Docker:容器（Container）和镜像(Image)的关系

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引言

首先阐述下我对容器和镜像这两者关系的理解：我从一个服务器（仓库）pull下来CentOS 7的基础镜像，然后用docker run命令创建了一个容器，这个容器就相当于一个沙盒，于是在我原本系统里又有一个系统（就好像创建了一个虚拟机），之后我在这个容器里安装所有OpenStack的依赖项服务如:mysql、RabbitMQ、Chrony等后，我把这个容器打包成镜像push到公共服务器上（公有仓库），别人pull我的这个镜像后docker run又在他的系统创建了一个容器，由于我之前这个在容器安装好了OpenStack的依赖服务，他就可以在我的基础上安装必要组件开始搭建OpenStack了，而不需要再去解决那些依赖的问题

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一、广义上的Docker

Docker 可以被定义为一个开放源代码的容器化平台，它使开发人员能够打包、交付其运行应用程序及其依赖项在一个容器中。容器能够在任何地方运行：无论是在开发者的本地机器上、在公司的数据中心、在云服务上，还是在任何其他支持 Docker 的环境中。

二、与Docker相关的名词和概念

1.容器（Container）

容器是一种轻量级、可移植的、独立的环境，它包含应用程序及其所有依赖项。与传统的虚拟机不同，容器共享主机操作系统的内核，但具有隔离的用户空间。

2.镜像（Image）

镜像是一个只读的模板，用于创建容器。镜像包含了应用程序运行所需的一切，比如代码、运行时、库和环境变量等。镜像可以通过 Dockerfile 定义并构建。

3.仓库（Registry）

Docker 镜像存储在仓库中。Docker Hub 是一个公共的 Docker 镜像仓库，用户可以从中下载和上传镜像。你也可以设置私有仓库来存储公司内部的镜像。

4.Docker 引擎（Docker Engine）

Docker 引擎是一个客户端-服务器应用程序，包含以下主要组件：

1.服务器：一种长期运行的守护进程（dockerd），负责管理容器。

2.REST API：用于与守护进程进行交互的接口。

3.客户端（Client）：用户与 Docker 进行交互的命令行工具（docker）

5.Dockerfile

Dockerfile 是一个文本文件，包含了一系列指令，用于构建 Docker 镜像。每一条指令都在镜像中创建一个新的层次。例如，FROM 指令指定了基础镜像，COPY 指令将文件复制到镜像中，RUN 指令执行命令。

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三、对容器和镜像理解*

1.什么是容器？

这里我们采用对比理解的方式来解读容器，容器和虚拟机（VM）有一些相似之处，所以我们可以结合这点来理解什么是容器。

虚拟机（VM）：

1. 包含的内容：虚拟机包含一个完整的操作系统（OS）、应用程序和所有的依赖项。每个虚拟机运行在一个虚拟的硬件环境上，由虚拟机监控程序（Hypervisor）管理。

2. 资源开销：由于每个虚拟机都有完整的操作系统，它们的启动时间较长，占用的资源（如 CPU、内存）也较多。

3. 隔离性：虚拟机提供强隔离，每个虚拟机都有独立的内核，彼此之间完全隔离，安全性较高。

4. 快照：虚拟机快照是一个存储虚拟机状态的副本，包括内存状态、虚拟机设置和虚拟磁盘文件，可用于快速恢复或创建新虚拟机。

容器：

1. 包含的内容：容器包含应用程序及其所有依赖项，但共享主机操作系统的内核。容器使用主机操作系统的资源，运行在隔离的用户空间中。

2. 资源开销：容器启动速度快，占用资源少，因为它们不需要运行一个完整的操作系统。

3. 隔离性：容器通过内核名称空间（namespace）和控制组（cgroups）提供进程级隔离，虽然隔离性不如虚拟机强，但在大多数应用场景下已经足够。

4. 镜像：容器镜像类似于虚拟机的快照，它包含应用程序及其依赖项的文件系统快照，但不包含操作系统内核。容器可以通过镜像快速启动和复制。

关键区别

1. 架构：

   虚拟机：每个虚拟机都有自己的内核和完整操作系统。
   容器：容器共享主机操作系统的内核，只有应用程序和其依赖项。

2. 启动时间和资源利用：

   虚拟机：启动时间较长，占用较多系统资源。
   容器：启动时间极快，资源利用率高。

3. 隔离性和安全性：

   虚拟机：提供强隔离，安全性较高。
   容器：通过内核机制提供隔离，隔离性相对较弱，但效率更高。

4. 管理和可移植性：

   虚拟机：更适合运行需要完整操作系统的复杂任务。
   容器：更适合微服务架构和需要快速部署和扩展的场景。

2.什么是Docker镜像？

这里我们也采用对比理解的方式来解读Docker镜像

Docker 镜像

1. 轻量级：

   Docker 镜像是轻量级的，因为它们共享主机操作系统内核。每个容器都只包含应用程序及其依赖项、运行时环境和配置文件等，而不需要额外的操作系统。

2. 快速启动：

   由于 Docker 镜像是轻量级的，容器可以在几秒钟内启动，启动速度远远快于虚拟机。

3. 资源利用率高：

   因为 Docker 容器共享主机操作系统内核，多个容器可以在同一台物理机上并行运行，有效地利用了硬件资源。

4. 隔离性：

   Docker 提供了一定程度的隔离性，通过 Linux 命名空间和控制组等技术实现容器之间的隔离，但与虚拟机相比，隔离性相对较弱。

虚拟机镜像

1. 完整操作系统：

   虚拟机镜像包含了完整的操作系统，包括内核、驱动程序、系统服务等。每个虚拟机都运行独立的操作系统实例。

2. 启动慢：

   由于虚拟机镜像包含完整的操作系统，启动一个虚拟机通常需要几分钟的时间.

3. 资源消耗高：

   虚拟机占用的资源比较多，因为每个虚拟机都需要独立的操作系统内核和系统服务。

4. 隔离性强：

   虚拟机之间的隔离性比 Docker 容器强，每个虚拟机都运行在独立的虚拟硬件上，彼此之间互相隔离。

3.Docker 镜像的主要组成部分

1. 基础镜像（Base Image）：

   Docker 镜像通常基于一个基础镜像。基础镜像提供了基本的操作系统用户空间环境，如 Ubuntu、Alpine、CentOS等。它包含了一些基础工具和库，支持应用程序的运行。

2. 应用程序代码：

   这是你的应用程序的实际代码和二进制文件。例如，如果是一个 Python 应用程序，镜像中会包含 .py 文件。

3. 依赖项和库：

   镜像包含了应用程序运行所需的所有依赖项和库。例如，一个 Node.js 应用程序镜像会包含 Node.js 运行时和所有 npm 模块。

4. 配置文件：

   镜像可以包含应用程序所需的配置文件和环境变量设置。例如，数据库连接字符串、配置文件等。

5. 运行时环境：

   包含应用程序运行时所需的环境，例如 Java 应用程序的 JRE，Python 应用程序的 Python 解释器，Node.js应用程序的 Node 运行时等。

6. 启动脚本和命令：

   镜像中包含启动容器时执行的命令和脚本，这些定义了容器启动时应该运行什么。例如，一个启动 Web 服务器的命令。

四、容器和镜像的关系*

1. 镜像是容器的模板：

   镜像是一个只读的模板，包含了运行容器所需的文件系统内容、运行时环境、应用程序和依赖项等。它类似于一个软件的安装包或一个虚拟机的快照。

2. 容器是镜像的运行实例：

   容器是镜像的运行实例，是镜像的一个可写的、可执行的实体。当你运行一个镜像时，Docker
   会创建一个新的容器实例，该容器会继承镜像的内容，并在其上添加一个可写层。

3. 镜像可以生成多个容器：

   你可以基于同一个镜像创建多个运行中的容器实例。每个容器都相互独立，拥有自己的文件系统和运行环境，但它们共享相同的镜像作为基础。

关系示例
假设你有一个名为 ubuntu 的镜像，它是一个包含 Ubuntu 操作系统的基本文件系统和工具的模板。你可以基于这个镜像创建多个运行中的容器实例，每个容器实例都是一个独立的 Ubuntu 环境，但它们共享相同的 ubuntu 镜像作为基础。这些容器可以独立运行、启动、停止和删除，而不会影响到其他容器或镜像。

五、容器的创建

1. 选择合适的镜像：

   首先，你需要选择一个适合你应用程序的 Docker 镜像。你可以从 DockerHub、公共或私有的镜像仓库中选择现有的镜像，或者自己通过 Dockerfile 构建一个镜像。

2. 运行容器：

   使用 docker run 命令来运行容器。这个命令会从指定的镜像启动一个容器实例。例如：

docker run [OPTIONS] IMAGE[:TAG|@DIGEST] [COMMAND] [ARG...]

六、Docker 镜像的编写

Docker 镜像通常通过编写 Dockerfile 来定义。Dockerfile 是一个文本文件，包含了构建镜像所需的一系列指令

指令	意义
FROM	指定基础镜像。例如：FROM ubuntu:20.04
COPY 和 ADD	将文件和目录复制到镜像中。例如：COPY myapp /app
RUN	在镜像构建时运行命令，例如安装依赖项。例：RUN apt-get update && apt-get install -y python3
ENV	设置环境变量。例如：ENV DATABASE_URL=postgres://user:password@db:5432/mydb
EXPOSE	声明容器监听的端口。例如：EXPOSE 8080
CMD 和 ENTRYPOINT	指定容器启动时运行的命令。例：CMD [“python3”, “/app/myapp.py”]

示例

# 使用官方的 Python 3.8 镜像作为基础镜像
FROM python:3.8

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 将当前目录的内容复制到 /app 目录中
COPY . /app

# 安装应用程序依赖项
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

# 设置环境变量
ENV ENVIRONMENT=production

# 暴露应用程序运行的端口
EXPOSE 5000

# 运行应用程序
CMD ["python", "app.py"]

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总结

镜像是容器的模板，容器是镜像的实例