪儿“启动”一个“容器”(Container)。这个“容器”就是你那个打包好的“预制房”真正的运行实例。

你把这个“容器”放到你的笔记本上,它就能运行;放到别人电脑上,也能运行;放到云服务器上,它也能运行。而且,在哪里运行,里面的环境都是一模一样的,从来不会说“哎呀,我这里少了个XX软件,没法运行了”或者“这个版本的XX库跟你那里不一样”。

为什么说它“标准化”?

这就好比,现在你买家具,都是标准尺寸,都能放进标准尺寸的门里,标准尺寸的房间里。Docker 做的就是把应用程序运行的环境也标准化。

你想啊,以前程序员写好了程序,自己电脑上运行得好好的,一交给别人,或者部署到服务器上,就可能出现各种问题:“我的系统是Windows,你的程序是Linux的,跑不起来!”“我这里装的是Python 2.7,你程序需要Python 3.8!”“我数据库版本太低了,跑不了你这个新功能!”

Docker 就解决了这个问题。它把所有这些“依赖”都打包到镜像里,你交付的只是一个包含了所有运行条件的“预制房”。别人拿到这个“预制房”,只需要有能“启动”这个预制房的“地基”(也就是安装了Docker引擎的系统),就可以直接住进去,你的程序就能正常运行了。

再打个比方,就像我们坐飞机。

你坐飞机,行李会过安检,然后被装到货舱里。无论你飞到哪个城市,哪个国家,你的行李都会跟着你,而且到那边后,你就可以直接取出来用。你不用担心你在北京用的行李箱,到了东京就突然坏了,或者里面的衣服突然变了。

Docker 就是这样,它把你的应用程序和它运行所需的“行李”打包好,让你在不同的“飞行目的地”(不同的运行环境)都能方便地“取用”。

核心好处总结一下:

1. 环境一致性: 不管你在哪儿“启动”这个“容器”,里面的东西都一样,不会因为环境不同导致程序运行出错。这大大减少了“在我这儿能跑”的问题。
2. 方便部署: 你只需要把这个“镜像”分享出去,别人就能轻松地启动你的应用程序,不用操心安装各种依赖软件。就像给别人一个“安装说明书”,但这个说明书是自己给自己装好了的。
3. 隔离性: 每个“容器”都是一个独立的小环境,就像给你家房子单独装了个电表水表,你家的水管爆了,不会影响到隔壁邻居。你的应用程序在容器里运行,不会影响到宿主机的其他程序,也不会被宿主机的其他程序干扰。
4. 资源高效利用: 相对于虚拟机(VM),Docker 的“预制房”更轻量级。虚拟机是要模拟整套硬件,就像你把整个房子的地基、墙体、屋顶都重新建一遍。而 Docker 容器共享宿主机的操作系统内核,就像你的“预制房”是搭在现成的地基上,省了很多事,启动也更快,占用的资源也更少。

所以,简单来说,Docker 就是一个帮你把应用程序和它运行所需的一切打包在一起,并且让你能在任何地方都能方便、可靠地运行它的工具。

它让开发人员可以更专注于写代码,不用老是为环境配置焦头烂额;也让运维人员可以更轻松地部署和管理应用程序。就好比以前搬家请搬家公司,现在你直接买个拎包入住的精装修房,省时省力省心。

希望这么讲,你就能明白 Docker 这玩意儿到底是个啥了。这玩意儿,真是把我们程序员和运维哥们儿解放了不少,要不怎么说它是“革命性”的呢!

网友意见

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看了一圈答案,都没有感觉比较满意的。


当然,如果想一两句话给个定义,或者用一个大家熟悉的东西打个比方来说明Docker, @刘允鹏 的高赞答就很好。但个人感觉还是没有完整的解释清楚Docker,自己开一个回答补充一下。


要解释清楚Docker,首先要说解释清楚容器(Container)的概念。要解释容器的话,需要从操作系统说起。太深入的一两本书都说不清楚,直接引用维基的说法,操作系统就是管理计算机的硬件软件和资源,并且为软件运行提供通用服务的系统软件。

  • 硬件管理,包括分配CPU时间、内存;从网络、存储设备等IO设备读写数据。
  • 软件管理,就是各种软件的运行,线程、进程调度之类的工作。
  • 为软件提供运行环境,这个运行环境通常一部分由操作系统内核(Kernel)提供,另一部分由运行库(Runtime Library)提供。

硬件、操作系统、应用程序之间的关系可以简单的用下图表示:

       +--------------------------+ |       Applications       | +--------------------------+ |+------------------------+| ||    Runtime Library     || |+------------------------+| ||         Kernel         || |+------------------------+| |     Operating System     | +-----+--------+-----------+ | CPU | Memory | IO Device | +-----+--------+-----------+      


随着硬件的性能提升,以及软件种类的丰富,有两种情况变得很常见:

  1. 硬件性能过剩——很多计算机的硬件配置,即使不能完全满足峰值性能的要求,也往往会有大量时间处于硬件资源闲置的状态。例如一般家用电脑,已经是四核、六核的配置了,除了3A游戏、视频制作、3D渲染、高性能计算等特殊应用外,通常有90%以上时间CPU是闲置的。
  2. 软件冲突——因为业务需要,两个或者多个软件之间冲突,或者需要同一个软件的不同版本。例如早几年做web前端的,要测试网页在不同版本的IE上是否能正常显示,然而Windows只能装一个版本的IE。

为了解决软件冲突,只能配置多台计算机,或者很麻烦的在同一台电脑上安装多个操作系统,通过重启来进行切换。显然这两个方案都有其缺点:多台计算机成本太高,多操作系统的安装、切换都很麻烦。在硬件性能过剩的时候,硬件虚拟化的普及就很自然而然的提出来了。


所谓硬件虚拟化,就是某个特殊的软件,仿真出一台或者多台计算机的各种硬件,用户可以在这一台虚拟机上安装、运行操作系统(一般叫来宾操作系统,Guest OS)和各种应用,并且把Guest OS和上面应用软件对硬件资源的访问转发到底层的硬件上来实现。对于Guest OS和上面的应用程序来说,这台虚拟机和普通的物理计算机是完全一样没有任何区别的——除了性能可能差一点。著名的VMware就是这么一个软件,这类软件英语有一个专用的单词是Hypervisor(维基的Hypervisor词条说另一种叫法是虚拟机监视器,Virtual Machine Monitor,vmm。但我个人觉得叫虚拟机管理器,Virtual Machine Manager,更合适一点,虽然可能会和微软的System Center Virtual Machine Manager以及Redhat的Virtual Machine Manager这两个软件混淆),中文大概应该叫虚拟化软件/应用之类的。


Hypervisor根据其对硬件资源的访问方式,可以分为两大类,Type I是Hypervisor直接访问硬件资源,通常会有另一个操作系统运行于Hypervisor之上来对硬件资源,例如VMware EXSi,Windows的Hyper-V,Linux的Xen;Type II是Hypervisor和普通的应用一样,运行在某个操作系统(例如Windows或者Linux等,这里称之为宿主机操作系统,Host OS)之上,Hypervisor通过Host OS访问硬件资源,例如VMware Workstation,Virtual Box等。两种类型的Hypervisor区别如图所示。

                                    +-----+-----+-----+-----+                              |App A|App B|App C|App D| +-----+-----+-----+-----+    +-----+-----+-----+-----+ |App A|App B|App C|App D|    |Guest|Guest|Guest|Guest| +-----+-----+-----+-----+    | OS0 | OS1 | OS2 | OS3 | |Guest|Guest|Guest|Guest|    +-----+-----+-----+-----+ | OS0 | OS1 | OS2 | OS3 |    |        Hypervisor     | +-----+-----+-----+-----+    +-----------------------+ |        Hypervisor     |    |         Host OS       | +-----------------------+    +-----------------------+ |        Hardware       |    |        Hardware       | +-----------------------+    +-----------------------+           Type I                       Type II     


虚拟机的一个缺点在于Guest OS通常会占用不少硬件资源。例如Windows安装开机不运行任何运用,就需要占用2~3G内存,20~30G硬盘空间。即使是没有图形界面的Linux,根据发行版以及安装软件的不同也会占用100~1G内存,1~4G硬盘空间。而且为了应用系统运行的性能,往往还要给每台虚拟机留出更多的内存容量。虽然不少Hypervisor支持动态内存,但基本上都会降低虚拟机的性能。如果说这样的资源占用少量的虚拟机还可以接受的话,同时运行十数台数十台虚拟机的时候,浪费的硬件资源就相当可观了。通常来说,其中相当大部分甚至全部Guest OS都是相同的。


能不能所有的应用使用同一个的操作系统减少硬件资源的浪费,但是又能避免包括运行库运行库在内的软件冲突呢?操作系统层虚拟化——容器概念的提出,就是为了解决这个问题。在Linux可以通过控制组(Control Group,通常简写为cgroup)隔离,并把应用和运行库打包在一起,来实现这个目的。容器和Type II虚拟机、物理机的区别见下图:

       +-----+-----+-----+-----+                                   +-----+-----+-----+-----+ |App A|App B|App C|App D|     +-----+-----+-----+-----+     |App A|App B|App C|App D| +-----+-----+-----+-----+     |App A|App B|App C|App D|     +-----+-----+-----+-----+ |+---------------------+|     +-----+-----+-----+-----+     |Guest|Guest|Guest|Guest| ||   Runtime Library   ||     |Lib A|Lib B|Lib C|Lib D|     | OS0 | OS1 | OS2 | OS3 | |+---------------------+|     +-----+-----+-----+-----+     +-----+-----+-----+-----+ ||       Kernel        ||     |    Container Engine   |     |        Hypervisor     | |+---------------------+|     +-----------------------+     +-----------------------+ |   Operating System    |     |         Host OS       |     |         Host OS       | +-----------------------+     +-----------------------+     +-----------------------+ |       Hardware        |     |        Hardware       |     |        Hardware       | +-----------------------+     +-----------------------+     +-----------------------+     Physical Machine                  Container                 Type II Hypervisor     

上图中,每一个App和Lib的组合,就是一个容器。也就是Docker图标里面的一个集装箱。和虚拟机相比,容器有以下优点:

  1. 迅速启动:没有虚拟机硬件的初始化,没有Guest OS的启动过程,可以节约很多启动时间,这就是容器的“开箱即用”。
  2. 占用资源少:没有运行Guest OS所需的内存开销,无需为虚拟机预留运行内存,无需安装、运行App不需要的运行库/操作系统服务,内存占用、存储空间占用都小的多。相同配置的服务器,如果运行虚拟机只能运行十多台的,通常可以运行上百个容器毫无压力——当然前提是单个容器应用本身不会消耗太多资源。

当然,和虚拟机相比,因为共用内核,只靠cgroup隔离,应用之间的隔离是不如虚拟机彻底的,如果某个应用运行时导致内核崩溃,所有的容器都会崩溃。而虚拟机内的应用崩溃,理论上是不会影响其它虚拟机以及上面运行的应用的,除非是硬件或者Hypervisor有Bug。


Docker把App和Lib的文件打包成为一个镜像,并且采用类似多次快照的存储技术,例如aufs/device mapper/btrfs/zfs等,可以实现:

  1. 多个App可以共用相同的底层镜像(初始的操作系统镜像)
  2. App运行时的IO操作和镜像文件隔离;
  3. 通过挂载包含不同配置/数据文件的目录或者卷(Volume),单个App镜像可以同时用来运行无数个不同业务的容器。
       +---------+  +---------+  +---------+    +-----+ +-----+ +-----+ | abc.com |  | def.com |  | xyz.com |    | DB1 | | DB2 | | DB3 |     +----+----+  +----+----+  +----+----+    +--+--+ +--+--+ +--+--+          |            |            |            |       |       | +----+----+  +----+----+  +----+----+    +--+--+ +--+--+ +--+--+     |   abc   |  | def.com |  | xyz.com |    | DB1 | | DB2 | | DB3 | | config  |  | config  |  | config  |    | conf| | conf| | conf| |  data   |  |  data   |  |  data   |    | data| | data| | data| +----+----+  +----+----+  +----+----+    +--+--+ +--+--+ +--+--+      |            |            |            |       |       |      +------------+------------+            +-------+-------+                   |                                 |            +------+------+                   +------+------+                      | Nginx Image |                   | MySQL Image |            +------+------+                   +------+------+                   |                                 |                   +----------------+----------------+                                    |                             +------+-------+                              | Alpine Image |                             +------+-------+     

上图是基于一个Alpine Linux的镜像,分别建立了Nginx和MySQL的镜像,并且挂载不同的配置/数据同时运行3个网站应用3个数据库应用的示意图。


此外,Docker公司提供公共的镜像仓库(Docker称之为Repository),Github connect,自动构建镜像,大大简化了应用分发、部署、升级流程。加上Docker可以非常方便的建立各种自定义的镜像文件,这些都是Docker成为最流行的容器技术的重要因素。


通过以上这些技术的组合,最后的结果就是,绝大部分应用,开发者都可以通过docker build创建镜像,通过docker push上传镜像,用户通过docker pull下载镜像,用docker run运行应用。用户不需要再去关心如何搭建环境,如何安装,如何解决不同发行版的库冲突——而且通常不会需要消耗更多的硬件资源,不会明显降低性能。这就是其他答主所说的标准化、集装箱的原因所在。


题外话:除了Docker以外,还有其它很多种容器,例如Linux上的LXC、OpenVZ,FreeBSD的Jail,Solaris的Zones等等。此外,Unix-Like操作系统的chroot命令从某种角度来说也是一种特殊的容器实现方式。和*nix采用宏内核,且内核和各种运行库耦合松散,很方便实现容器不同,Windows因为采用微内核,且内核与各种运行库耦合紧密,虽然从Windows 10/2016开始也支持容器,但事实上还是通过Hyper-V运行不同的虚拟机进行内核级隔离——虽然也有线程级的隔离,但只有Windows Server支持,并且只能运行相同版本的镜像[1]。而且即使是Hyper-V,也只支持运行更低版本的镜像而不能运行更高版本的镜像。另外Windows容器的镜像体积通常还是很大。


[1]:Windows Container Version Compatibility

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2010年,几个搞IT的年轻人,在美国旧金山成立了一家名叫“dotCloud”的公司。





这家公司主要提供基于PaaS的云计算技术服务。具体来说,是和LXC有关的容器技术。





后来,dotCloud公司将自己的容器技术进行了简化和标准化,并命名为——Docker





Docker技术诞生之后,并没有引起行业的关注。而dotCloud公司,作为一家小型创业企业,在激烈的竞争之下,也步履维艰。


正当他们快要坚持不下去的时候,脑子里蹦出了“开源”的想法。


什么是“开源”?开源,就是开放源代码。也就是将原来内部保密的程序源代码开放给所有人,然后让大家一起参与进来,贡献代码和意见。





有的软件是一开始就开源的。也有的软件,是混不下去,创造者又不想放弃,所以选择开源。自己养不活,就吃“百家饭”嘛。


2013年3月,dotCloud公司的创始人之一,Docker之父,28岁的Solomon Hykes正式决定,将Docker项目开源。




不开则已,一开惊人。


越来越多的IT工程师发现了Docker的优点,然后蜂拥而至,加入Docker开源社区。


Docker的人气迅速攀升,速度之快,令人瞠目结舌。


开源当月,Docker 0.1 版本发布。此后的每一个月,Docker都会发布一个版本。到2014年6月9日,Docker 1.0 版本正式发布。


此时的Docker,已经成为行业里人气最火爆的开源技术,没有之一。甚至像Google、微软、Amazon、VMware这样的巨头,都对它青睐有加,表示将全力支持。


Docker火了之后,dotCloud公司干脆把公司名字也改成了Docker Inc. 。



Docker和容器技术为什么会这么火爆?说白了,就是因为它“轻”。


在容器技术之前,业界的网红是虚拟机。虚拟机技术的代表,是VMWareOpenStack





相信很多人都用过虚拟机。虚拟机,就是在你的操作系统里面,装一个软件,然后通过这个软件,再模拟一台甚至多台“子电脑”出来。




在“子电脑”里,你可以和正常电脑一样运行程序,例如开QQ。如果你愿意,你可以变出好几个“子电脑”,里面都开上QQ。“子电脑”和“子电脑”之间,是相互隔离的,互不影响。


虚拟机属于虚拟化技术。而Docker这样的容器技术,也是虚拟化技术,属于轻量级的虚拟化


虚拟机虽然可以隔离出很多“子电脑”,但占用空间更大,启动更慢,虚拟机软件可能还要花钱(例如VMWare)。


而容器技术恰好没有这些缺点。它不需要虚拟出整个操作系统,只需要虚拟一个小规模的环境(类似“沙箱”)。





它启动时间很快,几秒钟就能完成。而且,它对资源的利用率很高(一台主机可以同时运行几千个Docker容器)。此外,它占的空间很小,虚拟机一般要几GB到几十GB的空间,而容器只需要MB级甚至KB级。





正因为如此,容器技术受到了热烈的欢迎和追捧,发展迅速。


我们具体来看看Docker。


大家需要注意,Docker本身并不是容器,它是创建容器的工具,是应用容器引擎。


想要搞懂Docker,其实看它的两句口号就行。


第一句,是“Build, Ship and Run”





也就是,“搭建、发送、运行”,三板斧。


举个例子:


我来到一片空地,想建个房子,于是我搬石头、砍木头、画图纸,一顿操作,终于把这个房子盖好了。





结果,我住了一段时间,想搬到另一片空地去。这时候,按以往的办法,我只能再次搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。


但是,跑来一个老巫婆,教会我一种魔法。


这种魔法,可以把我盖好的房子复制一份,做成“镜像”,放在我的背包里。





等我到了另一片空地,就用这个“镜像”,复制一套房子,摆在那边,拎包入住。





怎么样?是不是很神奇?


所以,Docker的第二句口号就是:“Build once,Run anywhere(搭建一次,到处能用)”。


Docker技术的三大核心概念,分别是:

  • 镜像(Image)
  • 容器(Container)
  • 仓库(Repository)


我刚才例子里面,那个放在包里的“镜像”,就是Docker镜像。而我的背包,就是Docker仓库。我在空地上,用魔法造好的房子,就是一个Docker容器


说白了,这个Docker镜像,是一个特殊的文件系统。它除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外,还包含了一些为运行时准备的一些配置参数(例如环境变量)。镜像不包含任何动态数据,其内容在构建之后也不会被改变。


也就是说,每次变出房子,房子是一样的,但生活用品之类的,都是不管的。谁住谁负责添置。


每一个镜像可以变出一种房子。那么,我可以有多个镜像呀!


也就是说,我盖了一个欧式别墅,生成了镜像。另一个哥们可能盖了一个中国四合院,也生成了镜像。还有哥们,盖了一个非洲茅草屋,也生成了镜像。。。


这么一来,我们可以交换镜像,你用我的,我用你的,岂不是很爽?





于是乎,就变成了一个大的公共仓库。


负责对Docker镜像进行管理的,是Docker Registry服务(类似仓库管理员)。


不是任何人建的任何镜像都是合法的。万一有人盖了一个有问题的房子呢?


所以,Docker Registry服务对镜像的管理是非常严格的。


最常使用的Registry公开服务,是官方的Docker Hub,这也是默认的 Registry,并拥有大量的高质量的官方镜像。

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    好嘞,咱们来唠唠因子分析这玩意儿,保证讲得明明白白,就像平时跟朋友聊天一样,绝对没那种机器硬邦邦的感觉。想象一下,咱们平时接触到的信息,那叫一个五花八门。比如,你去商场买衣服,你会关注价格、款式、品牌、面料、颜色、剪裁,是不是?然后你可能还会考虑这个牌子是不是流行,穿着舒不舒服,值不值这个价,等等等.............
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    好的,咱们来聊聊一个叫做“马尔科夫链”的东西,听起来挺学术的,但其实背后道理挺好懂的,就像我们在日常生活中玩的一些小游戏一样。想象一下,你站在一个岔路口,面前有几条路可以走。 第一个路口: 你现在可能在一个红色的房子前面。 第二条路: 你可以走向一个蓝色的房子。 第三条路: 你也可以走向.............
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    想象一下,我们想用计算机搭建一座座奇妙的建筑,从一座简单的小木屋到一座功能齐全的摩天大楼。那么,这些我们常听到的编程语言和标记语言,就像是建造这些建筑的不同材料、工具和设计图纸。C 语言,你可以把它想象成一块非常结实的,但需要你一点点打磨和塑形的石头。它的优点是纯粹,直接,能让你非常深入地控制计算机.............

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