1.2　虚拟化使云计算轻松落地

1.2.1　虚拟化为云计算“铺上了轻轨”

前面我们了解了云计算的弹性，即时间灵活性和空间灵活性。解决云计算的弹性问题经历了漫长的时间。

在很长一段时间内，物理设备的发展是“王道”，为了提高性能和计算能力，人们将主要精力投入更加优质的资源研究上，如扩展内存、增强CPU，以至于物理设备越来越强悍，内存达到TB 级别，但是强悍的物理设备却不能很好地解决灵活性的问题。

为了解决这个问题，虚拟化技术出现了。虚拟化技术使不同的客户看起来是隔离的，但实际上很有可能多个用户在使用相同的资源。虚拟化的出现使用户的需求可以得到快速响应，因此在任意一个云平台上创建计算资源，在发出需求之后，很快（一般几分钟）就可以使用了。在虚拟化阶段，VMware 是实现计算、网络、存储的虚拟化技术。类似的虚拟化技术还有Xen 和KVM 等。

在虚拟化出现之后，为了解决复杂的人工配置问题，出现了很多调度器和相关的算法。通俗一点地说，就是有一个调度中心，几千台机器都在一个池子中，无论用户需要多少CPU、内存、硬盘，调度中心都会自动在这个池子中找到满足用户需求的机器，启动虚拟电脑并做好配置，用户就能直接使用了。这个阶段称为池化阶段或云化阶段，到了这个阶段，云计算的雏形已经显现出来了。

虚拟化技术解决了计算机基础设施在计算、网络、存储等方面的弹性问题，但是它遗留了两个问题：应用的扩展性和迁移性。为了解决这两个问题，容器（Container）技术随之出现了。容器技术中最关键的是镜像（Image），镜像就像一个集装箱，将所有相关的应用和插件都打包封装起来，在需要使用时，下载这个镜像并将其解压即可使用，非常巧妙地解决了应用的扩展性和迁移性问题。容器技术使PaaS 对用户自身应用的自动部署变得快速而优雅。

为了保证用户数据的隔离，在容器技术中，有两种隔离技术，一种是Namespace，每个Namespace 中的应用看到的是不同的IP 地址、用户空间、进程号等；另一种是Cgroups，一个应用只能用其中一部分机器的资源。

Docker 是容器技术的代表，应用非常广泛。下面介绍Docker 的发展过程和基本概念。

1.2.2　Docker 的“燎原之火”

Docker 是从2013 年开始进入人们的视野中的，各大IT 公司对Docker 的支持力度日益加大，争先恐后地为Docker 的发展做出贡献，致使其在GitHub 上一时之间名声大噪。笔者还记得当年刚开始使用Docker 时，Docker 仅支持Ubuntu 操作系统的容器，但没过多久，Red Hat 就宣布了从Red Hat 6.5 开始支持Docker 的集成，再后来，Google 将其云计算引擎搬到了Docker 容器中。

那么究竟什么是Docker 呢？官方对它的解释如下：Docker 是PaaS 提供商dotCloud开源的一个基于LXC 的高级容器引擎。

Docker 基于Go 语言并遵从Apache 2.0 协议开源，开源是Docker 受热捧的原因之一。除了开源，Docker 还有什么优点呢？

首先得说说容器技术，其实容器是一个老生常谈的话题，早在2000 年容器的概念就已经有了，只不过因为诸多原因，容器技术普遍不被看好，正是Docker 给容器技术带来了一把“燎原之火”。传统虚拟机（Hyper-V、KVM、Xen）都是基于虚拟化硬件仿真机制的，这对系统要求很高，但Docker 容器技术使用的是共享的操作系统。虚拟机和Docker容器的架构区别如图1-3 所示。

在图1-3 中，Docker 容器与虚拟机最大的区别是少了虚拟机OS 层，使容器小了很多，所以有人说容器省略了99.9%的虚拟机垃圾，只剩下一个小巧而精悍的胶囊。

所以，从某种层面上说，Docker 容器是容器的一种实现方式，它是容器技术的一种标准化封装，也是最流行的容器技术解决方案之一，是它将容器技术带向了高潮。

Docker 容器和传统虚拟机的对比如表1-1 所示。

Docker 镜像是一个分层式机构，它的分层结构如图1-4 所示。Docker 镜像有严格的分层式管理标准，只有最上面一层（Container）面向用户且支持读/写操作，其他层只支持读操作。用户的所有操作都会被记录到Container 层。

Docker 的精华在于镜像的层级关系，在启动容器时，一个新的可写层被加载到镜像的顶部，这一层通常称为容器层，容器层之下的都称为镜像层。所有对容器的改动（添加文件、删除文件、修改文件）都只会发生在容器层。只有容器层是可写的，容器层之下的所有镜像层都是只读的。镜像层数量可能有很多，所有镜像层联合在一起组成一个统一的文件系统。如果不同层中有一个相同路径的文件，如testfile 文件，上层的testfile文件会覆盖下层的testfile 文件，即用户只能访问上层的testfile 文件。在容器层中，用户看到的是一个叠加之后的文件系统。

1.2.3　Docker 的hello-world 应用

本节运行Docker 的第一个应用——hello-world。

想要安装Docker，只需运行下面的yum 命令（针对的是Red Hat 系统或CentOS 系统；对于Ubuntu 系统，需要运行apt-get 命令安装）。

同时，Docker 官方为了在测试或开发环境中简化安装，提供了一套便捷的安装脚本。

在安装完成之后，可以运行docker --version 命令或docker info 命令检查Docker 的版本和详细信息。

接下来运行docker pull 命令，从远程仓库下载hello-world 应用的Docker 镜像。

在下载了Docker 镜像后，即可启动hello-world 应用。

我们可以看到，hello-world 应用已经启动了。需要注意的是，因为在使用国内网络访问Docker 仓库时，要么无法访问，要么速度特别慢，所以一般需要更改为国内仓库进行加速。

创建/etc/docker/daemon.json 文件，添加如下内容，并且将<website of docker ustc mirrors>替换为ustc docker 的镜像网址。

这里使用ustc 镜像库进行加速，如果是国内用户，也可以选择使用阿里云的镜像库进行加速。重启Docker，使镜像库配置生效。