Docker 容器技術(shù)與虛擬化技術(shù)之間的關(guān)系

近幾年容器（Container）、Kubernetes等技術(shù)在數據中心、計算、各互聯(lián)網(wǎng)公司的業(yè)務(wù)服務(wù)中得到廣泛應用，和20世紀60年代就興起的（Virtual Machine，VM）技術(shù)一樣，容器也是一種服務(wù)虛擬化技術(shù)（Server Virtualization），但是它更加輕量，同時(shí)將焦點(diǎn)從Machine轉移到Application，極大提高了開(kāi)發(fā)、測試、生產(chǎn)環(huán)境部署的效率，不過(guò)其安全性和隔離性比虛擬機稍遜一籌，在一些場(chǎng)景下也無(wú)法完全替代虛擬機。

1 虛擬化技術(shù)分類(lèi)

在計算機技術(shù)中，虛擬化 (virtualization) 是一種資源管理技術(shù)，是將計算機的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器 、 網(wǎng)絡(luò ) 、 內存及存儲等，予以抽象 、 轉換后呈現出來(lái)，打破實(shí)體結構間的不可切割的障礙，使用戶(hù)可以用比原本的組態(tài)更好的方式來(lái)應用這些資源。因此，虛擬化的核心是對資源的抽象，我們可以在同一個(gè)上同時(shí)運行多個(gè)系統或應用，從而提高系統資源的利用率，實(shí)現降低成本 、 方便管理的目的。

虛擬化技術(shù)有以下這些層次分類(lèi)：

這里重點(diǎn)說(shuō)明平臺虛擬化技術(shù)。平臺虛擬化分為以下幾種類(lèi)型：

（1） 完全虛擬化

虛擬機完全模擬完整的底層硬件環(huán)境和特權指令的執行過(guò)程，無(wú)須修改客戶(hù)操作系統。例如 Virtualbox、vmware、QEMU 等。

【1】Virtualbox：我們可以在VirtualBox上安裝并且執行Solaris、Windows、DOS、Linux、IBM OS/2 Warp、BSD等系統作為客戶(hù)端操作系統。

【2】vmware： vmware 是業(yè)界非常穩定且安全的桌面虛擬機軟件， VMware 虛擬機可讓我們在一臺機器上同時(shí)運行二個(gè)或更多 Windows 、 DOS 、 LINUX 系統。在虛擬網(wǎng)路，實(shí)時(shí)快照，拖曳共享文件夾，支持 PXE 等方面均有特別之處，使用 vmware ，我們可在單一的桌面上同時(shí)運行不同的操作系統，進(jìn)行開(kāi)發(fā) 、 測試 、 部署新的應用程序。

預啟動(dòng)執行環(huán)境（Preboot eXecution Environment，PXE）也被稱(chēng)為預執行環(huán)境，提供了一種使用網(wǎng)絡(luò )接口（Network Interface）啟動(dòng)計算機的機制。這種機制讓計算機的啟動(dòng)可以不依賴(lài)本地數據存儲設備（如硬盤(pán)）或本地已安裝的操作系統。

【3】QEMU：QEMU 本身是一個(gè)非常強大的虛擬機，它可以利用 Xen、KVM 等技術(shù)來(lái)加速。加速之后，就可以把客戶(hù)操作系統的 CPU 指令直接轉發(fā)到物理 CPU，以提升運行效率。

（2）硬件輔助虛擬化

硬件輔助虛擬化指的是，利用硬件 ( 主要是 CPU ) 來(lái)處理敏感指令來(lái)實(shí)現完全虛擬化的功能，無(wú)須修改客戶(hù)操作系統。例如 VmwareWorkstation ， Xen ， KVM。

【1】Xen ：Xen 是一個(gè)開(kāi)放源代碼虛擬機監視器，由劍橋大學(xué)開(kāi)發(fā)。它打算在單個(gè)計算機上運行多達100個(gè)滿(mǎn)特征的操作系統。操作系統必須進(jìn)行顯式地修改以在Xen上運行。這使得Xen無(wú)需特殊硬件支持，就能達到高性能的虛擬化。

【2】KVM：KVM (全稱(chēng)是 Kernel-based Virtual Machine) 是 Linux 下 x86 硬件平臺上的全功能虛擬化解決方案。 KVM 允許每個(gè)虛擬機有自己的私有硬件，包括網(wǎng)卡、磁盤(pán)以及圖形適配卡等。

（3）半虛擬化 (paravirtualization)

部分硬件接口以軟件的形式提供給客戶(hù)機操作系統，需要修改客戶(hù)操作系統，例如早期的 Xen。

（4）操作系統級虛擬化

內核通過(guò)創(chuàng )建多個(gè)虛擬的操作系統實(shí)例 來(lái)隔離不同的進(jìn)程。Docker 容器技術(shù)即在此范疇內。

2 比較 Docker 容器技術(shù)與傳統虛擬化技術(shù)
Docker 是內核級的虛擬化，因此可以實(shí)現更高的接近原生性能，同時(shí)對資源的額外需求很低，內存與硬盤(pán)消耗，相對傳統虛擬機方式，少很多；
Docker 幾乎可以在任意的平臺上運行，包括物理機 、 虛擬機 、 公有云 、 、 個(gè)人電腦 、 服務(wù)器等，同時(shí)支持主流的操作系統發(fā)行版本，所以很容易遷移；
啟動(dòng)和停止 Docker 容器可以在秒級實(shí)現，這相比傳統的虛擬機方式快了一個(gè)數量級 ;
因為Docker 容器占用很少的系統資源，所以一臺主機上可以同時(shí)運行上千個(gè) Docker 容器 ;傳統虛擬機方式運行 N 個(gè)不同的應用就要啟用 N 個(gè)虛擬機，而每個(gè)虛擬機需要單獨分配獨占的內存 、 硬盤(pán)等資源，對資源的消耗很大，所以一臺主機最多只能運行幾十個(gè)容器，就會(huì )達到性能瓶頸。
傳統的虛擬機方式提供了相對封閉的隔離，可以說(shuō)是完全隔離。而 Docker 則利用 Linux 系統上的多種安全防護技術(shù)來(lái)實(shí)現嚴格的隔離。除此之外，Docker 還改善并加強了容器的安全控制和鏡像的安全機制，極大地提高了 Docker 的安全性。
歸納如下：

特 性                     Docker 容器 傳統虛擬機
啟動(dòng)速度 秒級 分鐘級
性能                        接近原生                     較差
消耗內存 很小                        較多
硬盤(pán)容量 MB 級 GB 級
單機運行密度           上千個(gè)容器 幾十個(gè)容器
隔離性 安全隔離 完全隔離
遷移性                          好 一般

傳統虛擬化方式需要有額外的虛擬機管理程序和虛擬機操作系統 。而Docker 容器是直接在宿主機操作系統層面上實(shí)現虛擬化，所以屬于輕量級虛擬化方案。