01 Docker 安装：入门案例带你了解容器技术原理¶
第一课时我们先来了解 Docker 的基础内容：Docker 能做什么、怎么安装 Docker，以及容器技术的原理。
Docker 能做什么？¶
众所周知，Docker 是一个用于开发、发布和运行应用程序的开放平台。通俗地讲，Docker 类似于集装箱。在一艘大船上，各种货物要想被整齐摆放并且相互不受到影响，我们需要把各种货物进行标准化包装。有了集装箱，我们就不需要专门运输水果或化学用品的船了。我们可以把各种货品通过集装箱打包，然后统一放到一艘船上运输。Docker 要做的就是把各种软件打包成一个集装箱（镜像），然后分发，且在运行的时候可以相互隔离。
下面就让我们来安装 Docker。
CentOS 下安装 Docker¶
Docker 是跨平台的解决方案，它支持在当前主流的各大平台安装，包括 Ubuntu、RHEL、CentOS、Debian 等 Linux 发行版，同时也可以在 macOS、Windows 等非 Linux 平台下安装使用。
因为 Linux 是 Docker 的原生支持平台，所以推荐在 Linux 上使用 Docker。由于生产环境中我们使用 CentOS 较多，下面主要针对在 CentOS 平台下安装和使用 Docker 展开介绍。
1. 操作系统要求¶
要安装 Docker，我们需要 CentOS 7 及以上的发行版本，建议使用 overlay2 存储驱动程序。
2. 卸载已有 Docker¶
如果你已经安装过旧版的 Docker，可以先执行以下命令卸载旧版 Docker：
sudo yum remove docker docker-client docker-client-latest docker-common docker-latest docker-latest-logrotate docker-logrotate docker-engine
3. 安装 Docker¶
首次安装 Docker 之前，需要添加 Docker 安装源。添加之后，就可以从配置好的源中安装和更新 Docker：
正常情况下，直接安装最新版本的 Docker 即可：
如果想要安装指定版本的 Docker，可以使用以下命令列出可用版本：
输出示例：
docker-ce.x86_64 18.06.1.ce-3.el7 docker-ce-stable
docker-ce.x86_64 18.06.0.ce-3.el7 docker-ce-stable
docker-ce.x86_64 18.03.1.ce-1.el7.centos docker-ce-stable
docker-ce.x86_64 18.03.0.ce-1.el7.centos docker-ce-stable
docker-ce.x86_64 17.12.1.ce-1.el7.centos docker-ce-stable
docker-ce.x86_64 17.12.0.ce-1.el7.centos docker-ce-stable
docker-ce.x86_64 17.09.1.ce-1.el7.centos docker-ce-stable
然后选取想要的版本执行安装：
安装完成后，启动 Docker 服务：
安装完成后，按照惯例启动一个 hello-world 容器进行测试：
运行输出：
Unable to find image 'hello-world:latest' locally
latest: Pulling from library/hello-world
0e03bdcc26d7: Pull complete
Digest: sha256:7f0a9f93b4aa3022c3a4c147a449bf11e0941a1fd0bf4a8e6c9408b2600777c5
Status: Downloaded newer image for hello-world:latest
Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
运行上述命令，Docker 首先会检查本地是否有 hello-world 镜像，发现本地没有时就会自动从 Docker Hub 官方镜像仓库下载，然后运行它。最后输出 "Hello from Docker!" 并退出。
提示：安装完成后默认
docker命令只能以root用户执行。如果想允许普通用户执行docker命令，可以将其加入docker用户组：执行完毕后重新打开新的终端窗口即可生效。
容器技术原理¶
提起容器就不得不说 chroot，因为 chroot 是最早的容器雏形。chroot 意为切换根目录（Change Root），有了 chroot 就意味着我们可以把任何目录更改为当前进程的根目录。
1. chroot 体验¶
维基百科中对 chroot 的定义如下：
chroot是 Unix 和 Linux 系统下的一个操作，针对正在运行的进程及其子进程改变其外显的根目录。一个在经由chroot设置根目录环境下运行的程序，不能够对指定根目录之外的文件进行访问或修改。
通俗地说，chroot 就是改变某进程的根目录，使其无法访问目录之外的其他文件。下面通过一个实例演示：
首先创建一个 rootfs 目录：
这里使用现成的 busybox 容器提取文件系统：
解压完成后在 rootfs 目录下查看目录结构：
输出示例：
可以看到在 rootfs 目录下初始化了一套完整的 Linux 根目录结构。接着使用 chroot 命令启动一个 /bin/sh 进程，并将 /home/centos/rootfs 作为该进程的根目录：
在弹出的 sh 窗口中查看当前根目录：
输出：
可以看到当前进程的根目录已经变成了主机上的 /home/centos/rootfs 目录，实现了目录级别的隔离。
但在 sh 窗口中查看路由信息：
输出：
default via 172.20.1.1 dev eth0
172.17.0.0/16 dev docker0 scope link src 172.17.0.1
172.20.1.0/24 dev eth0 scope link src 172.20.1.3
可以看到网络信息与宿主机依然共享，进程与资源也并未隔离。要想实现一个完整的容器，还需要 Linux 的另外三项核心技术：Namespace、Cgroups 和 联合文件系统（UnionFS）。
2. 容器三大核心支撑技术对比¶
| 核心支撑技术 | 核心作用与定义 | 解决的根本问题 | 具体隔离与限定机制 |
|---|---|---|---|
| Namespace (命名空间) | 内核级资源隔离，为每个容器提供独立的运行空间视图 | 运行视图隔离：防止容器间及容器与宿主机相互影响 | 隔离 PID（进程）、NET（网络端口/IP）、MNT（挂载点）、IPC（进程间通信）、UTS（主机名） |
| Cgroups (控制组) | 限制和监控进程组对宿主机硬件资源的使用 | 资源配额控制：防止单个容器暴涨挤垮宿主机 | 限制 CPU 时间片分配、Memory 内存上限、Disk I/O 读写带宽 |
| UnionFS (联合文件系统) | 分层挂载与 Copy-on-Write (写时复制) 的轻量级文件系统 | 存储与构建高效：实现镜像极速下载与按层共享 | Overlay2、AUFS、Devicemapper |
Namespace¶
Namespace 是 Linux 内核提供的功能，对内核资源进行隔离，使得容器中的进程都在独立的命名空间中运行：
- PID Namespace：隔离进程 ID；
- NET Namespace：隔离网络接口（独立的 IP、路由、端口等）；
- MNT Namespace：隔离文件系统挂载点；
- IPC Namespace：隔离信号量、消息队列和共享内存；
- UTS Namespace：隔离主机名和域名。
Cgroups¶
Cgroups（Control Groups）用于限制和隔离进程的资源使用情况（CPU、内存、磁盘 I/O、网络带宽等），防止某个容器消耗过多宿主机资源。
联合文件系统（UnionFS）¶
联合文件系统通过创建文件层进行操作，极其轻快。Docker 使用联合文件系统为容器提供构建层，实现写时复制（Copy-on-Write）以及镜像的分层构建与存储。常用的联合文件系统有 Overlay2、AUFS、Devicemapper 等。
结语¶
容器技术从 1979 年 chroot 的问世便已崭露头角，到了 2013 年 Docker 的横空出世才使得容器技术迅速爆发。
Docker 提供了完整的工具和平台来管理容器的生命周期：
- 使用容器开发应用程序及其支持组件；
- 容器成为分发和测试应用程序的标准单元；
- 可以将应用程序作为容器部署到任何生产环境中（本地数据中心、公有云等）。
思考：为什么容器技术在 Docker 出现之前一直没有爆发？欢迎在留言区讨论。
下一课时我们将讲解 Docker 的架构设计以及三大核心概念。