完全掌握docker容器化的技术栈说明

背景

为了彻底学会docker容器，必然需要对docker容器化技术栈进行梳理，然后从基础学起，再顺着技术栈往上学，就能够成体系的学会docker容器化技术。只有这样才能彻底学会docker的容器化技术。有了这个基础，以后学习k8s那就轻松多了。

分析

下面是我整理的一个docker容器化技术栈涉及到的核心技术：

前面针对网络命名空间做了单独的概念阐述，得到了读者的认可。后续将按照这个技术栈，以此展开，进而形成系统性的技术栈。这里主要讲解的是容器化技术的实现原理，而不是容器的使用说明，属于进阶学习的范畴。如果您对容器的使用还不熟悉，可以先学习docker容器的使用，学会后再来学习实现原理。

下面对每一种技术进行简单的说明：

1.容器引擎

容器引擎是一种虚拟化技术，用于打包、部署和运行应用程序及其依赖的软件环境。常见的容器引擎有Docker、Kubernetes等，可以实现快速部署、扩展和管理应用程序，提高开发和部署效率。

2.资源控制cgroup

cgroup（Control Groups）是 Linux 内核提供的一种机制，用于限制、审计和隔离进程组所使用的物理资源（如 CPU、内存、磁盘I/O等）。通过 cgroup，可以为不同的进程组分配指定的资源配额，实现对系统资源的精细化控制和管理。

3.虚拟化技术

-虚拟网络

Docker中的虚拟网络是指通过 Docker 网络驱动程序创建的虚拟网络，用于连接 Docker 容器以及与外部网络通信。Docker提供了多种网络驱动程序，如bridge、overlay、macvlan等，可以实现容器间的通信、容器与宿主机或外部网络的通信，并支持网络隔离、网络安全等功能。这些虚拟网络可以帮助用户灵活管理和配置容器之间的通信和网络访问。

-- 网络命名空间

网络命名空间是 Linux 内核提供的一种机制，用于实现网络资源隔离和管理。每个网络命名空间都拥有自己独立的网络设备、IP 地址、路由表、防火墙规则等网络相关资源，使得不同网络命名空间之间的网络配置相互隔离，互不影响。这种隔离性使得网络命名空间可以被用于创建独立的网络环境，比如容器化技术中就广泛使用网络命名空间来实现容器之间的隔离和通信。通过网络命名空间，可以有效地管理和控制不同网络实体之间的网络连接和通信。

详细介绍，请阅读《Linux系统的网络命名空间那些事》。

-- 虚拟设备对veth pair

veth pair 是 Linux 内核中的一种虚拟网络设备对，通常用于连接两个网络命名空间（network namespace）。它由一对虚拟的网络接口组成，其中一个端口位于一个网络命名空间，另一个端口则位于另一个网络命名空间。这种设备对允许在不同网络命名空间中的进程进行通信，并且在容器和宿主机之间提供了网络连接的手段。veth pair 在容器化技术中被广泛使用，用于实现容器之间或容器与宿主机之间的网络通信。

--虚拟网桥

虚拟网桥是一种软件实体，用于连接多个网络接口并转发数据包。它类似于物理交换机，在计算机网络中扮演着关键的角色。虚拟网桥可以将不同网络接口（如物理网卡、虚拟网卡）连接起来，使得这些接口在同一个网络中进行通信。在容器化环境中，虚拟网桥经常被用来连接容器内部的虚拟网络，实现容器间和容器与外部网络之间的通信。通过虚拟网桥，可以实现网络通信的互联互通，并提供数据包的转发功能。

--防火墙iptables 或 firewall

iptables 是 Linux 系统上用于配置 IPv4 数据包过滤和网络地址转换的工具。它允许系统管理员定义数据包的过滤规则、网络地址转换规则以及其他网络安全功能，用于保护计算机网络免受恶意攻击和未授权访问。通过 iptables，管理员可以配置防火墙规则、网络地址转换规则（如端口转发）、数据包的策略路由等，从而有效地控制进出网络接口的数据流量。iptables 是 Linux 系统中非常强大且广泛使用的网络安全工具。

在容器网络中，iptables 扮演着重要的角色，用于管理和控制容器之间以及容器与外部网络之间的数据流量。以下是 iptables 在容器网络中的几个作用：

网络隔离：iptables 可以帮助实现容器之间的网络隔离，通过定义防火墙规则，可以限制数据包的流动，从而确保容器之间的通信是安全可靠的。
端口转发：利用 iptables 的端口转发功能，可以将外部网络请求转发到指定的容器内部服务，实现容器内部服务的对外访问。
数据包过滤：通过设置规则，可以过滤进出容器的数据包，对数据流量进行检查和控制，提高网络安全性。
NAT（Network Address Translation）：iptables 可用于进行网络地址转换，将容器内部 IP 地址映射为宿主机的 IP 地址，实现容器与外部网络的通信。

总的来说，iptables 在容器网络中扮演着网络安全、数据流量控制和网络地址转换等多种重要角色，帮助管理员有效管理和保护容器网络。

-虚拟磁盘

虚拟磁盘是一种由软件模拟的存储设备，通常用于虚拟化环境中。在虚拟化技术中，虚拟机或容器等虚拟化实体需要访问存储空间来存储操作系统、数据和应用程序等内容。虚拟磁盘可以被看作是一个虚拟的硬盘驱动器，它实际上是一个文件或者由软件定义的存储区域，而不是物理硬件设备。

虚拟磁盘可以具有不同的类型和格式，如 VMDK（VMware Virtual Disk）、VHD（Virtual Hard Disk）、QCOW2 等。这些虚拟磁盘文件可以被分配给虚拟机或容器，在其中存储操作系统、应用程序和数据。虚拟磁盘允许对存储空间进行灵活管理、扩展和快速备份，同时可以在不同的虚拟化环境中移植和共享。

总的来说，虚拟磁盘提供了一种方便而灵活的方式来管理虚拟化环境中的存储需求，为虚拟机和容器提供了所需的存储空间。

--联合文件系统UnionFS

UnionFS（Union File System）是一种联合文件系统，它允许将多个不同位置的文件系统（通常是只读文件系统）合并到一个单一的虚拟文件系统中。这样，用户可以像访问单个文件系统一样访问这些不同文件系统中的内容，而无需复制文件或者进行数据迁移。

UnionFS 的主要特点包括：

联合挂载：UnionFS 可以将多个文件系统联合挂载到同一个挂载点上，形成一个统一的视图。用户可以同时访问并操作这些文件系统中的内容。
分层结构：UnionFS 使用分层结构来组织不同文件系统的内容，每个文件系统都可以被看作一个层，最上层的层具有最高的优先级。当用户请求访问文件时，UnionFS 会按照层的顺序查找文件，最先找到的文件会被返回。
写时复制（Copy-on-Write）：在 UnionFS 中，如果用户尝试对只读文件系统进行写操作，UnionFS 会将该文件复制到上层可写的文件系统中，以确保原始文件系统的数据不会被修改。这种写时复制机制可以防止对只读文件系统造成损坏。
轻量和高效：由于 UnionFS 只是在逻辑上合并多个文件系统，并不实际复制文件内容，因此它相对轻量且高效，适用于一些特定的应用场景，比如容器技术中的镜像叠加等。

总的来说，UnionFS 提供了一种灵活的文件系统管理方式，能够方便地整合多个文件系统，为用户提供统一且高效的文件访问体验。

---容器镜像

容器镜像是一个轻量级、独立且可执行的软件包，其中包含运行应用程序所需的一切：代码、运行时环境、系统工具、库和设置。容器镜像可以看作是一个容器的模板，可以用来创建和运行容器。

容器镜像通常由多个层（Layers）组成，每个层都包含了文件系统的一部分。这些层是只读的，并且通过联合文件系统（UnionFS）的方式堆叠在一起，形成一个完整的容器镜像。当容器启动时，这些层会被堆叠在一起，共同提供容器运行所需的文件系统环境。

容器镜像的特点包括：