Docker技術(shù)在軟件開發(fā)過程中的具體運(yùn)用

周俊威

摘要 文章以Docker技術(shù)在軟件開發(fā)過程中的具體運(yùn)用為研究對(duì)象，首先對(duì)分析了Docker技術(shù)概念及優(yōu)勢(shì)，隨后對(duì)分析了軟件開發(fā)中Docker技術(shù)的運(yùn)用以供參考。

【關(guān)鍵詞】Docker技術(shù) 軟件開發(fā) 應(yīng)用

1 Docker技術(shù)概述及優(yōu)勢(shì)分析

1.1 Docker技術(shù)概述

Docker是一個(gè)基于Linux Containers虛擬化技術(shù)的高級(jí)容器引擎，把Linux的cgroupnamespace等容器底層技術(shù)進(jìn)行封裝抽象，從而為用戶提供了創(chuàng)建與管理容器的界面，其中包括命令行與API，Docker作為一個(gè)開源項(xiàng)目，基于Google公司推出的Go語言來實(shí)現(xiàn)，并遵循Apache2.0協(xié)議，而Docker技術(shù)即是一種面向云平臺(tái)的虛擬化技術(shù)，開發(fā)Docker技術(shù)的最初目的是將各種應(yīng)用程序和他們所依賴的運(yùn)行環(huán)境打包成標(biāo)準(zhǔn)的contamer（容器）/image（鏡像），從而可以在不同的平臺(tái)上進(jìn)行運(yùn)行。而運(yùn)用Docker技術(shù)最終目的即是可以管理應(yīng)用組件的封裝、分發(fā)、部署、運(yùn)行等生命周期，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用組件級(jí)別的“一次封裝，隨處運(yùn)行”。

Docker包含很多重要的概念，例如鏡像、容器、數(shù)據(jù)卷、鏈接、倉(cāng)庫等，其中鏡像類似于虛擬機(jī)的快照，但它相對(duì)于虛擬機(jī)快照來說更加輕量級(jí)，例如一個(gè)鏡像可以包含一個(gè)完整的Linux操作系統(tǒng)環(huán)境，里面僅僅安裝了Tomcat，還包含一些其他用戶需要的程序?？梢酝ㄟ^鏡像來進(jìn)行容器的創(chuàng)建。Docker容器相當(dāng)于從快照中進(jìn)行虛擬機(jī)的創(chuàng)建，其是鏡像創(chuàng)建的運(yùn)行實(shí)例，因此可以被執(zhí)行創(chuàng)建、刪除、停止、啟動(dòng)等操作，并且對(duì)于每個(gè)容器來說，其都是互相隔離的，從而可以確保平臺(tái)的安全性。數(shù)據(jù)卷簡(jiǎn)單來說即是可供一個(gè)或多個(gè)容器使用的特殊目錄，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程與數(shù)據(jù)的分離，實(shí)際上其保存在數(shù)據(jù)之外，從而可以在不影響數(shù)據(jù)的前提下執(zhí)行對(duì)容器的刪除、重建、修改等操作，此外，還可以在多個(gè)容器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)卷共享功能。容器的鏈接（linking）是除了端口映射以外，另一種和容器進(jìn)行交互應(yīng)用的方式，通過在源與接收容器之間創(chuàng)建一個(gè)通道，用于接收容器可以看到源容器指定的信息。

1.2 Docker技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方面，主要包含以下幾點(diǎn)部署流程（僅包括純技術(shù)部分）：首先完成開發(fā)環(huán)境的搭建，需要進(jìn)行Web服務(wù)器的安裝、數(shù)據(jù)庫的安裝及網(wǎng)絡(luò)分配，其次是相關(guān)的開發(fā)測(cè)試，需要軟件程序開發(fā)人員進(jìn)行編碼、測(cè)試、版本管理工作，最后是上線生產(chǎn)，需要軟件程序開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)及各種硬件安裝配置。主要存在以下幾點(diǎn)問題：

（1）在開發(fā)過程中資源利用率較低;

（2）單物理機(jī)應(yīng)用較多，無法進(jìn)行有效隔離;

（3）軟件開發(fā)運(yùn)維部署不夠方便;

（4）測(cè)試、版本管理過于復(fù)雜;

（5）遷移成本非常高;

（6）傳統(tǒng)虛擬機(jī)占用的空間較大，啟動(dòng)較慢，并且管理方面非常復(fù)雜。

一個(gè)完整的IT系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾個(gè)層次，分別是應(yīng)用程序、運(yùn)行平臺(tái)（ bin/framework/lib）、操作系統(tǒng)、硬件（基礎(chǔ)設(shè)施）。其中軟件開發(fā)人員主要負(fù)責(zé)應(yīng)用程序的代碼編輯、構(gòu)建、測(cè)試及發(fā)布，主要涉及應(yīng)用程序及虛擬平臺(tái)這兩層，而軟件運(yùn)行維護(hù)人員則涉及從硬件、操作系統(tǒng)、到運(yùn)行平臺(tái)的安裝、配置、運(yùn)行監(jiān)控、升級(jí)、優(yōu)化等工作，Docker技術(shù)的支持下，其提供了一種運(yùn)行環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)上層應(yīng)用于下層操作系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)關(guān)聯(lián)有效的隔離，使得術(shù)業(yè)有專攻，極大提升了軟件開發(fā)的效率。

從虛擬化技術(shù)的角度來看，Docker與傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù)相比，其粒度更小、更輕量級(jí)，它不需要虛擬化硬件，也不需要即時(shí)編譯與指令級(jí)模擬。對(duì)于傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù)來說（例如v Sphere和Hyper-V），其目標(biāo)是建立一個(gè)可以執(zhí)行應(yīng)用的整套虛擬機(jī);而Docker所利用的Linux容器技術(shù)則是將應(yīng)用所需要的相關(guān)源碼、依賴庫、環(huán)境配置等進(jìn)行統(tǒng)一打包封裝，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬機(jī)的建立。Docker虛擬化技術(shù)可以對(duì)由一個(gè)單獨(dú)操作系統(tǒng)管理的資源進(jìn)行統(tǒng)一的劃分，使得相應(yīng)資源被分配到一個(gè)個(gè)孤立的組中，并使得孤立組之間資源使用需求沖突得到有效的平衡，進(jìn)而大大提升了資源的利用率。在Docker技術(shù)的支持下，容器可以不需要任何特殊的解釋機(jī)制，就可以在核心CPU運(yùn)行本地指令，從而使得軟件開發(fā)過程中半虛擬化和系統(tǒng)調(diào)用替換的復(fù)雜性得到了有效的降低，在運(yùn)行性能方面更加接近宿主機(jī)的運(yùn)行性能。

Docker在虛擬化構(gòu)建方面主要基于應(yīng)用組件級(jí)虛擬化技術(shù)進(jìn)行，從而使得容器具有獨(dú)立性和封閉性的特征，其中獨(dú)立性體現(xiàn)為一個(gè)容器在運(yùn)行時(shí)不會(huì)對(duì)其他容器或者宿主環(huán)境造成影響，各司其職。封閉性體現(xiàn)為每一個(gè)容器都有屬于自己的存儲(chǔ)空間、進(jìn)程以及網(wǎng)絡(luò)接口，不對(duì)外開放，除此之外，還包含Linux系統(tǒng)運(yùn)行所需的一些應(yīng)用程序。但Docker技術(shù)與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化技術(shù)不同，其雖然也基于容器運(yùn)行，但并沒有對(duì)一個(gè)完整的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行完全虛擬，而只保留了應(yīng)用程序運(yùn)行所必需的核心操作系統(tǒng)環(huán)境。因此與傳統(tǒng)的虛擬技術(shù)相比，它還具有啟動(dòng)時(shí)間短（秒級(jí)啟動(dòng)、停止）、空間占用少（一般僅幾M）、分發(fā)和復(fù)制方便等優(yōu)勢(shì)，除此之外，還可以在普通服務(wù)器上建立上百個(gè)Docker實(shí)例，有效提升開發(fā)測(cè)試部署的速度，使得版本管理得到有效的簡(jiǎn)化，與此同時(shí)，Docker還可以快速創(chuàng)建并刪除容器，有效實(shí)現(xiàn)快速迭代，使得軟件開發(fā)、測(cè)試、部署時(shí)間得到很好的解決，并且，由于相應(yīng)不同的步驟都有著明確的位置與操作，因此整個(gè)過程全程可見，更加有利于開發(fā)團(tuán)隊(duì)共同協(xié)作開展軟件開發(fā)工作。此外，Docker還可以部署與擴(kuò)展web應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫及后端服務(wù)，例如在羊年春晚，正是由于Docker集群成功的為1.02億用戶提供了刷微博、搶紅包提供了可靠地服務(wù)。具體來說，Docker容器與傳統(tǒng)虛擬機(jī)對(duì)比差異如表l所示。

1.3 Docker的體系架構(gòu)

Docker的客戶端是遠(yuǎn)程控制器，對(duì)于Docker Host來說，其會(huì)收到通過TCP/REST傳送來的請(qǐng)求，請(qǐng)求呈多樣性變化，其中最為常見的請(qǐng)求包括、容器創(chuàng)建、容器刪除、容器保存、容器運(yùn)行、等。Daemon位于Docker的服務(wù)端，可以以客戶端的請(qǐng)求為根據(jù)，對(duì)其進(jìn)行管理。然后通過driver的應(yīng)用可以將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到Iibcontainer執(zhí)行環(huán)境中，該執(zhí)行環(huán)境位于容器中。libcontainer提供與各種Linux內(nèi)核隔離的接口，與控制組具有一定的的相似性。在這種架構(gòu)環(huán)境下，多個(gè)容器可以對(duì)一個(gè)Linux內(nèi)核進(jìn)行共享，而對(duì)于這些容器來說，其在運(yùn)行方面又相互隔離。因此要保證Docker技術(shù)的輕量級(jí)要求得以實(shí)現(xiàn)，就不能在Docker容器中配置專用操作系統(tǒng)。

2 軟件開發(fā)中Docker技術(shù)的運(yùn)用

軟件開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，在很多情況下，基于種種因素影響，軟件開發(fā)人員在搭建對(duì)開發(fā)環(huán)境時(shí)，總是會(huì)遇到各種問題，此時(shí)軟件開發(fā)人員可以利用Docker技術(shù)作為一種輕量級(jí)的有效解決方案，Docker在功能方面與傳統(tǒng)虛擬機(jī)類似，并且相較于傳統(tǒng)虛擬機(jī)而言其功能更加強(qiáng)大，例如可以使用Docker使得多個(gè)容器同時(shí)進(jìn)行運(yùn)行，并且相較于與傳統(tǒng)的虛擬機(jī)，運(yùn)用Docker對(duì)CPU、磁盤、內(nèi)存的消耗更低，極大提升了Docker運(yùn)用到適配性。

2.1 Docker在開發(fā)環(huán)境搭建中的應(yīng)用

軟件開發(fā)人員在進(jìn)行開發(fā)環(huán)境搭建時(shí)，可以通過應(yīng)用Docker技術(shù)，使得開發(fā)環(huán)境具有良好的擴(kuò)展性，與此同時(shí)，還能夠有效實(shí)現(xiàn)磁盤內(nèi)存節(jié)約。首先要完成基礎(chǔ)的Image（鏡像）搭建，然后在此基礎(chǔ)之上，對(duì)Image進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)展，從而使得不同的開發(fā)環(huán)境得以實(shí)現(xiàn)。在完成Image啟動(dòng)之后，需要把Container（容器）端口映射到主機(jī)之上，映射關(guān)系如圖1所示。

在某些情況下，為了能夠在host的主機(jī)中實(shí)現(xiàn)更加快捷便利的代碼編輯，軟件開發(fā)人員需要在Container中對(duì)host主機(jī)（宿主）上的目錄進(jìn)行映射處理，在這種情況下，軟件開發(fā)人員不需要手動(dòng)復(fù)制這些目錄至Container上，然后通過重啟完成相關(guān)操作。而是直接可以在Container中對(duì)其進(jìn)行運(yùn)行與編輯處理。具體的磁盤映射關(guān)系如圖2所示。

2.2 Docker技術(shù)的應(yīng)用架構(gòu)

在進(jìn)行軟件開發(fā)過程中，想要成功發(fā)布一款產(chǎn)品，作為軟件開發(fā)人員需要關(guān)注的東西非常多，從各種OS到各種中間件再到各種App，事無巨細(xì)，并且使得相應(yīng)管理方面也增加了很多難度，這一問題是軟件行業(yè)中普遍存在的問題，同時(shí)也是軟件行業(yè)在進(jìn)行軟件開發(fā)時(shí)必須要直接面對(duì)的問題，在軟件開發(fā)過程中通過對(duì)Docker技術(shù)的應(yīng)用，其可以對(duì)多種部署應(yīng)用實(shí)例工作加以簡(jiǎn)化，例如Web應(yīng)用、后臺(tái)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等，具體來說，其可以將諸如Hadoop集群、消息隊(duì)列等打包成一個(gè)Image進(jìn)行部署工作，實(shí)際上，使用Docker部署一個(gè)應(yīng)用的方法非常簡(jiǎn)單，基于Docker自身特性，很多時(shí)候我們可以使用相同的image，然后在此基礎(chǔ)上配以不同的運(yùn)行時(shí)軟件和數(shù)據(jù)，在Docke作用下，其將網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)等相關(guān)內(nèi)容都進(jìn)行了自主配置，下載應(yīng)用并安裝。然后通過一些參數(shù)的配置，將Image進(jìn)行打包上傳。除此此外，Container在創(chuàng)建方法上更加靈動(dòng)自由，其可以由程序開發(fā)人員自主手動(dòng)創(chuàng)建，也可以由Docker自動(dòng)創(chuàng)建，但前提條件是如果源碼庫里面包涵Docker File文件，此時(shí)才會(huì)自動(dòng)自動(dòng)創(chuàng)建，對(duì)于Containe來說，其作為一個(gè)容器不僅包涵相應(yīng)應(yīng)用，還包括應(yīng)用的所有依賴項(xiàng)。因此開發(fā)人員可以使用諸如Docker、Search等命令，并在無論是公有還是私有的Docker Registry里對(duì)Containers進(jìn)行搜索，另一方面，還可以使用諸如Docker Pull等相應(yīng)命令，從注冊(cè)表里對(duì)Container進(jìn)行相應(yīng)推送，還可以使用ockerRun命令執(zhí)行啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等相應(yīng)操作。

3 總結(jié)

綜上所述，通過對(duì)Docker技術(shù)相應(yīng)概念進(jìn)行了分析介紹，并將其與傳統(tǒng)虛擬機(jī)進(jìn)行了性能優(yōu)勢(shì)對(duì)比，從中可以看出Docker技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，盡管在安全性與隔離性方面Docker相較于傳統(tǒng)虛擬機(jī)仍有待進(jìn)一步提升，但仍不可否認(rèn)在軟件開發(fā)中運(yùn)用Docker技術(shù)仍更具備優(yōu)勢(shì)，相信隨著云計(jì)算的發(fā)展，Docker技術(shù)會(huì)得到得到更廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。

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