Docker 基础：从虚拟化到容器化
理解虚拟化和容器化
在深入 Docker 之前，我们需要厘清几个核心概念。物理机指的是实际的服务器或计算机，相对于虚拟机而言，它是实体硬件的称呼。
虚拟化是指通过技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台物理机上同时运行多个逻辑环境，每个环境可运行不同的操作系统，且应用相互独立，互不影响，从而显著提高资源效率。
容器化则是操作系统层级的虚拟化技术。它将操作系统内核虚拟化，允许用户空间软件实例被分割成几个独立的单元在内核中运行。这些实例被称为容器（Containers）。对使用者来说，容器就像专用的服务器。Docker 是目前容器技术的事实标准。
形象类比
- 物理机：像一座庄园，独立占用土地，花园、设施全归自己，无法共享。
- 虚拟机：像开发商的一个楼盘。一栋楼一套房，大家共享宅基地、小区花园和游乐设施，但每户人家相对独立。
- 容器：像在一个房子里开辟出的胶囊公寓。共享卫生间、厨房、WiFi，只有私人物品是自己的。体积更小，启动更快。
为什么要用虚拟化和容器化？
随着技术发展，资源隔离带来了显著收益：
- 资源利用率高：整合低利用率服务器，用更少硬件跑更多业务。比如复用土地，成本不变但使用人数增加。
- 环境标准化：一次构建，随处执行。解决开发、测试、生产环境不一致导致的 Bug，确保「在我机器上没问题」的场景不再发生。
- 弹性伸缩：根据业务动态调整资源。例如双 11 扩容 100 个服务，活动结束后回收。
- 差异化环境提供：无需购买多物理机即可同时提供 Ubuntu 和 CentOS 等不同环境。
- 沙箱安全：避免不安全软件影响系统稳定性。容器内执行破坏性操作（如
rm -rf /*）不会搞死宿主机。 - 轻量快速：传统虚拟机启动需数分钟，Docker 容器直接运行于宿主内核，秒级甚至毫秒级启动。
- 维护扩展容易：分层存储和镜像技术便于复用和维护。基于官方镜像定制成本低。
虚拟化实现方式
应用程序执行环境分层
从下往上依次为：
- 硬件层：指令集架构、设备及访问接口。
- 操作系统层：系统调用接口，管理硬件资源。
- 程序库层：数据结构定义及函数调用接口。
常见类别
- 虚拟机：存在于硬件层和操作系统层间。通过伪造硬件抽象接口，将整个操作系统嫁接到硬件上。功能接近物理机。
- 容器：存在于操作系统层和函数库层之间。通过伪造操作系统接口，将应用层置于操作系统上。Docker 基于 Linux 的 Namespace 和 Cgroup 实现。相比虚拟机封装整个 OS，容器封装单个应用，体积小、资源占用少。
- JVM 等虚拟机：存在于函数库层和应用程序之间。Java 虚拟机建立抽象层，适应不同操作系统函数库，提供统一运行环境。
主机虚拟化实现
- Type1 Hypervisor：直接运行在硬件之上，无宿主机 OS。典型如 Xen、Vmware ESX。
- Type2 Hypervisor：运行在宿主机 OS 之上。Hypervisor 作为应用程序存在，客户机是宿主机上的进程。典型如 Vmware Workstation。
容器虚拟化核心机制
容器虚拟化是操作系统层的虚拟化，核心依靠 Namespace 进行隔离，Cgroups 进行资源控制。