1.1 容器技术概述
容器是一种轻量级、可移植、自包含的软件打包技术，它使得应用程序可以在几乎任何地方以相同的方式运行。软件开发工程师在自己笔记本上创建并测试完成的容器，无须任何修改就能够在生产系统的虚拟机、物理机或云主机上运行。
容器由应用程序本身和它的环境依赖（库和其他应用程序）两部分组成，并在宿主机（Host）操作系统的用户空间中运行，但与操作系统的其他进程互相隔离，它们的实现机制有别于诸如VMWare、KVM和Xen等实现方案的传统虚拟化技术。容器与虚拟机的对比关系如图1-1所示。
图1-1 容器和虚拟机对比（http://www.nuagenetworks.net/blog/containers/）
由于同一个宿主机上的所有容器都共享其底层操作系统（内核空间），这就使得容器在体积上要比传统的虚拟机小得多。另外，启动容器无须启动整个操作系统，所以容器部署和启动的速度更快，开销更小，也更容易迁移。事实上，容器赋予了应用程序超强的可移植能力。
1.1.1 容器技术的功用
IT系统在架构上已经迭代数十年之久，其环境复杂程度日趋加重，直有积重难返之势。现如今，应用程序开发人员通常需要同时使用多种服务构建，并要架构IT信息系统，涉及MQ、Cache和DB等，且很可能要部署到不同的环境中，如物理服务器、虚拟服务器、私有云或公有云之上。这些不同的主机或许还有着不同的系统环境，如RHEL、Debian或SUSE等Linux发行版，甚至是UNIX、Windows等。
结果，一方面应用程序包含了多种服务，每种服务均可能存在依赖的库和软件包；另一方面存在多种部署环境，而服务在运行时又可能需要动态迁移到不同的环境中。于是，各种服务和环境通过排列组合产生了一个大部署矩阵。应用程序开发工程师在编写代码时需要考虑不同的运行环境，而运维工程师则需要为不同的服务和平台配置环境。对他们双方来说，这都必将是一项困难而艰巨的任务。
幸运的是，货运系统的集装箱机制为解决这个难题提供了有效的借鉴方案。Docker正是将集装箱思想运用到软件打包上，为代码提供了一个基于容器的标准化运输系统。Docker可以将几乎任何应用程序及其依赖的运行环境都打包成一个轻量级、可移植、自包含的容器，并能够运行于支持Docker容器引擎的所有操作系统之上。简言之，容器的优势主要表现在以下两个方面。
□应用程序开发工程师：“一次构建，到处运行”（Build Once, Run Anywhere）。容器意味着环境隔离和可重复性，开发人员只需为应用创建一个运行环境，并将其打包成容器便可在各种部署环境上运行，并与它所在的宿主机环境隔离。
□运维工程师：“一次配置，运行所有”（Configure Once, Run Anything）。一旦配置好标准的容器运行时环境，服务器就可以运行任何容器，这使得运维人员的工作变得更高效、一致和可重复。容器消除了开发、测试、生产环境的不一致性。
1.1.2 容器简史
容器技术的概念最初出现在2000年，当时称为FreeBSD jail，这种技术可将FreeBSD系统分区为多个子系统（也称为Jail）。2001年，通过Jacques Gélinas的VServer项目，隔离环境的实施理念进入了Linux领域。
Jail的目的是让进程在经过修改的chroot环境中创建，而不会脱离和影响整个系统——chroot环境对文件系统、网络和用户的访问都实现了虚拟化。然而，Jail在实施方面存在着不少的局限性，当它与Namespaces和CGroups等技术结合在一起之后，才让这种隔离方法从构想变为了现实。后来，Linux容器项目（LXC）又为其添加了一些用户常用的工具、模板、库和语言绑定，从而较好地改善了用户使用容器技术时的体验。
Docker在LXC项目的基础上，从文件系统、网络互联到进程隔离等方面对容器技术进行了进一步的封装，极大地简化了容器的创建和维护过程，从而促进了容器技术的大流行。Docker最初是由dotCloud公司创始人Solomon Hykes在法国期间发起的一个公司内部项目，并于2013年3月以Apache 2.0授权协议开源，其项目代码托管于GitHub之上。虽然其最初的实现是基于LXC项目的，但Docker在后来的0.7版本转为使用自行开发的libcontainer容器引擎，而1.11版本又将其换作了runC和containerd。
提示
在2017年4月举行的DockerCon上，Docker公司将GitHub上原本隶属于Docker组织的Docker项目直接转移到了一个新的名为Moby的组织下，并将其重命名为Moby项目。
1.1.3 Docker的功能限制
Docker本身非常适合用于管理单个容器，不过，一旦开始使用越来越多的容器封装和运行应用程序，必将会导致其管理和编排变得越来越困难。最终，用户不得不对容器实施分组，以便跨所有容器提供网络、安全、监控等服务。于是，以Kubernetes为代表的容器编排系统应运而生。
真正的生产型应用会涉及多个容器，这些容器必须跨多个服务器主机进行部署。Kubernetes可以提供所需的编排和管理功能，以便用户针对这些工作负载轻松完成大规模容器部署。而且，借助于Kubernetes的编排功能，用户可以构建出跨多个容器的应用服务，并且可以实现跨集群调度、扩展容器，以及长期持续管理这些容器的健康状况等。使用中，Kubernetes还需要与网络、存储、安全性、监控及其他服务进行整合，以提供全面的容器基础架构，如图1-2所示。
图1-2 容器与容器编排（来源：RedHat Inc.）
Kubernetes利用容器的扩缩容机制解决了许多常见的问题，它将容器归类到一起，形成“容器集”（Pod），为分组的容器增加了一个抽象层，用于帮助用户调度工作负载（workload），并为这些容器提供所需的联网和存储等服务。Kubernetes的其他部分可帮助用户在这些Pod之间达成负载均衡，同时确保运行正确数量的容器，以充分支持实际的工作负载。