Docker 容器生命周期 架构 以及和VM之间的差异详解

容器的生命周期

容器运行时的生命周期

容器是一组具有隔离特性的进程集合,在使用 docker run 的时候会选择一个镜像来提供独立的文件系统并指定相应的运行程序。这里指定的运行程序称之为 initial 进程,这个 initial 进程启动的时候,容器也会随之启动,当 initial 进程退出的时候,容器也会随之退出。

因此,可以认为容器的生命周期和 initial 进程的生命周期是一致的。当然,因为容器内不只有这样的一个 initial 进程,initial 进程本身也可以产生其他的子进程或者通过 docker exec 产生出来的运维操作,也属于 initial 进程管理的范围内。当 initial 进程退出的时候,所有的子进程也会随之退出,这样也是为了防止资源的泄漏。

但是这样的做法也会存在一些问题,首先应用里面的程序往往是有状态的,其可能会产生一些重要的数据,当一个容器退出被删除之后,数据也就会丢失了,这对于应用方而言是不能接受的,所以需要将容器所产生出来的重要数据持久化下来。容器能够直接将数据持久化到指定的目录上,这个目录就称之为数据卷。

数据卷有一些特点,其中非常明显的就是数据卷的生命周期是独立于容器的生命周期的,也就是说容器的创建、运行、停止、删除等操作都和数据卷没有任何关系,因为它是一个特殊的目录,是用于帮助容器进行持久化的。简单而言,我们会将数据卷挂载到容器内,这样一来容器就能够将数据写入到相应的目录里面了,而且容器的退出并不会导致数据的丢失。

通常情况下,数据卷管理主要有两种方式:

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第一种是通过 bind 的方式,直接将宿主机的目录直接挂载到容器内;这种方式比较简单,但是会带来运维成本,因为其依赖于宿主机的目录,需要对于所有的宿主机进行统一管理。

第二种是将目录管理交给运行引擎。

容器项目架构

moby 容器引擎架构

moby 是目前最流行的容器管理引擎,moby daemon 会对上提供有关于容器、镜像、网络以及 Volume的管理。moby daemon 所依赖的最重要的组件就是 containerd,containerd 是一个容器运行时管理引擎,其独立于 moby daemon ,可以对上提供容器、镜像的相关管理。

containerd 底层有 containerd shim 模块,其类似于一个守护进程,这样设计的原因有几点:

首先,containerd 需要管理容器生命周期,而容器可能是由不同的容器运行时所创建出来的,因此需要提供一个灵活的插件化管理。而 shim 就是针对于不同的容器运行时所开发的,这样就能够从 containerd 中脱离出来,通过插件的形式进行管理。

其次,因为 shim 插件化的实现,使其能够被 containerd 动态接管。如果不具备这样的能力,当 moby daemon 或者 containerd daemon 意外退出的时候,容器就没人管理了,那么它也会随之消失、退出,这样就会影响到应用的运行。

最后,因为随时可能会对 moby 或者 containerd 进行升级,如果不提供 shim 机制,那么就无法做到原地升级,也无法做到不影响业务的升级,因此 containerd shim 非常重要,它实现了动态接管的能力。

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上面是只是针对于 moby 进行一个大致的介绍。

容器 VS VM

容器和 VM 之间的差异

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VM 利用 Hypervisor 虚拟化技术来模拟 CPU、内存等硬件资源,这样就可以在宿主机上建立一个 Guest OS,这是常说的安装一个虚拟机。

每一个 Guest OS 都有一个独立的内核,比如 Ubuntu、CentOS 甚至是 Windows 等,在这样的 Guest OS 之下,每个应用都是相互独立的,VM 可以提供一个更好的隔离效果。但这样的隔离效果需要付出一定的代价,因为需要把一部分的计算资源交给虚拟化,这样就很难充分利用现有的计算资源,并且每个 Guest OS 都需要占用大量的磁盘空间,比如 Windows 操作系统的安装需要 10~30G 的磁盘空间,Ubuntu 也需要 5~6G,同时这样的方式启动很慢。正是因为虚拟机技术的缺点,催生出了容器技术。

容器是针对于进程而言的,因此无需 Guest OS,只需要一个独立的文件系统提供其所需要文件集合即可。所有的文件隔离都是进程级别的,因此启动时间快于 VM,并且所需的磁盘空间也小于 VM。当然了,进程级别的隔离并没有想象中的那么好,隔离效果相比 VM 要差很多。

总体而言:

容器和 VM 相比,各有优劣,因此容器技术也在向着强隔离方向发展。

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