| Docker
— 云时代的程序分发方式
要说最近一年云计算业界有什么大事件？Google Compute Engine的正式发布？Azure入华？还是AWS落地中国？留在每个人大脑中的印象可能各不相同，但要是让笔者来排名的话那么Docker绝对应该算是第一位的。
如果你之前听说过它的话，那么也许你会说“没错，就是它”，因为几乎世界各地的开发、运维都在谈论着Docker；如果你还没听说过Docker，那么我
真的建议你花上10分钟来阅读本文。
1. Docker简介
1.1. 什么是Docker？
Docker是一个重新定义了程序开发测试、交付和部署过程的开放平台。Docker也是容器技术的一种，它运行于Linux宿主机之上，每个运行
的容器都是相互隔离的，也被称为轻量级虚拟技术或容器型虚拟技术。而且它有点类似Java的编译一次，到处运行，Docker则可以称为构建一次，在各种
平台上运行，包括本地服务器和云主机等（Build once，run anywhere）。
容器就是集装箱，我们的代码都被打包到集装箱里；Docker就是搬运工，帮你把应用运输到世界各地，而且是超高速。
Docker是开源软件，代码托管在GitHub上，使用Go语言编写。Go可以称得上是互联网时代专门为开发分布式、高并发系统而生的编程语言。Docker也可以说是Go语言的一个杀手级应用，而且在Docker生态圈里很多软件也都是使用Go语言编写的。
1.2. Docker历史
Docker项目始于2013年3月，由当时的PaaS服务提供商dotCloud开发，dotClound也是YCombinator
S10的毕业生。尽管Docker项目很年轻，到现在也只有15个月而已，然而它的发展势头如此之猛已经让很多人感叹不已了。
2013年10月dotCloud公司名字也由dotCloud, Inc.改为Docker, Inc.，集中更多的精力放到了Docker相关的研发上。
1.3. Docker的技术基石
在进入Docker的世界之前，我们先来看一下Docker实现所依赖的一些技术。
实际上Docker的出现离不开很多Linux kernel提供的功能，甚至可以说Docker在技术上并没有什么特别重大的创新之处，利用的都是已经非常成熟的Linux技术而已，这些技术早在
Solaris 10或Linux Kernel 2.6的时候就有了。可以毫不夸张的说Docker就是“站在了巨人的肩膀上”。
下面我们就先来了解一下Docker主要利用的Linux技术。
1.3.1. 容器技术
容器（Container）有时候也被称为操作系统级虚拟化，以区别传统的Hypervisor虚拟技术。它不对硬件进行模拟，只是作为普通进程运行于宿主机的内核之上。
在容器中运行的一般都是一个简易版的Linux系统，有root用户权限、init系统（采用LXC容器的情况下）、进程id、用户id以及网络属性。
容器技术在云计算时代已经被大量使用。Google公司的Joe Beda在今年5月做了一次题为《Containers
At Scale — At Google, the Google Cloud Platform and
Beyond》注 1的演讲，在其中提到“Everything at Google runs in a container”，每周启动容器次数竟然多达20亿次。
注 1 https://speakerdeck.com/jbeda/containers-at-scale
很多PaaS平台都是基于容器技术实现的，比如目前最成功的PaaS平台Heroku。此外，还有比较著名的开源PaaS平台Cloud
Foundry的Warden以及Google的Lmctfy（Let Me Contain That For
You）注 2等。
注 2 Let Me Contain That For You，http://github.com/google/lmctfy
1.3.2. LXC
这也是在Linux下使用比较广泛的容器方案。基本上我们可以认为Linux containers = cgroups（资源控制）
+ namespaces（容器隔离）。
LXC很成熟很强大，然而它却不好使用，比如它不方便在多台机器间移动，不方便创建管理，不可重复操作，也不方便共享等等，相对于开发人员来说，它只是系统管理员的玩具。Docker的出现很好的解决了这些问题，它将容器技术的使用成本拉低到了一个平民价格。
1.3.3. namespaces
这是用来为容器提供进程隔离的技术，每个容器都有自己的命名空间，比如pid/net/ipc/mnt/uts等命名空间，以及为容器提供不同的hostname。namespace能保证不同的容器之间不会相互影响，每个容器都像是一个独立运行着的OS一样。
1.3.4. cgroups
cgroups是一个Google贡献的项目，它主要用来对共享资源的分配、限制、审计及管理，比如它可以为每个容器分配CPU、内存以及blkio等的使用限额等。cgroups使得容器能在宿主机上能友好的相处，并公平的分配资源以及杜绝资源滥用的潜在风险。
容器技术实现方案可以用下面的图进行简单说明。
图1 Docker如何和Linux内核打交道
上图中的cgroups、namespaces和apparmor等都是Linux内核提供的功能。不管是传统的LXC还是Docker的libcontainer，都使用了Kernel的这些功能来实现容器功能。
1.3.5. 联合文件系统
联合文件系统是一个分层的轻量、高性能文件系统。Docker之所以这么吸引人，很大程度上在于其在镜像管理上所做出的创新。而联合文件系统正是构建Docker镜像的基础。
AUFS（AnotherUnionFS）是一个分层的基于Copy On Write技术的文件系统，支持Union
Mount，就是将具有不同文件夹结构的镜像层进行叠加挂载，让它们看上去就像是一个文件系统那样。
1.4. 容器技术VS虚拟机技术
容器技术和Hypervisor技术虽然不属于同一层次的概念，但是作为具有计算能力的应用运行载体来说，它们还是有一定的共通性和竞争关系，这里作此对比完全是为了加深读者对容器技术的理解而已。
比如开源PaaS实现软件tsuru最初使用的是基于虚拟机的技术，创建一个应用程序需要5分钟左右的时间，而在采用Docker之后，已经将这个时间缩短到了10秒钟了注
3。
注 3 tsuru and docker by Andrews Medina https://speakerdeck.com/andrewsmedina/tsuru-and-docker
1.5. 我们能用Docker干什么？
Docker可以应用在各种场景下，比如公司内部开发测试使用，或者作为共有或者私有PaaS平台等。
现在PaaS平台的发展已经非常成熟了，这里我们只罗列一些在开发中使用Docker技术可能会给我们带来的益处。
1.5.1 在开发中
构建开发环境变得简单
简单包括几个方面的意思
1.快速：只需docker run即可
2.共享：通过Dockerfile或者Registry
3.自动化：一切代码化的东西都可以自动化
4.统一：每个人的开发环境都是一模一样的
设想我们要基于Nginx/PHP、MySQL和Redis开发，我们可以创建3个Docker镜像保存到公司私有的Registry中去，每个开发人员使用的时候是需要执行docker
run redis即可以享用自己独有的Redis服务了，而且这3个容器不管从占用磁盘空间还是运行性能来说，都比虚拟机要好很多。
1.5.2. 在测试中
解决环境构建问题
有时候构建测试的环境是一项费时费力的工作，而Docker能让这变得轻松。如果你的测试比较简单的话，甚至直接拿开发构建的镜像就可以开始了。
消除环境不一致导致的问题
“在我的机器上运行的好好的，怎么到你那里就不行了？”，我想超过半数的程序员都曾经说过类似的话。如果对导致这一问题的原因进行统计的话，我想排在第一位的应该非“环境不一致”莫属了，这包括操作系统和软件的版本、环境变量、文件路径等。
使用Docker的话你再也不用为此烦恼了。因为你交付的东西不光是你的代码、配置文件、数据库定义，还包括你的应用程序运行的环境：OS加上各种中间件、类库
+ 你的应用程序。
1.5.3. 部署和运维
基于容器的部署和自动化
Docker定义了重新打包程序的方法。
Docker容器 + 用户应用 = 部署单位（构件）
Docker可以看作是用代码编写出来的国际集装箱，它可以把任何应用及相关依赖项打包成一个轻量、可移植（Portable）、自包涵的容器。
以前部署代码都是代码级别的，有了Docker，则可以进行容器级别的部署。这样带来的最大的好处就是开发者本地测试、CI服务器测试、测试人员测试，以及生产环境运行的都可以是同一个Docker镜像。
快速进行横向扩展
Docker容器的启动速度很快，可以瞬间启动大量容器，所以在非常适合在业务高峰期进行横向扩展。这比传统的启动EC2实例或者物理机可要快多了。
天生的和云计算技术相结合
当然，由于Docker具有很好的移植性，所以它更强大的地方还在于和云环境结合使用。
Docker容器是可移植，或者说跨平台。将来的应用部署可能是在本地进行打包（成Docker镜像）然后传送到云端运行，至于是AWS还是GCE
这不是问题，Docker都能在其上运行。这样不仅能在一定程度上解决vendor-lockin的问题，同时也使得在不同的云服务提供商之间迁移也变得
简单。尤其是未来在使用多云（multi-cloud）环境的时候，这将非常便利。
笔者认为基于IaaS + 容器技术的应用交付、部署方式将来一定会成为一种流行的方式。
进行Blue-green部署
「Blue-green deployment」这个词最初出现在《Continuous Delivery:
Reliable Software Releases through Build, Test, and
Deployment Automation 》一书，后经ThoughtWorks的Martin Fowler发扬光大注
4。
注 4 http://martinfowler.com/bliki/BlueGreenDeployment.html
Blue-green deployment方法其实很简单，就是保持两套一样的生产环境，而实际上只有一套环境真正的对外提供服务（图中绿色环境），而另一套环境则处于待机状
态（图中蓝色）。部署的时候，我们会先上线到蓝色环境中，如果测试没有问题了，再将路由切换到新的服务上。
Blue-green部署能带来如下好处。
1.最小化停机时间
2.快速回滚
3.hot standby
而未来的开发和部署和可能就会像下面这样进行了。
1.① 开发人员将代码push到Git仓库
2.② CI工具通过webhook得到最新代码，构建Docker镜像并启动容器进行测试。
3.③ 测试通过后将镜像打标签后push到私有镜像Registry
4.④ CI工具通知CD工具
5.⑤ CD工具通过Mesos/Marathon等进行基于容器的部署
6.⑥ 测试没有问题后进行容器的切换（即Blue-green切换）
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