开发者学堂课程【企业级运维之云原生与 Kubernets 实战课程：容器和 K8S 基础概念（上） 】学习笔记，与课程紧密联系，让用户快速学习知识。
课程地址：https://developer.aliyun.com/learning/course/913/detail/14490
容器和 K8S 基础概念（上）
课程介绍
本课程是云原生方向学习领域的基础课程，是成为云原生运维和实践工程师的必修课程。课程将从最基础的云原生概念开始讲起，帮助学员正确认识和理解云原生和K8s 的发展历程、原理、相关组件和基本操作，掌握如何定义应用的资源需求、创建和使用。
课程纲要
第一章：云原生和 k8s 基础入门
第二章：阿里云容器技术深入介绍
第三章：kubernetes 集群原理深度解析
第四章：ack 集群管理
第一章 云原生和 K8s 基础入门
本章目标
Ÿ 了解云原生主流技术容器、容器镜像、镜像仓库、Kubernetes 等基本概念，理解 Kubernetes 的架构、集群与部署、Service、Pod 等概念与基本操作；
Ÿ 理解 Pod 和容器设计模式，理解应用编排模式；
Ÿ 掌握如何定义应用的资源需求、创建和使用；
Ÿ 理解应用存储和持久化数据卷中的存储快照与拓扑调度的基本概念、操作使用，以及内部工作机制；
Ÿ 理解 Kubernetes 基本网络模型与原理。
本章目录
Ÿ 容器和 K8s 基础概念
Ÿ 理解 Pod 和容器
Ÿ kubectl 客户端使用方法
Ÿ 如何创建应用和暴露服务
Ÿ kubernetes 存储
Ÿ kubernetes 网络
Ÿ 实验一：从 0 开始创建云原生应用
第一章第1讲 容器和 K8s 基础概念（上）
视频地址 https://developer.aliyun.com/learning/course/913/detail/14490
本讲主要介绍容器基础知识，包括：容器的特征、容器与虚拟机的区别、容器怎么制作、dockerfile 和 docker 常用命令、容器和镜像及仓库之间的关系等。
一、容器是什么
谈到容器、K8s 或者云原生、微服务，它们之间的关系是什么？对容器的第一印象又是什么？
什么是容器，什么是容器镜像？怎么制作容器镜像？如何运行容器镜像？什么是镜像仓库？希望在学完本节课后，能够对如上问题有自己的回答和了解。
1. 思考：容器的本质是什么？
容器的第一概念可以类比为装水的杯子、盛饭的碗。容器（ Container ）的中文解释为集装箱，集装箱有如下特点：
Ÿ 集装箱是有一定标准长宽高的长方体；
Ÿ 集装箱关注点不在装载地点和卸载地点，而注重运行的货物是否正常；
Ÿ 集装箱有隔离的作用；
Ÿ 集装箱不关心装载的内容，只需要产品能装进去。
而容器也有类似的特点。
2. 容器的四个特点：
Ÿ 容器运行需要特定运行环境，如 Docker、Containerd；
Ÿ 容器支持不同的底层操作系统，如主流 Linux 操作系统，阿里云 Ack 支持 Windows 操作系统,即对于阿里云 Ack 容器可以部署到 Windows 操作系统上；
Ÿ 容器之间是相互隔离的，利用 Cgroup 技术对相关资源的限制和 Namespace 命名空间的隔离；
Ÿ 轻量便捷性，使应用可以更快速部署和迁移。
3. 容器技术可以解决什么问题？
Ÿ 在生产环境开发中，开发者首先要在测试环境中完成开发、测试并符合一定测试条件和测试结果后，才可以在生产环境中发布。但是在发布过程中，常常会遇到在测试环境可以正常运行、但生产环境却无法运行的问题。
Ÿ 这种问题一般是由于底层操作系统不一致、导致环境变量或环境库的不一致造成的，而开发者却需要花费大量时间，去解决这种测试环境和生产环境不一致的问题，而开发者的重心不在底层操作系统，如何才能让开发者把精力花费在上层应用上，而不是关注底层操作系统的不一致问题呢？
Ÿ 容器技术解决了上述这个问题。
4. 虚拟机和容器对比
虚拟机是一项虚拟化技术，同样具有隔离性，它与容器有什么区别呢？
a. 什么是虚拟机
Ÿ 虚拟机的基本原理
虚拟机基于物理级别的 CPU、Memory、IO，利用 Hypervisor 虚拟化技术转化为虚拟的 CPU、Memory、IO，上层的虚拟机基于虚拟的 CPU、Memory、IO 安装操作系统，然后在该操作系统上安装应用和必要的运行库。
Ÿ 当前比较流行的虚拟机
VMware 虚拟机、微软 Hyper-V 虚拟机、Linux 下 KVM 虚拟机等。
b. 虚拟机和容器架构对比
Ÿ 虚拟机架构：
在上图中，一个宿主机上可以装三个操作系统， A 可能是 Linux 操作系统，B 可能是 Windows 操作系统，C 可能是 Centos 操作系统，每个操作系统是相互隔离的，每个虚拟机都会认为自己是单独的机器，不仅需要对虚拟机维护，还需要关注客户机操作系统的维护。
Ÿ 容器架构：
容器与虚拟机基础架构是一致的，其主机操作系统可以是 Windows 或 Linux ，在主机操作系统上安装 Runtime ,可以为 Docker 或 Containerd 的运行环境，基于容器运行环境启动了三个容器，分别为容器 A、容器 B、容器 C，包含了各自的应用以及应用需要的相关库文件，而容器共用宿主机的操作系统；
Ÿ 对比：
ž 启动速度：启动虚拟机的是分钟级别，而容器启动是秒级别；
ž 迁移：如果需要将 VMware 虚拟机迁移到微软的 Hyper-V，则需要按照一定标准格式将虚拟机转换为镜像，然后将镜像转换为符合 Hyper-V 的格式，然后才能在微软 Hyper-V 的场景下运行；容器迁移非常简单，可以直接将镜像迁移到 Windows 系统或 Linux 系统容器环境下运行起来。
Ÿ 问题：
Q：容器 A、容器 B、容器 C 之间是如何实现隔离的？
A：它们是通过 Cgroup 和 Namespace 技术隔离的。
Q：容器 A、容器 B、容器 C 能否通过主机操作系统 ps -ef 看到 A、B、C 三个应用呢？
A：当然是可以看到的，三个应用实现了命名空间级别的隔离。
二、什么是容器镜像
容器启动是基于容器镜像，怎么理解容器镜像呢？
1. 定义
容器镜像是运行容器所需要的所有文件集合。容器镜像可以抽象为一个安装包，而安装包具有只读特点（如钉钉安装包 exe 文件），当安装包被执行后就具有可写的功能。
2. 容器镜像的特点
容器镜像是基于 Linux UniFileSystem 联合文件系统，具有分层结构，最基础层是 bootfs 层，其作用是启动时加载 Kernel，而后 bootfs 就会退出并将控制权交给 rootfs，rootfs 基于镜像加载。
如图，基于 Debian 操作系统、emacs、Apache 一层层叠加，然后运行成容器后才是可读可写的，在此之前都是只读层。
Ÿ 通过 docker search 命令，可以查找镜像，如查找 nginx 镜像：
docker search nginx
Ÿ 通过 docker pull 命令，可以拉取镜像，如从镜像仓库拉取 centos 镜像：
docker pull centos
如果存在多个镜像，如镜像1：centos、apache、redis，镜像2：centos、nginx、mysql，镜像只读保证了镜像的唯一性，可以实现镜像的复用，节省空间，在拉取镜像时如果本地已存在，节省了拉取时间和带宽。
3. 如何构建镜像？
构建镜像有如下两个命令：
Ÿ docker commit：把正在运行的一个容器制作镜像；
Ÿ docker build：基于 dockerfile 文件构建镜像；
不推荐使用 docker commit 构建镜像，推荐使用 Dockerfile 文件和 docker build命令来构建镜像，更具备可重复性、透明性以及幂等性。
命令示例：docker build -t zuorong:v1 .
参数说明：
build：主要命令，告诉 Docker 服务端以 Dockerfile 文件构建镜像；
-t：--tag 指定镜像的名称和标签；
zuorong：仓库及镜像名称(可多级目录)
v1：镜像版本号；
.：代表上下文路径，docker 会把上下文路径下面的文件和目录上传到 Docker 守护进程，一般是 Dockerfile 文件所在目录。
Docker 基础命令：
docker create：创建一个停止的容器；
docker ps -a：类似 Linux 环境下 ps -ef 可以看哪些程序在运行；
docker start：启动容器。
示例：创建一个基于 centos 的 Tomcat 的镜像文件
a. 实现途径
Ÿ 有一个基本的 centos
Ÿ 自己本地要有个 tomcat
Ÿ jdk 程序
Ÿ 设置好环境变量
Ÿ 暴露出端口
Ÿ 工作目录设置
Ÿ 自己要启动 tomcat
b. 编写 Dockerfile 示例
FROM centos
LABEL yanche<dddeaIiyun.com>
#把宿主机当前上下文的c.txt拷贝到容器 /usr/local/ 路径下
COPY a.txt /usr/local/cincontainer.txt
#把 java 与 tomcat 添加到容器中
ADD jdk-8u311-linux-x64.tar.gz /usr/1oca1/
ADD apache-tomcat-9.0.33.tar.gz /usr/local/
#安装 vim 编辑器
RUN yum -y install vim
#设置工作访问时候的 WORKDIR 路径，登录落脚点
ENV MYPATH /usr/local
WORKDIR $MYPATH
#配置 java 与 tomcat 环境变量
ENV JAVA_HOME/usr/1oca1/idk1.8.0311
ENV CLASSPATH $JAVAHOME/1ib/dt.jar:$JAVAHOME/lib/tools.jar
ENV CATALINA HOME /usr/local/apache-tomcat-9.0.33
ENV CATALINABASE /usr/local/apache-tomcat-9.0.33
ENV PATH SPATH:$JAVA_HOME/bin:SCATALINA HOME/1ib：SCATALINA_HOME/bin
#容器运行时监听的端口
EXPOSE 8080
#启动时运行 tomcat
CMD /usr/local/apache-tomcat-9.0.33/bin/startup.sh&&tail - F /usr/local/apache-tomcat-9.0.33/log/catalina.out
Dockerfile 指令简单介绍
Ÿ FROM：指定基于的基础镜像；
Ÿ MAINTAINER：表明作者身份已被弃用，现在使用 LABEL 替代；
Ÿ ADD和 COPY 类似，ADD 具有解压缩功能，COPY 没有解压缩功能；
Ÿ WORKDIR：指定工作目录；
Ÿ EXPOSE：指定开放端口；
Ÿ RUN 运行 Linux 下的命令，如安装 vim 命令 RUN yum -y install vim；
Ÿ VOLUME：定义存储挂载功能；
Ÿ ENTRYPOINT：容器启动时执行的默认命令；
Ÿ CMD：用于启动应用程序，如 CMD /usr/local/apache-tomcat-9.0.33/bin/startup.sh&&tail - F /usr/local/apache-tomcat-9.0.33/log/catalina.out，启动 tomcat 服务并打印 tomcat 日志。
Dockerfile 指令官方文档参考：
https://docs.docker.com/engine/reference/builder/
基于如上 Dockerfile ，在服务器上执行 docker build 命令创建出镜像，创建镜像时要基于原始镜像如 ubuntu:14.04 ，进行相关步骤操作，然后经过 Docker 镜像，执行 run 命令进行容器的运行，VOLUME 挂载卷将在后面讲解。
三、如何运行容器？
1. 运行容器步骤
Ÿ 第一步：从镜像仓库中将相应的镜像下载下来；
Ÿ 第二步：当镜像下载完成之后，就可以通过 docker images 来查看本地镜像，这里会给出一个完整的列表，可以在列表中选中想要的镜像；
Ÿ 第三步：当选中镜像之后，就可以通过 docker run 来运行这个镜像得到想要的容器，当然可以通过多次运行得到多个容器。一个镜像就相当于是一个模板，一个容器就像是一个具体的运行实例，因此镜像就具有了一次构建、到处运行的特点。
2. Docker 常用命令
docker images：列出所有镜像
docker rmi 镜像 ID：删除镜像
docker history：查看镜像历史
docker tag：给镜像打标签
docker run：运行容器
docker create：创建一个 stop 状态容器，可以进行 start、pause、kil、stop、unpause 等操作
docker commit：从容器创建一个新镜像
diff：镜像和容器可以使用 diff 进行对比
build：创建镜像
pull：拉取镜像
push：推送镜像
login、logout 登录和退出仓库
docker logs 容器 Id：查看容器日志
docker logs -f：查看容器实时日志
文件和宿主机之间传输类似 scp 方式，如将 a.txt 复制到容器／tmp 目录下：docker cp a.txt 运行容器 Id:／tmp
进入容器命令：docker exec -it 运行容器 Id sh
进入容器／tmp 目录下可以看到 a.txt 文件。
四、什么是镜像仓库
类似于代码仓库，镜像仓库是集中存放容器镜像的场所。
本讲小结
1、容器的三要素：
Ÿ 容器：容器可以用来装业务程序和依赖的环境。本质上就是一个加了限定参数的进程。
Ÿ 镜像：运行容器所需要的所有文件集合。
Ÿ 镜像仓库：镜像仓库是集中存放容器镜像的场所。
2、本节主要内容
Ÿ 容器的基本概念，容器几个特征，和虚拟机的区别，选择容器原因；
Ÿ 容器特征：快速部署、隔离、轻量化；
Ÿ 和虚拟机的区别：有自己操作系统，共用宿主机操作系统；
Ÿ 选择容器原因：不用关注底层的操作系统环境，只用关注应用层；
Ÿ 容器怎么制作，dockerfile 几个命令 ( add，from )；
Ÿ 制作方式：dockerfile 和 Commit；
Ÿ docker 的命令 images，ps，exec，1ogs；
Ÿ 容器，镜像，仓库之间的联系。
思考：容器和 K8s 之间关系是什么？K8s 又是什么？K8s 基本组成，有什么特点，和容器及 Docker 之间的关系？这些问题将会在下一节进行讲解。
