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软件项目中Docker技术的运用探讨

来源:原创论文网 添加时间:2021-09-18

  摘    要: Docker是一种面向云平台的虚拟化技术。作为容器技术的典型代表,Docker解决了传统虚拟化技术存在的诸多问题,以一种轻量化的方式管理资源,达到资源的最大化利用。对Docker技术的基本原理和架构组件进行了介绍,并基于此分析了Docker技术在软件项目开发中的应用场景。

  关键词 :     容器技术; Docker技术;虚拟化;

  1、 概述

  随着互联网信息技术的发展,云计算作为一种新兴的资源服务模式迅速发展起来,大幅减少了资源管理工作的开销,提高了计算机资源的利用效率。经典的云计算架构包括IaaS、PaaS和SaaS 3种服务模型,在云计算技术中具有广泛的应用。然而,软件技术的快速变革使得软件应用的架构越来越复杂,更新频率越来越快,经典的云平台架构暴露出调度分发缓慢、应用与平台无法解耦、应用运行时环境局限性强等诸多缺陷。

  以Docker为代表的容器虚拟化技术的出现解决了传统云计算技术涉及的各类问题。就Docker的基础知识和技术架构分析了容器技术在软件项目开发运维中的重要应用。

  2、 Docker

  2.1、 Docker技术

  从虚拟化技术的角度来看,Docker比传统虚拟化技术资源利用率更高,量级更轻。传统的虚拟机技术会在宿主机上虚拟出一整套硬件,然后在里面运行一个完整的操作系统;而容器没有对硬件设备进行虚拟,也没有自己的内核,而是只保留了应用程序运行所必须的核心操作系统环境,应用进程直接在宿主机内核上运行。因此,与传统虚拟技术相比,它具有启动时间短、响应速度快、空间占用少、复制分发简单便捷的优势,能够有效提升开发部署效率。

  2.2 、Docker优势

  Docker是一种新型的容器虚拟技术,相比于传统的虚拟机技术,有着明显的优势。

  由于Docker容器不需要虚拟出完整的操作系统,也不需要对硬件设备进行虚拟,节省了一部分开销,因此Docker对系统资源的利用效率更高,在响应速度、文件存储效率、内存资源损耗等方面的表现都要优于传统的虚拟机技术。相比虚拟机技术,采用Docker技术,一个相同配置的主机,往往可以更快速地响应请求,运行更多数量的应用。

  另外,软件项目开发部署过程中经常会遇到软件运行环境不一致的问题。在实际项目中,经常由于开发、测试和生产环境不一致导致软件运行出错。Docker容器封装了除去系统内核外软件运行所需要的所有环境,包括各种程序、类库、配置文件等,确保软件程序在不同主机上都可以拥有相同的运行环境。解决环境一致性问题,并且使得应用的迁移更加容易。
 

软件项目中Docker技术的运用探讨
 

  除此之外,Docker使用分层存储架构保存镜像信息,对于基础镜像的扩展变得更加容易,开发人员可以更加便捷地复用软件项目中的基础功能组件,减少重复性的开发工作,提高软件项目开发效率。

  3、 Docker架构及组件

  3.1 、Docker技术架构

  Docker采用了传统的Client-Server架构模式,包括客户端(Docker Client)和服务端(Docker daemon)。用户通过Docker client与Docker daemon建立通信,并发送请求,对容器、镜像资源进行控制。Docker的核心层技术是LXC (Linux Container),提供了在单一可控主机节点上支持多个相互隔离的服务容器同时执行的机制。

  3.2 、Docker技术组件

  Docker的主要组件包括:Docker服务器(Docker Daemon)、客户端(Docker Client)、注册服务器(Registry)、镜像(Docker Image)和容器(Docker Container),它们之间的关系如图1所示。

  Docker daemon是Docker最核心的后台进程,也是Docker架构中和客户端交互的主要接口。Docker daemon通过API Server接收客户端发送的请求,然后根据请求的不同类型分别发送给守护进程的不同模块执行相应的操作,完成对镜像、容器的管理工作。

  图1 Docker主要组件
图1 Docker主要组件

  Docker client是面向用户的操作接口,它的主要任务是和Docker daemon建立安全连接,发送请求并获取相应服务。用户通过Docker client输入docker命令向守护进程发送指令,完成对仓库、容器、镜像的管理调度工作。目前,Docker提供适用于Java、Ruby、JavaScript、Go语言等常见开发语言的各种不同种类的客户端,足以满足大多数用户的需求。

  Docker Image是一个特殊的文件系统,Image中打包了软件运行时所需的依赖环境和配置参数。镜像利用Union FS技术,采用分层存储的架构,在构建时将前一层作为后一层的基础,一层一层地构建出完整的镜像文件。分层存储的特征为镜像的复用和基于官方镜像定制满足特定项目需求的自定义镜像变得更加便捷。

  Docker Container是镜像运行后得到的软件执行环境,它和宿主机共享系统内核,但是和宿主机中的其他进程资源隔离。Docker通过对命名空间、网络配置、控制组以及文件系统的管理,分配出一个隔离的环境,使Docker容器使用起来像是一个独立于宿主机的独立系统。

  Docker Registry是用来集中存储和分发镜像的服务。官方的注册服务器Docker Hub中存放着种类丰富的镜像资源,可以通过Docker Hub获得常见的Linux发行版和开源项目的Docker镜像。一般情况下,Docker注册服务器中包含着多个仓库(Repository),一个仓库中存储着同一个软件不同版本的镜像文件,版本信息用标签(Tag)标明。开发人员可以通过<仓库名>:<标签>的格式来获得指定版本的镜像。

  4、 Docker技术在软件项目中的应用

  软件项目在开发、测试、部署、运维的过程中通常存在运行环境不一致、可移植性差、软件安装麻烦等诸多问题。容器技术所具有的轻量化、响应速度快、资源利用率高、部署速度快、移植性强等特点正好可以解决软件项目中存在的上述问题。围绕Docker技术的这些特点,主要介绍以下3个应用场景。

  4.1、 环境搭建

  在大型项目中,开发、测试和运营组织通常彼此分离,独立开展业务,拥有各自独立的软件运行环境,导致业务效率低,沟通成本增加。

  借助Docker的帮助,开发人员在自己的电脑中创建镜像与容器,在与服务器状态一致的环境下进行软件开发,而测试人员则可在与服务器、开发人员PC一致的环境中进行软件测试。通过Docker进行软件环境搭建,整合开发、测试、运营环境,可以避免由环境不一致引发的系统运行故障,缩短发布周期,大大降低沟通成本。

  4.2、 运维

  随着云服务的出现,服务运维人员可以轻松增加服务器数量,灵活的负载平衡和自动伸缩功能,能够充分满足急剧增长的大量通信需求。利用Docker技术,可以随时随地创建Docker容器,轻松实现服务的迁移和复制。将Docker技术和云服务提供的功能结合,能够在其他服务器上轻松构建一致的应用,搭建出更加便利的自动伸缩环境。

  4.3、 测试

  在软件项目中,常常需要安装各种测试软件、工具,还要进行复杂的配置,尤其是编译并安装源文件时,进行删除更非易事。灵活使用Docker工具可以利用Docker社区中丰富的镜像资源,在不改变本地环境配置的情况下快速搭建实验环境。当实验完成不再需要这些软件工具时,删除容器即可,不会破坏本机系统的操作环境。

  5、 结语

  通过以上对Docker容器技术的介绍和应用场景分析,不难发现容器技术的出现正在使软件项目的开发和运维工作变得更加简单。利用这项技术,可以快速地进行应用构建和部署,搭建具有高扩展性、可灵活伸缩的分布式系统,充分利用硬件资源,减少运营成本。

  参考文献

  [1]李在弘. Docker基础与实战[M].北京:人民邮电出版社.
  [2]高礼,高昕. Docker技术在软件开发过程中的应用研究[J]软件2016,37(03):110-113.
  [3]李娜. Docker容器技术的发展及应用研究[J].数字技术与应用,2018,36(11):95-96.

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