計算機軟件開發(fā)中的Docker 技術(shù)的應(yīng)用

何木青

(廣東茂名幼兒師范?？茖W(xué)校, 廣東 茂名525000)

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的迅速發(fā)展和Web2.0 時代的到來,云計算也正以一種全新的商業(yè)計算模式在移動商務(wù)、搜索服務(wù)和開放協(xié)作等方面快速開展起來。 這使得廣大用戶可以非常便捷地開發(fā)、部署應(yīng)用程序,并將這些應(yīng)用程序托管于PaaS 管理的云基礎(chǔ)設(shè)施中,不僅縮短了開發(fā)周期,而且還較大程度地降低了運維成本。 PaaS 管理的云基礎(chǔ)設(shè)施離不開虛擬化的技術(shù)支撐,而Docker 正是與其相匹配的、虛擬化的容器型技術(shù),它的出現(xiàn)使云計算的軟件開發(fā)進入了一個新的時代——Web2.0 時代。 由此可見,研究Docker 技術(shù)在計算機軟件開發(fā)中的應(yīng)用具有極其重大的實踐意義［1］。

1 Docker 技術(shù)的內(nèi)涵概述

Docker 是以Go 語言為基礎(chǔ)的云開源項目。 是一個基于Linux Containers,LXC 虛擬化技術(shù)的高級容器引擎,在此基礎(chǔ)上,使Docker 容器的使用體驗更加優(yōu)化。 可以為用戶提供高效、敏捷和輕量級的容器方案,支持在本地系統(tǒng)和多種主流云平臺(PaaS)上進行部署,為Docker 技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)提供“一站式”的解決方案［2］。

開發(fā)Docker 技術(shù)的目的,是為了將各種運行環(huán)境和應(yīng)用程序打包成標(biāo)準(zhǔn)的image (鏡像 )／container (容器),使它們在各自不同的平臺上進行運行操作,應(yīng)用分發(fā)、運行、部署、封裝等生命周期,實現(xiàn)應(yīng)用組件的一次性封裝和隨處運行。

在Docker 技術(shù)中涉及很多概念,諸如：鏡像、容器、鏈接、倉庫以及數(shù)據(jù)卷等等,其中鏡像和容器是最重要的兩個。 鏡像中包含著Linux 操作系統(tǒng),不僅安裝有Tom cat,而且還裝有用戶所需要的程序；容器則是通過鏡像來進行創(chuàng)建的,因此容器具有執(zhí)行創(chuàng)建、停止、啟動、刪除等操作功能,容器與容器之間是相互隔離的,平臺的安全性是有保障的。

2 Docker 技術(shù)與傳統(tǒng)計算機軟件的區(qū)別及優(yōu)勢

2.1 傳統(tǒng)計算機軟件的流程部署與缺點

計算機軟件開發(fā)的傳統(tǒng)流程部署過程：(1)安裝Web 服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫,搭建開發(fā)環(huán)境,進行網(wǎng)絡(luò)分配。 (2)開發(fā)人員進行測試、編碼、對版本進行管理。 (3)對硬件系統(tǒng)進行配置安裝并實現(xiàn)操作［3］。

傳統(tǒng)計算機軟件開發(fā)的主要缺點：(1)在開發(fā)過程中資源的利用率較低。 (2)不能對單物理機的應(yīng)用進行有效隔離。 (3)不方便部署軟件開發(fā)運維。 (4)是對版本的管理和測試比較復(fù)雜。 (5)傳統(tǒng)虛擬機啟動較慢,管理復(fù)雜,占用空間比較大；(6)遷移成本高。

2.2 Docker 技術(shù)的部署與優(yōu)勢

IT 系統(tǒng)主要包括4 個層次,即操作系統(tǒng)、運行平臺、應(yīng)用程序、硬件。 其中：應(yīng)用程序的代碼編輯、發(fā)布、構(gòu)建及測試,由軟件開發(fā)人員負責(zé)；而硬件、操作系統(tǒng)以及運行平臺的安裝、配置和運行監(jiān)控的升級、優(yōu)化等則由運行維護人員負責(zé)。 在Docker 技術(shù)的支持下,該系統(tǒng)提供的運行環(huán)境實現(xiàn)了上下層操作系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)關(guān)聯(lián)有效的隔離,從而使軟件開發(fā)的速度得到了極大的提升［4］。

Docker 技術(shù)與虛擬化技術(shù)進行比較,不同點有兩點：(1)Docker 技術(shù)的粒度小于傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù)的粒度,重量更輕,而且在硬件的虛擬化、指令級模擬和即時編譯方面均可省去；傳統(tǒng)的虛擬技術(shù)的目標(biāo)是建立一個能夠應(yīng)用的虛擬機,而Docker 技術(shù)則是將所有相關(guān)源碼、環(huán)境配置、依賴庫等統(tǒng)一打包封裝,建立一個虛擬機。 (2)Docker 技術(shù)并未對Linux 操作系統(tǒng)進行完全的虛擬,還保留了程序運行所必有的核心操作系統(tǒng),所以Docker 技術(shù)與傳統(tǒng)的虛擬技術(shù)相比,不僅具有啟動時間短、空間占用少的特點,而且還具備分發(fā)、復(fù)制方便等功能優(yōu)勢［5］。Docker 技術(shù)與傳統(tǒng)虛擬技術(shù)的比較,見表1。

表1 Docker 容器與傳統(tǒng)虛擬機性能對比差異表Tab. 1 Docker container versus traditional virtual machine performancecomparisondifference table

Docker 虛擬化技術(shù)可以大幅度提升資源的利用率。 Docker 虛擬化技術(shù)可以對某一操作系統(tǒng)的管理資源進行統(tǒng)一劃分,使之分配到一個個孤立的組中,以達到有效的平衡,提高資源的利用率。

在Docker 技術(shù)的虛擬化構(gòu)建方面,Docke 是在應(yīng)用組件級虛擬化技術(shù)基礎(chǔ)上的,使Docker 容器具有封閉性和獨立性的特征。 封閉性主要表現(xiàn)為每個容器都有自己的存儲空間、網(wǎng)絡(luò)接口以及進程；獨立性主要表現(xiàn)為當(dāng)某個容器在運行時,不會因為其運行而引向其它容器,每個容器都有自己的運行職責(zé)［6］。

Docker 技術(shù)的實際應(yīng)用范圍廣。 主要體現(xiàn)在：(1)適用范圍除上述外,還適用于普通服務(wù)器。 (2)可以快速創(chuàng)建或刪除容器。 (3)可以擴展與部署Web 的應(yīng)用、后端服務(wù)以及數(shù)據(jù)庫等。

3 Docker 技術(shù)的體系架構(gòu)

Docker 是一個Client／Server,即C S(客戶／服務(wù)器)的架構(gòu),其客戶端實際上是遠程控制器,它是通過TCP／REST 向Docker Host 發(fā)出請求的,請求的內(nèi)容主要包括：容器創(chuàng)建、容器刪除、容器運行和容器保存等。 其體系機構(gòu)的框架結(jié)構(gòu)是：由部署在Docker 的服務(wù)端Daemon,以客戶端的名義發(fā)出管理請求；通過driver 轉(zhuǎn)發(fā)到位于容器中的libcontainer；再由libcontainer 提供與各種不同的Linux 內(nèi)核隔離接口,實現(xiàn)Docker 技術(shù)體系架構(gòu)。 由于Docker 容器操作系統(tǒng)無需專用,因而它可以實現(xiàn)輕量級的要求。Docker 體系架構(gòu),見圖1。

圖1 Docker 體系構(gòu)架圖Fig. 1 Docker Architecture Chart

4 Docker 技術(shù)在計算機軟件開發(fā)中的應(yīng)用

計算機軟件開發(fā)是一項極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。開發(fā)人員在搭建開發(fā)環(huán)境時,會遇到各種各樣的問題,然而Docker 技術(shù)的應(yīng)用,卻給解決這些問題帶來了極大的方便。 比如,Docker 的應(yīng)用,可以使多個容器同時運行,且在使用功能方面,相較于傳統(tǒng)虛擬機而言更加強大,能夠較大程度地降低磁盤、CPU、內(nèi)存的消耗,提升Docker 技術(shù)運用的適配性。

4.1 開發(fā)環(huán)境搭建中的Docker 技術(shù)應(yīng)用

運用Docker 技術(shù)進行開發(fā)環(huán)境的搭建,不僅能夠使開發(fā)環(huán)境發(fā)揮出良好的擴展性能,而且還能有效地節(jié)約磁盤、內(nèi)存。 搭建應(yīng)用的具體步驟：(1)在完成Image (鏡像)搭建的基礎(chǔ)上,對Image 進行相應(yīng)的擴展,實現(xiàn)不同的開發(fā)環(huán)境。 (2)完成并實現(xiàn)Image 啟動后,把容器(Containe)端口映射到主機之上,具體映射關(guān)系如圖2 所示。 (3)為了實現(xiàn)host主機代碼的快捷編輯,在Container 中對host 上的目錄進行映射處理,并通過重啟完成相關(guān)操作。 (4)在Container 中進行編輯處理,具體如圖3 所示。

圖2 端口映射關(guān)系Fig. 2 Port mapping relationship

圖3 端口映射關(guān)系Fig. 3 Port mapping relationship

4.2 在構(gòu)建軟件開發(fā)／測試環(huán)境中Docker 技術(shù)的應(yīng)用

在實際工作中,要搭建開發(fā)／測試環(huán)境往往比較困難,需要軟件開發(fā)人員完成眾多的軟件安裝和配置工作。 而應(yīng)用Docker 技術(shù)構(gòu)建開發(fā)／N 試環(huán)境,只需要制作一份符合要求Docker 鏡像,即可還原出多個完全一致的環(huán)境。

4.3 Docker 技術(shù)的應(yīng)用架構(gòu)

對Docker 技術(shù)的實際應(yīng)用,主要體現(xiàn)在兩個方面：(1)簡化了應(yīng)用部署。 主要是大數(shù)據(jù)的應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用、后臺的應(yīng)用以及Web 的應(yīng)用。 例如可以將消息隊列、 Hadoop 集群等打包成一個Image 進行部署,在Docker 的作用下,通過配置參數(shù),將Image 進行打包上傳。 (2)Docker 技術(shù)的應(yīng)用,使Container 在創(chuàng)建方法上更加靈活。 Container 的創(chuàng)建既可以手動創(chuàng)建,也可以利用Docker 自動創(chuàng)建,但自動創(chuàng)建的前提是,源碼庫里面必須包含Docker File 文件,Containe 不僅要包含相應(yīng)的應(yīng)用,還應(yīng)包含應(yīng)用的所有依賴項。 此外,還可以使用Docker Pull 等相應(yīng)命令,對Container 進行相應(yīng)推送,使用Docker Run 命令執(zhí)行運行、啟動、停止等相應(yīng)操作。

5 結(jié)束語

本文在對Docker 技術(shù)內(nèi)涵進行探討的基礎(chǔ)上,將Docker 技術(shù)與傳統(tǒng)的虛擬技術(shù)進行了比較,Docker 的優(yōu)勢明顯。 在Docker 技術(shù)軟件的實際開發(fā)應(yīng)用方面,其優(yōu)勢更是明顯。 隨著隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的迅速發(fā)展和Web2.0 時代的到來,Docker技術(shù)一定會得到得到更加快速的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。