Kubernetes(K8s) – 初识容器：万事开头难
在课前准备里，我们使用 VirtualBox/VMWare 搭建了 Linux 虚拟机环境，有了这个基础，今天我们就开始正式的学习。
俗话说：“万事开头难”，对于 Kubernetes 这个庞大而陌生的领域来说更是如此，如何迈出学习的第一步非常关键，所以，今天我们先从最简单、最基本的知识入手，聊聊最流行的容器技术 Docker，先搭建实验环境，再动手操作一下，进而破除它的神秘感。
Docker 的诞生
现在我们都已经对 Container、Kubernetes 这些技术名词耳熟能详了，但你知道这一切的开端——Docker，第一次在世界上的亮相是什么样子的吗？
九年前，也就是 2013 年 3 月 15 日，在北美的圣克拉拉市召开了一场 Python 开发者社区的主题会议 PyCon，研究和探讨各种 Python 开发技术和应用，与我们常说的“云”“PaaS”“SaaS”根本毫不相关。
在当天的会议日程快结束时，有一个“闪电演讲”（lighting talk）的小环节。其中有一位开发者，用了 5 分钟的时间，做了题为 “The future of Linux Containers” 的演讲，不过临近末尾因为超时而被主持人赶下了台，场面略显尴尬。
相信你一定猜到了，这个只有短短 5 分钟的技术演示，就是我们目前所看到的、席卷整个业界的云原生大潮的开端。正是在这段演讲里，Solomon Hykes（dotCloud 公司，也就是 Docker 公司的创始人）首次向全世界展示了 Docker 技术。
5 分钟的时间非常短，但演讲里却包含了几个现在已经普及，但当时却非常新奇的概念，比如容器、镜像、隔离运行进程等，信息量非常大。
PyCon2013 大会之后，许多人都意识到了容器的价值和重要性，发现它能够解决困扰了云厂商多年的打包、部署、管理、运维等问题，Docker 也就迅速流行起来，成为了 GitHub 上的明星项目。然后在几个月的时间里，Docker 更是吸引了 Amazon、Google、Red Hat 等大公司的关注，这些公司利用自身的技术背景，纷纷在容器概念上大做文章，最终成就了我们今天所看到的至尊王者 Kubernetes 的出现。
Docker 的形态
好了，下面我们就要来一个“情境再现”，在我们的 Linux 虚拟机上搭建一个容器运行环境，模拟一下当年 Solomon Hykes 初次展示 Docker 的场景。
当然，如今的 Docker 经过了九年的发展，已经远不是当初的“吴下阿蒙”了，不过最核心的那些概念和操作还是保持了一贯性，没有太大的变化。
首先，我们需要对 Docker 的形态有所了解。目前使用 Docker 基本上有两个选择：Docker Desktop 和 Docker Engine。
Docker Desktop 是专门针对个人使用而设计的，支持 Mac 和 Windows 快速安装，具有直观的图形界面，还集成了许多周边工具，方便易用。
不过，我个人不是太推荐使用 Docker Desktop，原因有两个。第一个，它是商业产品，难免会带有 Docker 公司的“私人气息”，有一些自己的、非通用的东西，不利于我们后续的 Kubernetes 学习。第二个，它只是对个人学习免费，受条款限制不能商用，我们在日常工作中难免会“踩到雷区”。
Docker Engine 则和 Docker Desktop 正好相反，完全免费，但只能在 Linux 上运行，只能使用命令行操作，缺乏辅助工具，需要我们自己动手 DIY 运行环境。不过要是较起真来，它才是 Docker 当初的真正形态，“血脉”最纯正，也是现在各个公司在生产环境中实际使用的 Docker 产品，毕竟机房里 99% 的服务器跑的都是 Linux。
所以，在接下来的学习过程里，我推荐使用 Docker Engine，之后在本专栏内，如果没有什么特别的声明，Docker 这个词通常指的就是 Docker Engine。
Docker 的安装
在课前准备里，我们已经在 Linux 虚拟机里安装了一些常用软件，用的是 Ubuntu 的包管理工具 apt，所以，我们仍然可以使用同样的方式来安装 Docker。
先让我们尝试输入命令 docker ，会得到“命令未找到”的提示，还有如何安装的建议：
Command 'docker' not found, but can be installed with:
sudo apt install docker.io
所以，你只需要按照系统的提示，“照葫芦画瓢”输入命令，安装 docker.io 就可以了。为了方便，你还可以使用 -y 参数来避免确认，实现自动化操作：
sudo apt install -y docker.io #安装Docker Engine
刚才说过，Docker Engine 不像 Docker Desktop 那样可以安装后就直接使用，必须要做一些手工调整才能用起来，所以你还要在安装完毕后执行下面的两条命令：
sudo service docker start #启动docker服务
sudo usermod -aG docker ${USER} #当前用户加入docker组
第一个 service docker start 是启动 Docker 的后台服务，第二个 usermod -aG 是把当前的用户加入 Docker 的用户组。这是因为操作 Docker 必须要有 root 权限，而直接使用 root 用户不够安全，加入 Docker 用户组是一个比较好的选择，这也是 Docker 官方推荐的做法。当然，如果只是为了图省事，你也可以直接切换到 root 用户来操作 Docker。
上面的三条命令执行完之后，我们还需要退出系统（命令 exit ），再重新登录一次，这样才能让修改用户组的命令 usermod 生效。
现在我们就可以来验证 Docker 是否安装成功了，使用的命令是 docker version 和 docker info。
docker version 会输出 Docker 客户端和服务器各自的版本信息：
下面是我从中摘出的比较关键的版本号和系统信息。可以看到，我使用的是 Docker Engine 20.10.12，系统是 Linux，硬件架构是 arm64，也就是 Apple M1：
Client:
Version: 20.10.12
OS/Arch: linux/arm64
Server:
Engine:
Version: 20.10.12
OS/Arch: linux/arm64
docker info 会显示当前 Docker 系统相关的信息，例如 CPU、内存、容器数量、镜像数量、容器运行时、存储文件系统等等，这里我也摘录了一部分：
Server:
Containers: 1
Running: 0
Paused: 0
Stopped: 1
Images: 8
Server Version: 20.10.12
Storage Driver: overlay2
Backing Filesystem: extfs
Cgroup Driver: systemd
Default Runtime: runc
Kernel Version: 5.13.0-19-generic
Operating System: Ubuntu Jammy Jellyfish (development branch)
OSType: linux
Architecture: aarch64
CPUs: 2
Total Memory: 3.822GiB
Docker Root Dir: /var/lib/docker
docker info 显示的这些信息，对于我们了解 Docker 的内部运行状态非常有用，比如在这里，你就能够看到当前有一个容器处于停止状态，有 8 个镜像，存储用的文件系统是 overlay2，Linux 内核是 5.13，操作系统是 Ubuntu 22.04 Jammy Jellyfish，硬件是 aarch64，两个 CPU，内存 4G。
Docker 的使用
现在，我们已经有了可用的 Docker 运行环境，就可以来重现 9 年前 Solomon Hykes 的那场简短的技术演示了。
首先，我们使用命令 docker ps，它会列出当前系统里运行的容器，就像我们在 Linux 系统里使用 ps 命令列出运行的进程一样。
注意，所有的 Docker 操作都是这种形式：以 docker 开始，然后是一个具体的子命令，之前的 docker version 和 docker info 也遵循了这样的规则。你还可以用 help 或者 –help 来获取帮助信息，查看命令清单和更详细的说明。
因为我们刚刚安装好 Docker 环境，这个时候还没有运行任何容器，所以列表显然是空的。
接下来，让我们尝试另一个非常重要的命令 docker pull ，从外部的镜像仓库（Registry）拉取一个 busybox 镜像（image），你可以把它类比成是 Ubuntu 里的“apt install”下载软件包：
docker pull busybox #拉取busybox镜像
docker pull 会有一些看起来比较奇怪的输出信息，现在我们暂时不用管，后续的课程会有详细解释。
我们再执行命令 docker images ，它会列出当前 Docker 所存储的所有镜像：
可以看到，命令会显示有一个叫 busybox 的镜像，镜像的 ID 号是一串 16 进制数字，大小是 1.41MB。
现在，我们就要从这个镜像启动容器了，命令是 docker run ，执行 echo 输出字符串，这也正是 Solomon Hykes 在大会上所展示的最精彩的那部分：
docker run busybox echo hello world
这条命令会在我们的终端上，输出计算机世界最著名的语句“hello world”：
然后我们再用 docker ps 命令，加上一个参数 -a ，就可以看到这个已经运行完毕的容器：
以上的这些，基本上就是 Solomon Hykes 闪电演讲的全部内容了。
初次接触容器的你可能会感到很困惑，这些命令都做了什么？看起来并没有展示出什么特别神奇的本领啊？可能还不如直接写一个 Shell 脚本来得省事。
有同样感想的不止你一个，也许 PyCon2013 当时绝大部分的现场观众也都有这样的疑问。不要着急，我们在后续的课程再逐步讲解这其中的奥妙。
Docker 的架构
这里我再稍微讲一下 Docker Engine 的架构，让你有个初步的印象，也为之后的学习做一个铺垫。
下面的这张图来自 Docker 官网（https://docs.docker.com/get-started/overview/），精准地描述了 Docker Engine 的内部角色和工作流程，对我们的学习研究非常有指导意义。
刚才我们敲的命令行 docker 实际上是一个客户端 client ，它会与 Docker Engine 里的后台服务 Docker daemon 通信，而镜像则存储在远端的仓库 Registry 里，客户端并不能直接访问镜像仓库。
Docker client 可以通过 build、pull、run等命令向 Docker daemon 发送请求，而 Docker daemon 则是容器和镜像的“大管家”，负责从远端拉取镜像、在本地存储镜像，还有从镜像生成容器、管理容器等所有功能。
所以，在 Docker Engine 里，真正干活的其实是默默运行在后台的 Docker daemon，而我们实际操作的命令行工具“docker”只是个“传声筒”的角色。
Docker 官方还提供一个“hello-world”示例，可以为你展示 Docker client 到 Docker daemon 再到 Registry 的详细工作流程，你只需要执行这样一个命令：
docker run hello-world
它会先检查本地镜像，如果没有就从远程仓库拉取，再运行容器，最后输出运行信息：
小结
好了，今天我们初步了解了容器技术，再简单小结一下主要的内容：
容器技术起源于 Docker，它目前有两个产品：Docker Desktop 和 Docker Engine，我们的课程里推荐使用免费的 Docker Engine，它可以在 Ubuntu 系统里直接用 apt 命令安装。
Docker Engine 需要使用命令行操作，主命令是 docker，后面再接各种子命令。
查看 Docker 的基本信息的命令是 docker version 和 docker info ，其他常用的命令有 docker ps、docker pull、docker images、docker run。
Docker Engine 是典型的客户端 / 服务器（C/S）架构，命令行工具 Docker 直接面对用户，后面的 Docker daemon 和 Registry 协作完成各种功能。
