周俊威

摘要 文章以Docker技術在軟件開發(fā)過程中的具體運用為研究對象，首先對分析了Docker技術概念及優(yōu)勢，隨后對分析了軟件開發(fā)中Docker技術的運用以供參考。

【關鍵詞】Docker技術 軟件開發(fā) 應用

1 Docker技術概述及優(yōu)勢分析

1.1 Docker技術概述

Docker是一個基于Linux Containers虛擬化技術的高級容器引擎，把Linux的cgroupnamespace等容器底層技術進行封裝抽象，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作為一個開源項目，基于Google公司推出的Go語言來實現(xiàn)，并遵循Apache2.0協(xié)議，而Docker技術即是一種面向云平臺的虛擬化技術，開發(fā)Docker技術的最初目的是將各種應用程序和他們所依賴的運行環(huán)境打包成標準的contamer（容器）/image（鏡像），從而可以在不同的平臺上進行運行。而運用Docker技術最終目的即是可以管理應用組件的封裝、分發(fā)、部署、運行等生命周期，從而實現(xiàn)應用組件級別的“一次封裝，隨處運行”。

Docker包含很多重要的概念，例如鏡像、容器、數(shù)據(jù)卷、鏈接、倉庫等，其中鏡像類似于虛擬機的快照，但它相對于虛擬機快照來說更加輕量級，例如一個鏡像可以包含一個完整的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。可以通過鏡像來進行容器的創(chuàng)建。Docker容器相當于從快照中進行虛擬機的創(chuàng)建，其是鏡像創(chuàng)建的運行實例，因此可以被執(zhí)行創(chuàng)建、刪除、停止、啟動等操作，并且對于每個容器來說，其都是互相隔離的，從而可以確保平臺的安全性。數(shù)據(jù)卷簡單來說即是可供一個或多個容器使用的特殊目錄，可以實現(xiàn)進程與數(shù)據(jù)的分離，實際上其保存在數(shù)據(jù)之外，從而可以在不影響數(shù)據(jù)的前提下執(zhí)行對容器的刪除、重建、修改等操作，此外，還可以在多個容器之間實現(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，另一種和容器進行交互應用的方式，通過在源與接收容器之間創(chuàng)建一個通道，用于接收容器可以看到源容器指定的信息。

1.2 Docker技術優(yōu)勢

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

（1）在開發(fā)過程中資源利用率較低;

（2）單物理機應用較多，無法進行有效隔離;

（3）軟件開發(fā)運維部署不夠方便;

（4）測試、版本管理過于復雜;

（5）遷移成本非常高;

（6）傳統(tǒng)虛擬機占用的空間較大，啟動較慢，并且管理方面非常復雜。

一個完整的IT系統(tǒng)應包括以下幾個層次，分別是應用程序、運行平臺（ bin/framework/lib）、操作系統(tǒng)、硬件（基礎設施）。其中軟件開發(fā)人員主要負責應用程序的代碼編輯、構建、測試及發(fā)布，主要涉及應用程序及虛擬平臺這兩層，而軟件運行維護人員則涉及從硬件、操作系統(tǒng)、到運行平臺的安裝、配置、運行監(jiān)控、升級、優(yōu)化等工作，Docker技術的支持下，其提供了一種運行環(huán)境，從而實現(xiàn)了對上層應用于下層操作系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)關聯(lián)有效的隔離，使得術業(yè)有專攻，極大提升了軟件開發(fā)的效率。

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

Docker在虛擬化構建方面主要基于應用組件級虛擬化技術進行，從而使得容器具有獨立性和封閉性的特征，其中獨立性體現(xiàn)為一個容器在運行時不會對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)為每一個容器都有屬于自己的存儲空間、進程以及網(wǎng)絡接口，不對外開放，除此之外，還包含Linux系統(tǒng)運行所需的一些應用程序。但Docker技術與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)級虛擬化技術不同，其雖然也基于容器運行，但并沒有對一個完整的Linux操作系統(tǒng)進行完全虛擬，而只保留了應用程序運行所必需的核心操作系統(tǒng)環(huán)境。因此與傳統(tǒng)的虛擬技術相比，它還具有啟動時間短（秒級啟動、停止）、空間占用少（一般僅幾M）、分發(fā)和復制方便等優(yōu)勢，除此之外，還可以在普通服務器上建立上百個Docker實例，有效提升開發(fā)測試部署的速度，使得版本管理得到有效的簡化，與此同時，Docker還可以快速創(chuàng)建并刪除容器，有效實現(xiàn)快速迭代，使得軟件開發(fā)、測試、部署時間得到很好的解決，并且，由于相應不同的步驟都有著明確的位置與操作，因此整個過程全程可見，更加有利于開發(fā)團隊共同協(xié)作開展軟件開發(fā)工作。此外，Docker還可以部署與擴展web應用、數(shù)據(jù)庫及后端服務，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。具體來說，Docker容器與傳統(tǒng)虛擬機對比差異如表l所示。

1.3 Docker的體系架構

Docker的客戶端是遠程控制器，對于Docker Host來說，其會收到通過TCP/REST傳送來的請求，請求呈多樣性變化，其中最為常見的請求包括、容器創(chuàng)建、容器刪除、容器保存、容器運行、等。Daemon位于Docker的服務端，可以以客戶端的請求為根據(jù)，對其進行管理。然后通過driver的應用可以將請求轉發(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內核隔離的接口，與控制組具有一定的的相似性。在這種架構環(huán)境下，多個容器可以對一個Linux內核進行共享，而對于這些容器來說，其在運行方面又相互隔離。因此要保證Docker技術的輕量級要求得以實現(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技術的運用

軟件開發(fā)是一項復雜的工程，在很多情況下，基于種種因素影響，軟件開發(fā)人員在搭建對開發(fā)環(huán)境時，總是會遇到各種問題，此時軟件開發(fā)人員可以利用Docker技術作為一種輕量級的有效解決方案，Docker在功能方面與傳統(tǒng)虛擬機類似，并且相較于傳統(tǒng)虛擬機而言其功能更加強大，例如可以使用Docker使得多個容器同時進行運行，并且相較于與傳統(tǒng)的虛擬機，運用Docker對CPU、磁盤、內存的消耗更低，極大提升了Docker運用到適配性。

2.1 Docker在開發(fā)環(huán)境搭建中的應用

軟件開發(fā)人員在進行開發(fā)環(huán)境搭建時，可以通過應用Docker技術，使得開發(fā)環(huán)境具有良好的擴展性，與此同時，還能夠有效實現(xiàn)磁盤內存節(jié)約。首先要完成基礎的Image（鏡像）搭建，然后在此基礎之上，對Image進行相應擴展，從而使得不同的開發(fā)環(huán)境得以實現(xiàn)。在完成Image啟動之后，需要把Container（容器）端口映射到主機之上，映射關系如圖1所示。

在某些情況下，為了能夠在host的主機中實現(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host主機（宿主）上的目錄進行映射處理，在這種情況下，軟件開發(fā)人員不需要手動復制這些目錄至Container上，然后通過重啟完成相關操作。而是直接可以在Container中對其進行運行與編輯處理。具體的磁盤映射關系如圖2所示。

2.2 Docker技術的應用架構

在進行軟件開發(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，并且使得相應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，同時也是軟件行業(yè)在進行軟件開發(fā)時必須要直接面對的問題，在軟件開發(fā)過程中通過對Docker技術的應用，其可以對多種部署應用實例工作加以簡化，例如Web應用、后臺應用、數(shù)據(jù)庫應用、大數(shù)據(jù)應用等，具體來說，其可以將諸如Hadoop集群、消息隊列等打包成一個Image進行部署工作，實際上，使用Docker部署一個應用的方法非常簡單，基于Docker自身特性，很多時候我們可以使用相同的image，然后在此基礎上配以不同的運行時軟件和數(shù)據(jù)，在Docke作用下，其將網(wǎng)絡，存儲等相關內容都進行了自主配置，下載應用并安裝。然后通過一些參數(shù)的配置，將Image進行打包上傳。除此此外，Container在創(chuàng)建方法上更加靈動自由，其可以由程序開發(fā)人員自主手動創(chuàng)建，也可以由Docker自動創(chuàng)建，但前提條件是如果源碼庫里面包涵Docker File文件，此時才會自動自動創(chuàng)建，對于Containe來說，其作為一個容器不僅包涵相應應用，還包括應用的所有依賴項。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Containers進行搜索，另一方面，還可以使用諸如Docker Pull等相應命令，從注冊表里對Container進行相應推送，還可以使用ockerRun命令執(zhí)行啟動、運行、停止等相應操作。

3 總結

綜上所述，通過對Docker技術相應概念進行了分析介紹，并將其與傳統(tǒng)虛擬機進行了性能優(yōu)勢對比，從中可以看出Docker技術具有顯著的優(yōu)勢，盡管在安全性與隔離性方面Docker相較于傳統(tǒng)虛擬機仍有待進一步提升，但仍不可否認在軟件開發(fā)中運用Docker技術仍更具備優(yōu)勢，相信隨著云計算的發(fā)展，Docker技術會得到得到更廣泛的發(fā)展與應用。

參考文獻

[1]高禮，高昕.Docker技術在軟件開發(fā)過程中的應用研究[J].軟件，2016， 37（03）：110-113.

[2]段嘉騰.Docker技術在軟件開發(fā)過程中的應用研究[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2016，37 （09）：152-153.

[3]鐘良侃.Docker技術在Web服務系統(tǒng)中的應用研究[J].電腦知識與技術，2016，12 （26）：123-126.