輕量虛擬化改寫IT歷史　Docker容器技術細說從頭

由於目前虛擬化技術在隔離性和安全性方面仍然比容器化技術優秀，在加上Docker並沒有提供類似虛擬化快照和VMware動態轉移虛擬機（VMotion）的技術，因此目前主流使用方式是在虛擬機的客體作業系統中再安裝Docker，執行容器化的應用程式，因此容器化與虛擬化彼此並非相互取代，而是互補。容器主要是解決應用層方面的部署和資源隔離，而虛擬機是解決基礎架構方面的部署和資料配置，請見圖3之比較差異。

▲圖3 Docker與虛擬機差異。

就類比虛擬化技術而言，容器映像檔如同虛擬機映像檔，容器是透過靜態映像檔所產生的執行時期實例，一般稱Docker是指Docker Engine，包含伺服器端（Docker Daemon）和用戶端（Docker Client），Docker Host是指包含Docker Engine的伺服器，伺服器端和用戶端可分離，用戶端亦可控制遠端的Docker Daemon。

前面提到微軟的Windows Container支援Docker，亦可用Linux平台的Docker用戶端去控制Windows版的Docker伺服器，如圖4所示。整個Docker相關工具還包含Docker Compose、Docker Machine、Docker Swarm Mode和Docker Registry等等，將在後續文章逐一介紹。

▲圖4 Docker用戶端與Windows版伺服器端。

Docker的使用方式

必須先具備Linux作業系統，安裝步驟說明如下。執行「curl -sSL https://get.docker.com/ | sh」，即可迅速完成Docker Engine安裝，並將目前使用者加到docker群組，省去每次輸入docker指令皆必須打上sudo，例如「sudo usermod -aG docker $your_user」。安裝好Docker Engine之後，直接執行「docker run hello-world」，就可看到Docker歡迎畫面和說明。

接著，說明Docker使用步驟。

先決定欲使用的Docker映像檔，可自行建立「docker build」或直接使用Docker Hub（Regisrty，這是Docker官方提供用來儲存Docker映像檔的伺服器軟體，亦可自行架設在公司內部，不對外公開）上預先建立的映像檔。

然後執行「docker pull」取得，亦可直接執行「docker run」，直接拉取並執行。

取得映像檔後，便存放於本機端，可用「docker images」查看靜態的映像檔清單，若使用「docker ps」則是查看執行中的容器實例。

上述步驟，可對照圖5的Docker使用步驟介紹。

正因為如此方便易用的特性，連「Nature」（自然）科學期刊網站都撰文介紹容器技術，主題為「Software simplified」。而且此文提到科學研究的一項趨勢，就是計算環境的重製性，透過Compute Capsules（運算膠囊）將研究計算所需的資料、研究方法、運算平台整合成一個網頁（類似Jupyter網頁式開發執行軟體，目前大量使用在數據分析和科學計算領域），如同雲端服務，只要開啟網頁，就可讓研究成果再利用，甚至共享再刺激出新的創作靈感。

▲圖5 Docker使用步驟。（資料來源：www.docker.com）

Docker使用原則及未來發展

正如《箱子：貨櫃造就的全球貿易與現代經濟生活》一書所描述的貨櫃革命，麥克連（McLean）看到貨櫃對全球運輸和全球經濟的未來影響，認為鐵路、卡車與海運業應該是一體的，並與美國軍方合作，採用貨櫃作為越戰後勤運輸補給，進而制定出「一貨櫃（One Container）、一客戶（One Customer）、一商品（One Commodity）」的交付原則。一個容器映像檔內可以安裝多種服務，如同時安裝Apache、MySQL、PHP等，對比到實際貨櫃的裝載原則，因此Docker官方建議，一個容器（軟體貨櫃）內只提供一項服務，就像是樂高積木一樣，每個容器都是單一個積木，再將這些容器堆疊成一套完整的軟體架構。

Microservices（微服務）的軟體架構，相當適合使用容器，將單一服務依照業務邏輯組成特定的技術堆疊（Stack），藉由多個微型服務，例如RoR開發的Web前端、Java撰寫的後端服務、Node.js WebSocket即時服務等，每一項服務都封裝在容器之中，並且可依照負載量調整容器的數量，成為自動化水平擴展或縮減之鬆散耦合並具彈性的應用系統架構，也可抽換當中一項容器服務，輕易地達成零停機替換，例如要升級RoR開發的前端版本，先啟動新版的RoR容器，將Web流量導向新版，等待全部使用者皆切換到新版之後，再把舊版容器移除，不用為了更新特定元件而中斷服務。

甚至雲端平台提供的最新Serverless（無伺服器）架構，或稱Function as a Service（FaaS）平台或框架，如AWS Lambda、Azure Functuon和Google Cloud Functions等，底層也是採用容器技術才得以實現，因此容器的延伸技術仍舊還在發展。

再加上Docker官方在2017年的DockerCon大會上發表LinuxKit和全新開源的Moby（Docker改名成Moby開源專案，此後Docker是專屬Docker Inc.的產品名稱），請參閱圖6，在併購Unikernel Systems一年之後，將原本Unikernel結合容器技術實作出LinuxKit專案（https://github.com/linuxkit/linuxkit），透過LinuxKit打造自己專屬的Linux內核（Kernel），只包含執行該平台的必要元件，元件皆由容器所組成，可迅速移除替換，並適用於各種不同的環境，包含雲端平台、虛擬化系統、實體伺服器、IoT硬體等，且不只適用在Intel處理器，之後也會支援ARM處理器。因內核只包含必要元件，整個系統弱面會少掉很多提高安全性，相信這LinuxKit設計理念必定會顛覆目前現有Linux的所有思維。

▲圖6 Docker與Moby的關係圖。（資料來源：GitHub Moby專案）

＜本文作者：Philipz(鄭淳尹)，Docker/Moby.Taipei社群共同發起人，曾任宏碁eDC維運工程師，玉山銀行資訊處專員，現為臺北榮民總醫院資訊工程師，系統維護及開發設計超過15年。開源技術愛好者，陸續在COSCUP開源人年會、Container Summit研討會台灣微軟開發者大會、群益期貨和永豐金證券等分享資訊技術，並在多間大學資工系擔任Docker容器技術講師。現任微軟MVP，並翻譯審閱多本容器技術書籍。＞