Docker数据中心及其内核技术

数据中心是当今乃至今后一个时期信息化建设普遍关注的热点领域。近几年，云计算、大数据、人工智能等技术层出不穷，在这些新技术的背后，数据中心的基础设施和相关技术也在不断演进和创新，谁能够掌握新的数据中心技术，谁就能在激烈的行业竞争中处于优势地位。
　　《Docker数据中心及其内核技术》介绍了Docker数据中心的概念和管理、容器技术、微服务技术、Docker数据中心的核心组件、规模化使用Docker等基础知识，结合实例介绍了企业级数据建模、数据库性能调优、数据库重构等高级知识。
　　《Docker数据中心及其内核技术》可作为数据科学、计算机、网络工程、信息管理专业本科生／研究生的高端教材，适合具有一定计算机基础知识的读者学习，也可作为数据分析师、系统架构师、企业IT主管、系统管理员学习数据中心的培训教材，以及各企（事）业组织实施信息化建设、流程再造、大数据的生态系统构建和信息化基础知识训练的参考用书。

马献章：是信息化建设领军人物，有38年的信息化建设工程实践经历，编写数部数据库等相关教材和工程实践辅导书以及多部内部技术讲义书；策划并组织军民深度融合学校，开发建设多项大型作战指挥信息系统，拥有多项国家发明专利，多项科研成果获军队科技进步奖，并在全军推广应用，产生了巨大的军事经济效益。被聘为解放军理工大学硕士研究生导师、博士生工程实践导师。现任电子科技大学空天科学技术战略专家委员会主任。

前言

人类活动的空间延伸到哪里，数据便从哪里产生。数据是人类活动的重要资源。数

据管理技术的优劣会直接影响到数据处理的效率，影响决策的时效。数据中心是支持组

织（或者互联网企业）业务的关键。近几年，云计算、大数据、人工智能等技术层出不穷，

在这些新技术的背后，数据中心的基础设施和相关技术也在不断演进和创新，谁能够掌

握最新的数据中心技术，谁就能在激烈的竞争中占领制高点，处于优势地位。

每一次新的工业革命，都会推动人类社会的巨大进步与变革。席卷而来的第四次工

业革命不仅将突破人类社会在石化能源应用方面的限制，而且将继续促进与推动第三次

工业革命信息革命的发展。其中的IT 应用技术，特别是数据中心应用技术的成熟和发展，

实际上才刚刚开始，以虚拟运算和云计算为核心概念的新一代数据中心应用技术也才刚

刚登上殿堂，追求能效和IT 资产使用效率的现代运营理念与云计算、虚拟化技术相结

合将推动数据大集中处理的建设，新一代数据中心的规划建设已经不再是传统意义上的

规划建设，而是基于新一代计算技术、容器技术和开发运维一体化技术的全新数据中心

建设。

2013年年初，dotCloud公司将内部项目Docker开源，之后Docker很快风靡整个IT

领域。容器并不是全新的概念，Docker所采用的关键技术也早已存在，但正是Docker

的创新，使得以容器技术来构建云计算平台更加方便、快捷。容器技术不仅改变了系统

架构的设计方式，还改变了研发过程和系统运维的方式，使得人们长久以来所期盼的开

发速度更快、系统质量更好、运行维护更容易变为现实。Docker的出现是云计算发展的

里程碑，成为云应用大规模推广的基石。

相比传统的虚拟化方案，Docker虚拟化技术有着明显的优势：可以让应用瞬间具有

可移植性，可以非常容易地使用容器部署应用，而且启动 Docker实例的速度明显快于

传统虚拟化技术。同时，创建一个 Docker 实例所占用的资源也要远远小于传统的虚拟机，

相同的计算机硬件，运行容器实例的速度是虚拟机的 4～10 倍。这意味着在相同的数

据中心负载下，使用 Docker 虚拟化技术可以运行更多的应用程序。

本书基于第四次工业革命前夜的变革背景，总结最新的数据中心设计、应用理论、

方法和实践经验，为中国数据中心规划设计提供全新的理论架构、设计逻辑和方法、评

估模型与实践，希望能为中国数据中心建设添砖加瓦。

本书由3部分组成：第1部分为Docker数据中心导论，由第1～4章组成。该部

分内容是背景知识，专为IT部门主管、企（事）业单位的CEO、CIO以及本科生、研

究生学习现代数据中心而准备，介绍Docker数据中心的概念、总体结构、技术框架建

设规范与原则；从人员、流程、技术3个方面，分为运行管理任务和机构与基本制度、

数据资源管理、运行日常管理、基础设施管理、运行管理的新理念与新技术5个部分，

介绍如何做好数据中心的运行管理；针对随着信息化的深入推进，人们对于数据科学的

新理念、新需要，介绍容器技术和微服务技术，并讨论这些技术对生产力的提升作用。

第2部分为Docker数据中心理论基础，由第5～8章组成。该部分内容包含Docker

通用控制面板知识、较为深入的授信Docker镜像仓库、Docker安全，以及规模化使用

Docker，读者可以由此掌握最前沿的知识。这一部分适合本科生、研究生和具有一定数

据中心理论基础的读者学习。

第3部分为Docker数据中心高级技术，由第9～12章组成。主要内容是企业级数

据建模，目的是帮助组织（或者企业）更好地运作。关系型数据库与NoSQL数据库的调优、

应用设计和重构、可编程数据中心等知识，能够帮助组织（或者企业）更好地应对变化。

设置这部分内容主要是考虑大部分学生在未来要实现或重构数据库及其应用程序，只有

很少一部分学生会去构建数据库管理系统，因此，这部分内容篇幅很大，分量很重，是

本书的重点。数据库重构技术也是数据库领域专家必备的知识。此外，本书包含大量的

案例介绍数据库的语言和API，比如嵌入式SQL、动态SQL、ODBC、JDBC和ADO.

NET接口等，这一部分适合具有一定数据库理论基础的读者学习。

在编写过程中，许多友人从最初策划到框架结构的确定和具体内容的撰写都倾注了

大量心血，并提出了非常宝贵的意见，在此谨表示衷心的感谢。特别是戴浩院士对书稿

进行了专业指导，陈鲸院士亲自撰写了序言；孔辉博士、柳虔林博士、侯富博士对本书

的内容给出了大量宝贵的反馈意见；马宁工程师、李金衿工程师、侯富博士、韩政博士

对书中例子进行了详细验证。他们为本书的编写、审定和出版付出了辛勤的劳动，贡献

了卓越的智慧，在本书付梓之际，谨表示最诚挚的感谢和崇高的敬意。感谢我的妻子王

丽平，在我撰写这本书的过程中对我一如既往的支持。

在本书撰写过程中，汲取、借鉴了国内外一些学者和同行的最新研究成果，在此向

他们表示衷心的感谢！正是有了他们的劳动成果才使得我能够站在“巨人肩上”看得更

远，也才能使本书得以问世。

由于数据中心尚处在快速发展之中，许多学术问题有待进一步研究，因此尽管为此

做了很大努力，但由于能力、水平和时间有限，仍会有不尽人意之处，恳请读者批评指正。

作者

2019年7月

第1部分 Docker数据中心导论
第1章 数据中心概述
1．1 数据中心的概念与发展历程
1．1．1 数据中心的概念
1．1．2 数据中心总体结构
1．1．3 数据中心技术框架
1．1．4 数据中心发展历程
1．1．5 数据中心的发展
1．2 Docker数据中心介绍
1．2．1 Docker数据中心概述
1．2．2 Docker数据中心的功能
1．2．3 Docker数据中心的特点
1．2．4 关于Docker．Inc
1．3 数据中心的建设规范与规划
1．3．1 数据中心的建设目标
1．3．2 数据中心的建设任务
1．3．3 基础设施规划
1．3．4 主机系统规划
1．3．5 存储系统
1．3．6 数据中心应用规划
1．3．7 安全保障体系规划
1．3．8 数据备份与容灾规划
第2章 数据中心管理
2．1 数据中心管理及其制度
2．1．1 数据中心管理概述
2．1．2 数据中心管理制度的建立
2．2 数据中心运行的日常管理
2．2．1 软件资源管理
2．2．2 硬件资源管理
2．2．3 运行安全管理
2．2．4 运行日志记录
2．2．5 运行故障管理
2．2．6 运行文档管理
2．3 数据中心网络性能指标融合
2．3．1 数据中心网络结构
2．3．2 管理指标体系
2．3．3 性能指标数据融合模型
2．3．4 性能指标数据融合算法
第3章 容器技术
……

第2部分 Docker数据中心理论基础
第3部分 Docker数据中心高级技术
附录 备份与容灾