Docker 系列簡明教程1——基礎入門

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Docker系列簡明教程——基礎入門

一、簡介

1.1 技術背景

每一項新技術的誕生，起初都是為了解決一個或多個問題。
Docker 也是如此。

環(huán)境配置的難題

軟件開發(fā)最大的麻煩事之一，就是環(huán)境配置。

軟件的運行環(huán)境千差萬別，開發(fā)環(huán)境、測試環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境……等等。這臺機器可以跑，那臺機器或許就跑不起來。用戶必須保證兩件事：操作系統(tǒng)的設置，各種庫和組件的安裝。只有它們都正確，軟件才能運行起來。

如果某些老舊的模塊與當前環(huán)境不兼容，那就更麻煩了。

環(huán)境配置是如此麻煩，換一臺機器，我們就要重來一次。很多人想，能不能從根本上解決問題，讓軟件可以帶環(huán)境安裝？

也就是說，安裝的時候，把原始環(huán)境一模一樣地復制一份過來。

當然，答案是肯定的。

解決方案

（1）虛擬機

虛擬機（virtual machine）就是帶環(huán)境安裝的一種解決方案。它可以在一種操作系統(tǒng)里面運行另一種操作系統(tǒng)。

應用程序?qū)Υ撕翢o感知，因為虛擬機看上去跟真實系統(tǒng)一模一樣。而對于底層系統(tǒng)來說，虛擬機就是一個普通文件，不需要了就刪掉，對其他部分毫無影響。

雖然用戶可以通過虛擬機還原軟件的原始環(huán)境。但是，這個方案也有幾個缺點。

（1）資源占用多

虛擬機會獨占一部分內(nèi)存和硬盤空間。它運行的時候，其他程序就不能使用這些資源了。哪怕虛擬機里面的應用程序，真正使用的內(nèi)存只有 1MB，虛擬機依然需要幾百 MB 的內(nèi)存才能運行。

（2）冗余步驟多

虛擬機是完整的操作系統(tǒng)，一些系統(tǒng)級別的操作步驟，往往無法跳過，比如用戶登錄。

（3）啟動慢

啟動操作系統(tǒng)需要多久，啟動虛擬機就需要多久。可能要等幾分鐘，應用程序才能真正運行。

（2）Linux 容器

由于虛擬機存在這些缺點，Linux 發(fā)展出了另一種虛擬化技術：Linux 容器（Linux Containers，縮寫為 LXC）。

Linux 容器不是模擬一個完整的操作系統(tǒng)，而是對進程進行隔離?；蛘哒f，在正常進程的外面套了一個保護層。對于容器里面的進程來說，它接觸到的各種資源都是虛擬的，從而實現(xiàn)與底層系統(tǒng)的隔離。

由于容器是進程級別的，相比虛擬機有很多優(yōu)勢。

（1）啟動快

容器里面的應用，直接就是底層系統(tǒng)的一個進程，而不是虛擬機內(nèi)部的進程。所以，啟動容器相當于啟動本機的一個進程，而不是啟動一個操作系統(tǒng)，速度就快很多。

（2）資源占用少

容器只占用需要的資源，不占用那些沒有用到的資源；虛擬機由于是完整的操作系統(tǒng)，不可避免要占用所有資源。另外，多個容器可以共享資源，虛擬機都是獨享資源。

（3）體積小

容器只要包含用到的組件即可，而虛擬機是整個操作系統(tǒng)的打包，所以容器文件比虛擬機文件要小很多。

總之，容器有點像輕量級的虛擬機，能夠提供虛擬化的環(huán)境，但是成本開銷小得多。

1.2 Docker 是什么

Docker 屬于 Linux 容器的一種封裝，提供簡單易用的容器使用接口?；?Go 語言，并遵從 Apache2.0 協(xié)議開源，于2013年發(fā)布。它是目前最流行的 Linux 容器解決方案。

Docker 可以讓開發(fā)者把他們的應用以及依賴打包到一個文件里。運行這個文件，就會生成一個輕量級、可移植的虛擬容器。應用程序在這個虛擬容器里運行，就好像在真實的物理機上運行一樣。

有了 Docker，就不用擔心環(huán)境問題。

1.3 Docker 的用途

Docker 的主要用途，目前主要有三大類。

（1）提供一次性的環(huán)境。比如，本地測試他人的軟件、持續(xù)集成的時候提供單元測試和構建的環(huán)境。

（2）提供彈性的云服務。因為 Docker 容器可以隨開隨關，很適合動態(tài)擴容和縮容。

（3）組建微服務架構。通過多個容器，一臺機器可以跑多個服務，因此在本機就可以模擬出微服務架構。

1.4 Docker 的版本

Docker 是一個開源的商業(yè)產(chǎn)品，從 17.03 版本之后分為 CE（Community Edition: 社區(qū)版） 和 EE（Enterprise Edition: 企業(yè)版），企業(yè)版包含了一些收費服務，個人開發(fā)者一般用不到。我們用社區(qū)版就可以了。

二、安裝

Docker CE 的安裝請參考官方文檔。

• MacOS: https://docs.docker.com/docker-for-mac/install/
• Windows: https://docs.docker.com/docker-for-windows/install/
• CentOS: https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/centos/
• Ubuntu: https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/ubuntu/
• Debian: https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/debian/
• Fedora: https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/fedora/
• 其他Linux發(fā)行版：https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/binaries/

官方文檔是英文的，喜歡中文文檔的童鞋也可參考菜鳥教程的。

• MacOS: https://www.runoob.com/docker/macos-docker-install.html
• Windows: https://www.runoob.com/docker/windows-docker-install.html
• CentOS: https://www.runoob.com/docker/centos-docker-install.html
• Ubuntu: https://www.runoob.com/docker/ubuntu-docker-install.html
• Debian: https://www.runoob.com/docker/debian-docker-install.html

安裝完成后，運行下面的命令，驗證是否安裝成功。

$ docker version
# 或者
$ docker info

Docker 需要用戶具有 sudo 權限，為了避免每次命令都輸入sudo，可以把用戶加入 Docker 用戶組。

$ sudo usermod -aG docker $USER

Docker 是服務器/客戶端架構。命令行運行docker命令的時候，需要本機有 Docker 服務。如果這項服務沒有啟動，可以用下面的命令啟動。

# service 命令的用法
$ sudo service docker start

# systemctl 命令的用法
$ sudo systemctl start docker

# 換源

國內(nèi)從 DockerHub 拉取鏡像有時會遇到困難，此時可以配置鏡像加速。Docker 官方和國內(nèi)很多云服務商都提供了國內(nèi)加速器服務，例如：

• 網(wǎng)易：https://hub-mirror.c.163.com/
• 阿里云：https://<你的ID>.mirror.aliyuncs.com
• 七牛云加速器：https://reg-mirror.qiniu.com
• Docker 官方加速: https://registry.docker-cn.com (現(xiàn)在好像已經(jīng)不能使用了)

當配置某一個加速器地址之后，若發(fā)現(xiàn)拉取不到鏡像，請切換到另一個加速器地址。國內(nèi)各大云服務商均提供了 Docker 鏡像加速服務，建議根據(jù)運行 Docker 的云平臺選擇對應的鏡像加速服務。

各平臺換源的操作步驟請參考官方文檔：https://www.docker.com/registry-mirror

或者菜鳥教程：https://www.runoob.com/docker/docker-mirror-acceleration.html

然后檢查加速器是否生效：

$ docker info

三、Docker 的架構與核心概念

Docker 包括三個基本概念:

• 鏡像（Image）：
  Docker 鏡像（Image），就是一個二進制文件。Docker 把應用程序及其依賴，打包在 image 文件里面。只有通過這個文件，才能生成 Docker 容器實例，image 文件可以看作是容器的模板。同一個 image 文件，可以生成多個同時運行的容器實例。實際開發(fā)中，一個 image 文件往往通過繼承另一個 image 文件，加上一些個性化設置而生成。

• 容器（Container）：
  Image 文件生成的容器實例，本身也是一個文件，稱為容器文件。鏡像（Image）和容器（Container）的關系，就像是面向?qū)ο蟪绦蛟O計中的類和實例一樣，鏡像是靜態(tài)的定義，容器是鏡像運行時的實體。容器可以被創(chuàng)建、啟動、停止、刪除、暫停等。

• 倉庫（Repository）：
  倉庫可看成一個代碼控制中心，用來保存鏡像文件。Docker 的官方倉庫 Docker Hub 是最重要、最常用的 image 倉庫。類似于GitHub。

  •   一個 Docker Registry 中可以包含多個倉庫（Repository）；每個倉庫可以包含多個標簽（Tag）；每個標簽對應一個鏡像。
      
      通常，一個倉庫會包含同一個軟件不同版本的鏡像，而標簽就常用于對應該軟件的各個版本。我們可以通過 <倉庫名>:<標簽> 的格式來指定具體是這個軟件哪個版本的鏡像。如果不給出標簽，將以 latest 作為默認標簽。
    

Docker 鏡像和容器的關系：

# Docker 架構

img

Docker 使用客戶端-服務器 (C/S) 架構模式，使用遠程API來管理和創(chuàng)建Docker容器。

• Docker 客戶端通過命令行或者其他工具使用 Docker SDK (https://docs.docker.com/develop/sdk/) 與 Docker 的守護進程通信。
• Docker 主機(Host)：一個物理或者虛擬的機器用于執(zhí)行 Docker 守護進程和容器。
• Docker Machine：Docker Machine是一個簡化Docker安裝的命令行工具，通過一個簡單的命令行即可在相應的平臺上安裝Docker，比如VirtualBox、 Digital Ocean、Microsoft Azure。

四、實例：HelloWorld

下面，我們通過最簡單的 image 文件"hello world"(https://hub.docker.com/r/library/hello-world/)，感受一下 Docker。

首先，運行下面的命令，將 image 文件從倉庫抓取到本地。

$ docker image pull library/hello-world

查看本機image文件

$ docker image ls

運行這個image文件

$ docker container run hello-world

查看運行結(jié)果

Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.

... ...

輸出這段提示以后，hello world就會停止運行，容器自動終止。

有些容器不會自動終止，因為提供的是服務，需要一直運行。加-d參數(shù)后臺模式啟動，如docker run -d xxx。默認不會進入容器，想要進入容器需要使用指令 docker exec。

查看本機容器文件

# 列出本機正在運行的容器
$ docker container ls

# 列出本機所有容器，包括終止運行的容器
$ docker container ls --all

# 或者
$ docker ps

手動終止容器運行

$ docker container kill [containID]

刪除容器文件

$ docker container rm [containerID]

刪除鏡像文件

$ docker image rm [imageName]

# 命令小結(jié)

• docker image pull：抓取 image 文件。
  library/hello-world是 image 文件在倉庫里面的位置，其中l(wèi)ibrary是 image 文件所在的組，hello-world是 image 文件的名字。由于 Docker 官方提供的 image 文件，都放在library組里面，所以它的是默認組，可以省略。寫成這樣docker image pull hello-world。
• docker image ls：查看本機image文件列表。
• docker container run：從 image 文件，生成一個正在運行的容器實例。
  它還具有自動抓取 image 文件的功能。如果發(fā)現(xiàn)本地沒有指定的 image 文件，就會從倉庫自動抓取。
• docker container ls：列出本機正在運行的容器列表。輸出結(jié)果之中，包括容器的 ID。很多地方都需要提供這個 ID。
• docker container kill：終止容器運行。
• docker container rm：刪除容器文件。
• docker image rm：刪除鏡像文件。

# 容器的狀態(tài)

• created（已創(chuàng)建）
• restarting（重啟中）
• running（運行中）
• removing（遷移中）
• paused（暫停）
• exited（停止）
• dead（死亡）

五、制作鏡像(Image)文件

5.1 Dockerfile 文件

它是一個文本文件，用來配置 image。Docker 根據(jù) 該文件生成二進制的 image 文件。

5.2 實例：制作自己的 Docker 容器

下面我以 koa-demos 項目為例，介紹怎么寫 Dockerfile 文件，實現(xiàn)讓用戶在 Docker 容器里面運行 Koa 框架。

（1）首先，下載源代碼

$ git clone https://github.com/ruanyf/koa-demos.git
$ cd koa-demos

（2）在項目的根目錄下，新建一個文本文件.dockerignore

# 表示這三個路徑要排除，不要打包進入 image 文件。如果你沒有路徑要排除，這個文件可以不新建。
.git
node_modules
npm-debug.log

（3）然后，在項目的根目錄下，新建一個文本文件 Dockerfile

FROM node:8.4
COPY . /app
WORKDIR /app
RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org
EXPOSE 3000
CMD node demos/01.js

•   FROM node:8.4：該 image 文件繼承官方的 node image，冒號表示標簽，這里標簽是8.4，即8.4版本的 node。
    COPY . /app：將當前目錄下的所有文件（除了.dockerignore排除的路徑），都拷貝進入 image 文件的/app目錄。
    WORKDIR /app：指定接下來的工作路徑為/app。
    RUN npm install：在/app目錄下，運行npm install命令安裝依賴。注意，安裝后所有的依賴，都將打包進入 image 文件。
    EXPOSE 3000：將容器 3000 端口暴露出來， 允許外部連接這個端口。
    CMD node demos/01.js：它表示容器啟動后自動執(zhí)行node demos/01.js，只能有一個CMD命令。
  

（4）創(chuàng)建 image 文件

$ docker image build -t koa-demo .
# 或者
$ docker image build -t koa-demo:0.0.1 .

# 查看image文件
$ docker image ls

•   -t參數(shù)用來指定 image 文件的名字
    
    冒號指定標簽。如果不指定，默認的標簽就是latest。
    
    最后的那個點表示 Dockerfile 文件所在的路徑
  

（5）生成容器

$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash
# 或者
$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1 /bin/bash

# 如果指定了CMD命令以后，docker container run命令就不能附加命令了（比如前面的/bin/bash），否則它會覆蓋CMD命令。
$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1

•   -p參數(shù)：容器的 3000 端口映射到本機的 8000 端口。
    
    -it參數(shù)：容器的 Shell 映射到當前的 Shell，然后你在本機窗口輸入的命令，就會傳入容器。exit命令或Ctrl+D退出交互。
    
    koa-demo:0.0.1：image 文件的名字（如果有標簽，還需要提供標簽，默認是 latest 標簽）。
    
    /bin/bash：容器啟動以后，內(nèi)部第一個執(zhí)行的命令。這里是啟動 Bash，保證用戶可以使用 Shell。
    
    --rm參數(shù)：在容器終止運行后自動刪除容器文件。
  

（6）發(fā)布 image 文件

首先，去 hub.docker.com 或 cloud.docker.com 注冊一個賬戶。然后，用下面的命令登錄。

$ docker login

接著，為本地的 image 標注用戶名和版本。

$ docker image tag [imageName] [username]/[repository]:[tag]
# 實例
$ docker image tag koa-demos:0.0.1 ruanyf/koa-demos:0.0.1

也可以不標注用戶名，重新構建一下 image 文件。

$ docker image build -t [username]/[repository]:[tag] .

最后，發(fā)布 image 文件。

$ docker image push [username]/[repository]:[tag]

發(fā)布成功以后，登錄 hub.docker.com，就可以看到已經(jīng)發(fā)布的 image 文件。

六、其他常用命令

（1）docker container start

它用來啟動已經(jīng)生成、已經(jīng)停止運行的容器文件，重復使用容器。docker container run命令是新建容器。

$ docker container start [containerID]

（2）docker container stop

向容器里面的主進程發(fā)出 SIGTERM 信號，然后過一段時間再發(fā)出 SIGKILL 信號。docker container kill命令終止容器運行，發(fā)出 SIGKILL 信號。
這兩個信號的差別是，應用程序收到 SIGTERM 信號以后，可以自行進行收尾清理工作，但也可以不理會這個信號。如果收到 SIGKILL 信號，就會強行立即終止，那些正在進行中的操作會全部丟失。

$ bash container stop [containerID]

（3）docker container logs

用來查看 docker 容器的輸出，即容器里面 Shell 的標準輸出。如果docker run命令運行容器的時候，沒有使用-it參數(shù)，就要用這個命令查看輸出。

$ docker container logs [containerID]

（4）docker container exec

用于進入一個正在運行的 docker 容器。如果docker run命令運行容器的時候，沒有使用-it參數(shù)，就要用這個命令進入容器。一旦進入了容器，就可以在容器的 Shell 執(zhí)行命令了。

$ docker container exec -it [containerID] /bin/bash

（5）docker container cp

用于從正在運行的 Docker 容器里面，將文件拷貝到本機。下面是拷貝到當前目錄的寫法。

$ docker container cp [containID]:[/path/to/file] .

（6）docker command --help

更深入的了解指定的 Docker 命令使用方法。

# 相關鏈接

Docker 官網(wǎng)：https://www.docker.com

Github Docker 源碼：https://github.com/docker/docker-ce

http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/02/docker-tutorial.html

http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/02/docker-wordpress-tutorial.html

https://www.runoob.com/docker/docker-tutorial.html