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1. 概述
Docker是一个开源的平台，用于开发、交付和运行应用程序。通过使用Docker，开发者可以将应用程序及其依赖打包到一个轻量级、可移植的容器中，然后这个容器可以在任何Docker运行的机器上运行，确保了应用程序在不同环境之间的一致性和可移植性。Docker使用容器来实现这些功能，容器是一种轻量级的虚拟化技术，它允许在隔离的环境中运行和管理应用程序。
Docker的核心概念包括镜像、容器、层、Dockerfile、以及涉及网络和数据管理中的相关概念。这些概念构成了 Docker 的基础，本文接下来将对这些概念分别介绍，期望读者能够全面初步地了解 Docker中的相关术语。
2. 镜像
2.1 Docker镜像简介
镜像（image）是一个只读的、可执行的文件系统快照。包括了运行应用程序所需的一切：代码、库、运行时、环境变量以及配置文件。镜像是容器的基础，每个容器都是从一个镜像启动的。
Docker镜像具有以下特点：
-
只读性：镜像是只读的，一旦创建，它的内容不可更改。任何对容器的更改都会在容器层上进行，而不会影响镜像本身。
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静态定义：镜像是静态定义的，通常由Dockerfile文件定义，其中包括了构建镜像所需的指令，如基础镜像、应用程序代码复制、依赖项安装等。通过执行
docker build命令，Docker可以根据Dockerfile构建镜像。 -
版本和标签：镜像可以具有多个版本和标签。版本和标签用于标识不同的镜像变种，例如不同的应用程序版本或配置。通过指定版本或标签，可以选择要使用的特定镜像。
-
分层存储：镜像使用分层存储机制，其中每个镜像层都包含文件系统的一部分。这种分层结构可以实现镜像的复用和共享，节省存储空间。
2.2 镜像仓库
镜像可以存储在镜像仓库中，用于存储和分享镜像。Docker Hub是一个公共的、广泛使用的Docker镜像仓库，但也可以使用私有镜像仓库来存储自己的镜像。
3. 容器
3.1 Docker容器简介
容器（container）就像集装箱，其中包含了应用程序及其依赖项的环境，是 Docker 中运行应用程序的实体，是镜像的可运行实例。
3.2 容器的隔离性
容器是在主机上运行的沙盒进程，与其他容器及其主机相对较好地隔离。通过Docker引擎可以控制容器的网络、存储或其他底层子系统与其他容器或主机的隔离程度。
底层上看，Docker使用一种称为 namespaces容器 的技术来提供隔离的工作空间。运行容器时，Docker 会为该容器创建一组命名空间，这些命名空间提供了一层隔离。容器的每个方面都在单独的命名空间中运行，并且其访问仅限于该命名空间。
网络方面，Docker允许容器在独立的网络环境中运行，提供不同的网络模式，如桥接模式、主机模式和无网络模式，以适应不同的部署需求。这些网络模式为容器提供了灵活性，同时也增强了安全性，因为可以根据需要控制容器间的网络访问。
3.3 容器的生命周期管理
容器由其映像以及你在创建或启动它时提供给它的任何配置选项来定义。当容器被删除时，任何未存储在持久存储中的状态更改都会消失。
3.4 创建容器（docker run）
以下命令运行一个ubuntu容器，以交互方式附加到本地命令行会话，然后运行/bin/bash.
docker run -i -t ubuntu /bin/bash
当你运行此命令时，会发生以下情况（假设你使用默认注册表配置）：
- 如果你本地没有该
ubuntu映像，Docker 会从你配置的注册表中提取该映像，就像手动运行docker pull ubuntu一样。 - Docker 创建一个新容器，就像你手动运行命令一样
docker container create。 - Docker 为容器分配一个读写文件系统，作为其最后一层。这允许正在运行的容器在其本地文件系统中创建或修改文件和目录。
- Docker 创建一个网络接口来将容器连接到默认网络，因为你没有指定任何网络选项。这包括为容器分配 IP 地址。默认情况下，容器可以使用主机的网络连接来连接到外部网络。
- Docker 启动容器并执行
/bin/bash. 由于容器以交互方式运行并附加到你的终端（由于-i和-t标志），因此你可以使用键盘提供输入，同时 Docker 将输出记录到你的终端。 - 当你运行
exit终止/bin/bash命令时，容器会停止但不会被删除。你可以重新启动它或将其删除。
3.5 容器操作与管理
容器可以启动、运行、停止和删除。
4. 层
在Docker中，层（Layers）是容器镜像的基本组成部分，它们是Docker镜像的构建块。
- 分层文件系统：Docker 使用分层文件系统的概念来构建镜像。每个Docker镜像都由多个层组成，这些层以一种层次结构的方式堆叠在一起，形成一个完整的容器镜像。这种分层文件系统的设计使得镜像可以更加高效地复用和共享。
- 可读写层：Docker容器镜像的最上层是一个可读写的层，通常称为"容器层"或"容器文件系统"。这一层用于容器的运行时，容器中的应用程序和数据会写入到这个可读写层中。因此，容器层是唯一可以被修改的部分。
- 只读层：除了容器层外，镜像的其余部分都是只读的。这些只读层包括操作系统和应用程序的文件系统，它们都是静态的，不可更改的。这种只读层的不可变性有助于确保镜像的稳定性和可复用性。
- 每一层都是只读的镜像：Docker的每一层都可以看作是一个只读的镜像。每当你对镜像进行更改（例如，安装软件包、修改文件等），Docker会创建一个新的只读层，包含了你的更改。这个新层会堆叠在之前的层之上，形成一个新的镜像版本。这种增量的方式使得Docker镜像的构建和分发非常高效。
5. Dockerfile
5.1 Dockerfile简介
Dockerfile 是一个文本文件，包含了一系列的指令和参数，用于自动化构建Docker镜像。每一条指令都会在镜像中创建一个新的层。Dockerfile 的主要目的是让镜像的构建过程变得自动化、可重复，从而确保环境的一致性和项目的可移植性。
5.2 Dockerfile指令
FROM：指定基础镜像。所有的Dockerfile都必须以FROM指令开始，除非使用了ARG指令作为第一条指令。RUN：执行命令并创建新的镜像层。通常用于安装软件包。CMD：提供容器默认的执行命令。Dockerfile中可以有多个CMD指令，但只有最后一个生效。LABEL：为镜像添加元数据，如版本、描述、维护者信息等。EXPOSE：声明容器运行时监听的端口。- *
ENV**：设置环境变量。 - *
ADD*和COPY：复制文件或目录到镜像中。COPY更推荐使用，因为它更透明。- ADD具有更多功能（如自动解压缩），但通常不必要。 ENTRYPOINT：配置容器启动时运行的命令，允许将容器作为可执行程序。VOLUME：创建一个可以从本地主机或其他容器挂载的挂载点。USER：指定运行容器时的用户名或UID。WORKDIR：为RUN、CMD、ENTRYPOINT、COPY和ADD指令设置工作目录。ARG：定义构建时的变量，可以在构建命令中使用--build-arg标志来覆盖。
5.3 构建镜像
构建 Docker 镜像的基本命令是docker build。它会根据 Dockerfile 中的指令自动构建出一个新的镜像。构建镜像时，可以使用-t选项来为镜像设置标签（即名称和标签），格式为name:tag。
构建命令的基本格式如下：
docker build -t <image-name>:<tag> <Dockerfile-directory>
其中：
<image-name>：你希望给构建的镜像命名的名称。<tag>：镜像的标签，通常用于表示版本。如果不指定，默认为latest。<Dockerfile-directory>：包含Dockerfile的目录的路径。如果Dockerfile位于当前目录，可以使用.代替。
例如，构建一个名为my-app，标签为v1.0的镜像，Dockerfile位于当前目录：
docker build -t my-app:v1.0 .
构建过程中，Docker 会逐条执行 Dockerfile 中的指令，每执行一条指令就会创建一个新的镜像层。如果所有指令都执行成功，最终会生成一个完整的 Docker** 镜像
6. 网络相关概念
网络是 Docker 容器技术中的一个核心概念，它允许容器与外界以及彼此之间进行通信。Docker 提供了多种网络模式，以支持不同的使用场景和需求。
6.1 Docker网络简介
Docker 网络是指在 Docker 守护进程（Dockerd）的管理下，为容器实例提供的网络接口、IP 地址分配、路由配置等网络功能的集合。Docker 网络的设计目标是确保容器可以在隔离的环境中安全地通信，同时也能够根据需要与外部网络进行交互。
Docker 使用虚拟网络技术，为每个容器创建一个虚拟网络接口，这些接口连接到 Docker 主机上的一个或多个虚拟网络上。这些虚拟网络负责处理容器之间的网络流量，以及容器与外部世界之间的网络流量。
6.2 网络模式
Docker支持以下几种网络模式（和VMWare类似），以适应不同的部署和隔离需求：
-
Bridge模式（桥接模式）：
这是Docker容器的默认网络模式。在这种模式下，Docker 会为每个容器创建一个虚拟网络接口，并将其连接到一个虚拟网络桥上。这个桥接网络允许容器通过Docker 主机与外部网络进行通信。容器之间也可以通过这个桥接网络进行通信，但它们彼此隔离，除非显式配置。 -
Host模式：
在这种模式下，容器共享它们的宿主机的网络命名空间。容器不会获得自己的IP地址，而是直接使用宿主机的IP地址和网络端口。这种模式下的容器可以直接访问外部网络，而无需通过 Docker主机进行 NAT 转换。 -
None模式：
在这种模式下，容器拥有自己的网络命名空间，但不会为它们配置任何网络接口。这意味着这些容器在网络上是完全隔离的，不能与外部世界或其他容器通信，除非通过其他方式进行配置。 -
Overlay模式：
这种模式主要用于 Docker Swarm 集群环境中，允许跨多个Docker守护进程的容器之间进行通信。
Overlay网络是一种分布式网络，它在集群的所有成员之间创建一个虚拟网络，容器可以像在同一网络中一样进行通信。
6.3 网络隔离与通信
Docker网络不仅提供了容器通信的能力，还提供了网络隔离的功能。通过网络隔离，可以确保容器之间的通信是安全的，防止未经授权的访问。
- 网络隔离：Docker使用网络命名空间和虚拟网络接口来实现容器的网络隔离。每个容器都运行在自己的网络命名空间中，拥有独立的网络栈。这意味着容器内的网络配置和服务对其他容器是不可见的，除非通过网络策略进行配置。
- 容器间通信：容器可以通过Docker网络进行通信。在同一网络中的容器可以直接通过IP地址或容器名进行通信。跨不同网络的容器通信需要通过端口映射或使用Overlay网络等技术来实现。
- 容器与外部世界通信：容器可以通过NAT（网络地址转换）和容器与外部世界通信：容器可以通过NAT（网络地址转换）和端口映射来与外部世界通信。在Bridge模式下，Docker主机会为每个容器分配一个私有IP地址，并通过NAT将容器的端口映射到主机的端口上。这样，外部系统可以通过访问Docker主机的指定端口来与容器内的应用程序进行通信。此外，使用Host模式时，由于容器共享宿主机的网络命名空间，它们可以直接使用宿主机的IP地址和端口与外界通信，无需NAT转换。
Docker还提供了 **用户定义网络（User-defined networks）**功能，允许用户创建自定义的虚拟网络。这些网络提供了更高级的网络功能，如内置DNS服务，使得容器可以通过容器名而不是IP地址进行互相访问，从而简化了容器间的通信配置。
在实际应用中，合理配置和使用Docker网络模式对于确保容器化应用的通信效率和安全性至关重要。
例如，对于需要高性能网络通信的应用，可能更适合使用Host模式；而对于需要高度隔离的应用，则可能更适合使用None模式或者用户定义网络来实现更细粒度的网络隔离策略。
7. 数据管理相关概念
在Docker中，数据管理是一个重要的概念，它涉及到如何在容器中存储、管理和持久化数据。Docker提供了几种机制来帮助用户有效地管理容器数据，包括数据卷（Volumes）、绑定挂载（Bind Mounts）、tmpfs挂载等。这些机制不仅可以帮助保持数据的持久性，还能在不同的容器之间共享数据。
7.1 数据卷（Volumes）
数据卷是Docker用于数据持久化和共享的首选机制。它是由Docker管理的一种特殊类型的目录，可以绕过容器文件系统，直接在宿主机上持久化数据，或者在容器之间共享数据。
特点
- 数据卷可以在容器之间共享和重用。
- 对数据卷的更改可以直接生效，不需要重启容器。
- 数据卷的更改不会包含在容器的镜像中。
- 数据卷的生命周期独立于容器，即使容器被删除，数据卷仍然存在。
使用方法
- 创建数据卷可以使用docker volume create命令，将数据卷挂载到容器可以使用docker run -v命令。
7.2 绑定挂载（Bind Mounts）（Volumes）
绑定挂载是另一种数据持久化和共享的方式，它允许将宿主机上的文件或目录挂载到容器中。与数据卷不同，绑定挂载可以让容器访问宿主机上的任意位置，这为容器提供了更大的灵活性。
特点
- 绑定挂载可以让容器访问宿主机上的任意文件或目录。
- 对绑定挂载的更改即时生效，不需要重启容器。
- 绑定挂载的路径依赖于宿主机的文件系统结构。
使用方法
- 在使用
docker run命令时，通过-v或--mount标志指定宿主机的路径和容器中的挂载点。
7.3 tmpfs挂载
tmpfs挂载允许将临时数据存储在宿主机的内存中，而不是写入宿主机的文件系统。这种方式适用于存储敏感信息或临时数据，因为数据不会被持久化，容器重启后数据会丢失。
特点
tmpfs挂载存储在内存中，访问速度快。
重启容器后，tmpfs挂载中的数据会丢失。
适用于临时数据存储和敏感信息。
使用方法
在使用docker run命令时，通过--tmpfs标志指定挂载点。
7.4 数据的持久化与共享
在Docker中，数据持久化是指将数据保存在容器外部，以便在容器重启或删除后，数据仍然存在。数据共享则是指在不同的容器之间共享数据。
- 实现数据持久化和共享的方法：
- 使用数据卷或绑定挂载来持久化容器数据。
- 使用数据卷服务（如Docker Volume Plugins）来存储数据在远程存储系统中。
- 使用绑定挂载或数据卷在多个容器之间共享数据。
8. Docker Compose
8.1 Docker Compose简介
Docker Compose是一个用于定义和运行多容器Docker应用程序的工具。通过Compose，你可以使用YAML文件来配置应用程序的服务、网络和卷。然后，使用一个简单的命令，就可以创建并启动所有配置的服务。Docker Compose主要用于开发、测试和部署阶段，使得多容器应用的管理变得更加简单和高效。
8.2 使用Compose管理多容器应用
Docker Compose允许你通过单个命令管理整个应用生命周期，这包括：
启动、停止和重建服务：可以在项目目录中运行docker-compose up来启动服务。如果你更改了任何Docker配置文件，可以使用docker-compose up --build来重建服务。
查看服务的输出：Compose会聚合并输出所有服务的日志，方便跟踪问题。
运行一个一次性命令：对于已配置的服务，可以使用docker-compose run命令来运行一次性命令。例如，运行数据库迁移脚本。
停止服务：可以使用docker-compose down命令来停止并移除所有正在运行的服务。
8.3 Compose文件（docker-compose.yml）
Compose文件是一个YAML文件，定义了所有在应用中需要使用的服务、网络和卷。这个文件通常命名为docker-compose.yml，位于项目的根目录。
Compose文件的结构大致如下：
version: '3'
services:
web:
image: example/my_web_application
ports:
- "5000:5000"
volumes:
- web-data:/var/www/html
db:
image: postgres:latest
volumes:
- db-data:/var/lib/postgresql/data
volumes:
web-data:
db-data:
在这个例子中，定义了两个服务：web 和 db。web 服务是一个 web应用，使用了自定义的镜像 example/my_web_application，并映射了端口5000。
它还定义了一个卷web-data用于持久化web内容。db服务使用了官方的postgres镜像，并定义了一个卷db-data用于持久化数据库内容。
主要字段说明：
version：指定了使用的Compose文件版本。services：定义了应用中的各个服务。image：指定服务使用的镜像。ports：映射端口到宿主机。volumes：定义和使用持久化存储卷。
使用Docker Compose，你可以轻松地定义、运行和管理复杂的多容器应用程序。
9. Docker Swarm
Docker Swarm是Docker的原生集群管理工具，它将一组Docker主机转变为一个虚拟的Docker主机，使得你可以在多个Docker主机上部署容器化应用，就像在单个Docker主机上操作一样。Swarm提供了高可用性、负载均衡、扩展性等特性，非常适合生产环境下的容器部署和管理。
9.1 Docker Swarm简介
Docker Swarm使用Docker API作为其前端，这意味着任何现有的工具（如Docker CLI或Docker Compose）都可以用来控制Swarm。Swarm集群由两种类型的节点组成：管理节点（Manager nodes）和工作节点（Worker nodes）。管理节点维护集群状态和调度服务，而工作节点则负责运行容器化的应用。
Swarm模式提供了服务发现和负载均衡的特性，允许用户通过服务的名称来访问运行在集群中的任何容器，而不需要知道它们的具体位置。
9.2 集群管理
要启动一个Docker Swarm集群，首先需要初始化一个Swarm模式的环境。这可以通过在一台机器上运行docker swarm init命令来完成，该命令会将该机器设置为Swarm的管理节点。之后，可以通过运行docker swarm join命令将其他Docker主机加入到这个集群中作为工作节点或管理节点。
Swarm集群的管理包括节点的添加和移除、服务的监控和维护、集群的配置更新等。Docker提供了一套命令行工具来帮助用户管理Swarm集群，例如docker node ls可以列出集群中的所有节点，docker service create可以在集群中创建一个新的服务。
9.3 服务部署与扩展
在Docker Swarm中，服务（Service）是对运行在集群中的一组容器的描述。每个服务都定义了要运行的容器镜像、命令、副本数等。Swarm集群会根据服务的定义来确保指定数量的容器副本始终在运行。
服务可以很容易地进行扩展，只需使用docker service scale命令即可增加或减少服务的副本数。Swarm会自动在集群中的工作节点之间分配和调整容器副本，以满足规模需求。
Swarm还支持滚动更新，允许用户逐步更新服务中的容器，而不会导致服务中断。通过指定更新策略，可以控制更新的速度和容忍度，确保在更新过程中服务的可用性。
总之，Docker Swarm提供了一个简单而强大的工具集，用于在多主机环境中部署和管理容器化应用。通过Swarm，开发者和系统管理员可以轻松地实现应用的快速部署、扩展和更新，同时保证高可用性和负载均衡。
10. Docker Registry
10.1 Docker Registry简介
Docker Registry是一个存储和分发Docker镜像的服务。它允许你存储、检索和共享Docker镜像。Docker Hub是最著名的公共Docker Registry，提供了大量的公共镜像供用户下载和使用。除了Docker Hub，用户还可以搭建私有的Docker Registry，用于存储和分发私有或内部使用的镜像。
Docker Registry的主要功能包括：
- 镜像存储：提供一个地方来存储你的Docker镜像。
- 版本控制：支持镜像的多个版本，允许用户根据需要下载特定版本的镜像。
- 访问控制：可以设置权限，控制谁可以上传和下载镜像。
- 高效分发：支持镜像的分层存储，使得镜像的下载和上传更加高效。
10.2 私有仓库搭建与使用
搭建私有Docker Registry可以让你在内部网络中安全地存储和分发Docker镜像，以下是搭建和使用私有Docker Registry的基本步骤：
1.搭建私有Docker Registry
- 安装Docker Registry： Docker Registry可以作为一个Docker容器运行。安装Docker Registry的最简单方法是使用Docker命令来运行它的官方镜像：
docker run -d -p 5000:5000 --name registry registry:2
这条命令会下载Docker Registry的官方镜像（如果本地没有的话），并以后台模式运行一个名为registry的容器，该容器监听本地的5000端口。
- 配置安全性： 默认情况下，Docker Registry使用HTTP服务，这在生产环境中可能不够安全。为了保证通信的安全性，建议配置HTTPS。这通常涉及到为你的Registry生成SSL证书和配置Docker守护进程以信任这个证书。
使用私有Docker Registry： - 推送镜像到Registry： 在你的Docker镜像标签中包含Registry的地址，然后推送镜像到Registry：
docker tag my-image localhost:5000/my-image
docker push localhost:5000/my-image
这里localhost:5000是Registry运行的地址和端口，my-image是你想要推送的镜像名称。
2. 从Registry拉取镜像
从私有Registry拉取镜像与从Docker Hub拉取镜像类似，只是需要指定完整的Registry地址：
docker pull localhost:5000/my-image
通过搭建私有Docker Registry，你可以在内部网络中安全、高效地管理和分发Docker镜像，从而支持开发和运维工作的顺利进行。
11. Docker Engine
11.1 Docker Engine简介
Docker Engine是一个开源的容器化技术，允许开发者和系统管理员打包应用及其依赖环境到一个可移植的容器中，这个容器可以在任何支持Docker的主机上运行。Docker Engine提供了轻量级的虚拟化解决方案，使得应用可以在隔离的环境中运行，而这些环境又共享同一个操作系统内核。Docker Engine的设计目标是快速、一致地交付和部署应用。
11.2 架构与组件
Docker Engine采用了C/S架构（客户端/服务器架构）。它主要由以下几个组件构成：
- Docker Daemon（守护进程）：
运行在宿主机上的服务进程，负责创建、运行和管理Docker容器。守护进程监听Docker API请求，并处理各种对象，如镜像、容器、网络和卷。 - REST API：
Docker Daemon提供了一个REST API，允许远程和本地客户端与守护进程通信，发送指令（如构建、运行和分发容器）。 - Docker CLI（命令行界面）：
Docker客户端工具，通过命令行与Docker Daemon通信。用户可以使用Docker CLI来运行命令，管理Docker容器、镜像、网络和卷。
Docker Engine的架构设计使得它不仅可以在Linux上运行，还可以在Windows和macOS上运行，提供了跨平台的容器解决方案。
11.3 Docker守护进程（Dockerd）
Docker守护进程（dockerd）是Docker Engine的核心，负责实际的容器管理工作。它处理来自Docker客户端（如Docker CLI或Docker API）的请求，执行各种操作，如镜像的构建、容器的启动和停止、容器的生命周期管理等。
dockerd启动时，会自动配置Docker Engine环境，包括网络设置、存储配置等。它还会定期与Docker Registry通信，拉取或推送Docker镜像。
dockerd的启动和管理通常由系统的服务管理器（如systemd）负责。用户可以通过系统的服务管理命令来启动、停止或重启dockerd服务，也可以通过修改其配置文件来调整Docker的运行参数。
dockerd还支持插件机制，允许扩展其功能，如网络插件、存储插件等，这使得Docker Engine可以更灵活地适应不同的运行环境和需求。
12. Docker 插件
12.1 Docker插件简介
Docker 插件是一种扩展Docker功能的机制，允许用户在不修改Docker核心代码的情况下，增加新的功能。这些插件可以是网络驱动、卷驱动、日志驱动等，它们通过Docker的API与Docker守护进程通信，为Docker容器提供额外的服务和功能。使用插件，用户可以根据自己的需要定制Docker环境，例如，通过网络插件实现复杂的网络拓扑，或者通过存储插件连接到外部的存储系统。
12.2 使用插件扩展Docker功能
安装插件
Docker插件可以通过Docker命令行工具安装。大多数插件都可以在Docker Hub上找到，安装插件的命令格式如下：
docker plugin install [OPTIONS] PLUGIN[:TAG]
例如，安装一个网络插件：
docker plugin install store/weaveworks/net-plugin:latest_release
安装插件时，可以通过指定不同的选项来配置插件的行为。
启用和禁用插件
docker plugin enable PLUGIN
docker plugin disable PLUGIN
安装插件后，可以使用以下命令启用或禁用插件：
查看插件信息
要查看已安装的插件及其状态，可以使用：
docker plugin ls
使用插件
安装并启用插件后，就可以在Docker命令中使用插件提供的功能了。例如，如果安装了一个网络插件，可以在运行容器时通过–network选项指定使用该网络插件：
docker run -it --network=weaveworks-net alpine sh
13. 结论
本文介绍的Docker中的一些基本概念，包括镜像、容器、层、Dockerfile、网络和数据管理等，为读者提供了对 Docker 技术的初步了解。通过 Docker插件，用户可以进一步扩展 Docker的功能，满足特定的需求。
随着容器化技术的不断发展，Docker 也在不断进化，为开发者和运维人员提供了更加丰富和强大的工具。理解 Docker 的基本概念和原理，是深入学习和有效使用 Docker 的基础。
希望本文能够帮助读者建立起对 Docker 技术的基本认识，并激发进一步探索和学习 Docker 的兴趣 ^_^。