容器化的概念很早就有了。2013 年 Docker 引擎 的出現(xiàn)使應(yīng)用程序容器化變得更加容易。
根據(jù) Stack Overflow 開發(fā)者調(diào)查-2020，Docker 是開發(fā)者 #1 最想要的平臺、#2 最喜歡的平臺，以及 #3 最流行的平臺。
盡管 Docker 功能強大，但上手確并不容易。因此，本文將介紹從基礎(chǔ)知識到更高層次容器化的的所有內(nèi)容。讀完本文之后，你應(yīng)該能夠：
- 容器化（幾乎）任何應(yīng)用程序
- 將自定義 Docker 鏡像上傳到在線倉庫
- 使用 Docker Compose 處理多個容器
前提
- 熟悉 Linux 終端操作
- 熟悉 JavaScript（稍后的的演示項目用到了 JavaScript）
容器化和 Docker 簡介
摘自 IBM,
容器化意味著封裝或打包軟件代碼及其所有依賴項，以便它可以在任何基礎(chǔ)架構(gòu)上統(tǒng)一且一致地運行。
換句話說，容器化可以將軟件及其所有依賴項打包在一個自包含的軟件包中，這樣就可以省略麻煩的配置，直接運行。
舉一個現(xiàn)實生活的場景。假設(shè)你已經(jīng)開發(fā)了一個很棒的圖書管理應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序可以存儲所有圖書的信息，還可以為別人提供圖書借閱服務(wù)。
如果列出依賴項，如下所示：
- Node.js
- Express.js
- SQLite3
理論上應(yīng)該是這樣。但是實際上還要搞定其他一些事情。 Node.js 使用了 node-gyp 構(gòu)建工具來構(gòu)建原生加載項。根據(jù) 官方存儲庫 中的 安裝說明，此構(gòu)建工具需要 Python 2 或 3 和相應(yīng)的的 C/C ++ 編譯器工具鏈。
考慮到所有這些因素，最終的依賴關(guān)系列表如下：
- Node.js
- Express.js
- SQLite3
- Python 2 or 3
- C/C++ tool-chain
無論使用什么平臺，安裝 Python 2 或 3 都非常簡單。在 Linux 上，設(shè)置 C/C ++ 工具鏈也非常容易，但是在 Windows 和 Mac 上，這是一項繁重的工作。
在 Windows 上，C++ 構(gòu)建工具包有數(shù) GB 之大，安裝需要花費相當長的時間。在 Mac 上，可以安裝龐大的 Xcode 應(yīng)用程序，也可以安裝小巧的 Xcode 命令行工具 包。
不管安裝了哪一種，它都可能會在 OS 更新時中斷。實際上，該問題非常普遍，甚至連官方倉庫都專門提供了 macOS Catalina 的安裝說明。
這里假設(shè)你已經(jīng)解決了設(shè)置依賴項的所有麻煩，并且已經(jīng)準備好開始。這是否意味著現(xiàn)在開始就一帆風順了？當然不是。
如果你使用 Linux 而同事使用 Windows 該怎么辦？現(xiàn)在，必須考慮如何處理這兩個不同的操作系統(tǒng)不一致的路徑，或諸如 nginx 之類的流行技術(shù)在 Windows 上未得到很好的優(yōu)化的事實，以及諸如 Redis 之類的某些技術(shù)甚至都不是針對 Windows 預(yù)先構(gòu)建的。
即使你完成了整個開發(fā)，如果負責管理服務(wù)器的人員部署流程搞錯了，該怎么辦？
所有這些問題都可以通過以下方式解決：
- 在與最終部署環(huán)境匹配的隔離環(huán)境（稱為容器）中開發(fā)和運行應(yīng)用程序。
- 將你的應(yīng)用程序及其所有依賴項和必要的部署配置放入一個文件（稱為鏡像）中。
- 并通過具有適當授權(quán)的任何人都可以訪問的中央服務(wù)器（稱為倉庫）共享該鏡像。
然后，你的同事就可以從倉庫中下載鏡像，可以在沒有平臺沖突的隔離環(huán)境中運行應(yīng)用，甚至可以直接在服務(wù)器上進行部署，因為該鏡像也可以進行生產(chǎn)環(huán)境配置。
這就是容器化背后的想法：將應(yīng)用程序放在一個獨立的程序包中，使其在各種環(huán)境中都可移植且可回溯。
現(xiàn)在的問題是：Docker 在這里扮演什么角色？
正如我之前講的，容器化是一種將一切統(tǒng)一放入盒子中來解決軟件開發(fā)過程中的問題的思想。
這個想法有很多實現(xiàn)。Docker 就是這樣的實現(xiàn)。這是一個開放源代碼的容器化平臺，可讓你對應(yīng)用程序進行容器化，使用公共或私有倉庫共享它們，也可以編排它們。
目前，Docker 并不是市場上唯一的容器化工具，卻是最受歡迎的容器化工具。我喜歡的另一個容器化引擎是 Red Hat 開發(fā)的 Podman。其他工具，例如 Google 的 Kaniko，CoreOS 的 rkt 都很棒，但和 Docker 還是有差距。
此外，如果你想了解容器的歷史，可以閱讀 A Brief History of Containers: From the 1970s Till Now，它描述了該技術(shù)的很多重要節(jié)點。
怎樣安裝 Docker
Docker 的安裝因使用的操作系統(tǒng)而異。但這整個過程都非常簡單。
Docker可在 Mac、Windows 和 Linux 這三個主要平臺上完美運行。在這三者中，在 Mac 上的安裝過程是最簡單的，因此我們從這里開始。
怎樣在 macOS 里安裝 Docker
在 Mac 上，要做的就是跳轉(zhuǎn)到官方的下載頁面，然后單擊Download for Mac(stable)按鈕。
你會看到一個常規(guī)的 Apple Disk Image 文件，在該文件的內(nèi)有 Docker 應(yīng)用程序。所要做的就是將文件拖放到 Applications 目錄中。
只需雙擊應(yīng)用程序圖標即可啟動 Docker。應(yīng)用程序啟動后，將看到 Docker 圖標出現(xiàn)在菜單欄上。
現(xiàn)在，打開終端并執(zhí)行 docker --version 和 docker-compose --version 以驗證是否安裝成功。
怎樣在 Windows 上安裝 Docker
在 Windows 上，步驟幾乎相同，當然還需要執(zhí)行一些額外的操作。安裝步驟如下：
- 跳轉(zhuǎn)到此站點，然后按照說明在 Windows 10 上安裝 WSL2。
- 然后跳轉(zhuǎn)到官方下載頁面 并單擊 Download for Windows(stable) 按鈕。
- 雙擊下載的安裝程序，然后使用默認設(shè)置進行安裝。
安裝完成后，從開始菜單或桌面啟動 Docker Desktop。Docker 圖標應(yīng)顯示在任務(wù)欄上。
現(xiàn)在，打開 Ubuntu 或從 Microsoft Store 安裝的任何發(fā)行版。執(zhí)行 docker --version 和 docker-compose --version 命令以確保安裝成功。
也可以從常規(guī)命令提示符或 PowerShell 訪問 Docker，只是我更喜歡使用 WSL2。
怎樣在 Linux 上安裝 Docker
在 Linux 上安裝 Docker 的過程有所不同，具體操作取決于你所使用的發(fā)行版，它們之間差異可能更大。但老實說，安裝與其他兩個平臺一樣容易（如果不能算更容易的話）。
Windows 或 Mac 上的 Docker Desktop 軟件包是一系列工具的集合，例如Docker Engine、Docker Compose、Docker Dashboard、Kubernetes 和其他一些好東西。
但是，在 Linux 上，沒有得到這樣的捆綁包?？梢允謩影惭b所需的所有必要工具。 不同發(fā)行版的安裝過程如下：
- 如果你使用的是 Ubuntu，則可以遵循官方文檔中的 在 Ubuntu 上安裝 Docker 引擎 部分。
- 對于其他發(fā)行版，官方文檔中提供了 不同發(fā)行版的安裝指南。
- 如果你使用的發(fā)行版未在文檔中列出，則可以參考從二進制文件安裝 Docker 引擎指南。
- 無論參考什么程序，都必須完成一些非常重要的 Linux 的安裝后續(xù)步驟。
- 完成 docker 安裝后，必須安裝另一個名為 Docker Compose 的工具。 可以參考官方文檔中的 Install Docker Compose 指南。
安裝完成后，打開終端并執(zhí)行 docker --version 和 docker-compose --version 以確保安裝成功。
盡管無論使用哪個平臺，Docker 的性能都很好，但與其他平臺相比，我更喜歡 Linux。在本文中，我將使用Ubuntu 20.10 或者 Fedora 33。
一開始就需要闡明的另一件事是，在本文中，我不會使用任何 GUI 工具操作 Docker。
我在各個平臺用過很多不錯的 GUI 工具，但是介紹常見的 docker 命令是本文的主要目標之一。
初識 Docker - 介紹 Docker 基本知識
已經(jīng)在計算機上啟動并運行了 Docker，現(xiàn)在該運行第一個容器了。打開終端并執(zhí)行以下命令：
docker run hello-world
# Unable to find image 'hello-world:latest' locally
# latest: Pulling from library/hello-world
# 0e03bdcc26d7: Pull complete
# Digest: sha256:4cf9c47f86df71d48364001ede3a4fcd85ae80ce02ebad74156906caff5378bc
# Status: Downloaded newer image for hello-world:latest
#
# Hello from Docker!
# This message shows that your installation appears to be working correctly.
#
# To generate this message, Docker took the following steps:
# 1. The Docker client contacted the Docker daemon.
# 2. The Docker daemon pulled the "hello-world" image from the Docker Hub.
# (amd64)
# 3. The Docker daemon created a new container from that image which runs the
# executable that produces the output you are currently reading.
# 4. The Docker daemon streamed that output to the Docker client, which sent it
# to your terminal.
#
# To try something more ambitious, you can run an Ubuntu container with:
# $ docker run -it ubuntu bash
#
# Share images, automate workflows, and more with a free Docker ID:
# https://hub.docker.com/
#
# For more examples and ideas, visit:
# https://docs.docker.com/get-started/
hello-world 鏡像是使用 Docker 進行最小化容器化的一個示例。它有一個從 hello.c 文件編譯的程序，負責打印出終端看到的消息。
現(xiàn)在，在終端中，可以使用 docker ps -a 命令查看當前正在運行或過去運行的所有容器：
docker ps -a
# CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
# 128ec8ceab71 hello-world "/hello" 14 seconds ago Exited (0) 13 seconds ago exciting_chebyshev
在輸出中，使用 hello-world 鏡像運行了名為 exciting_chebyshev 的容器，其容器標識為 128ec8ceab71。它已經(jīng)在 Exited (0) 13 seconds ago，其中 (0) 退出代碼表示在容器運行時未發(fā)生任何錯誤。
現(xiàn)在，為了了解背后發(fā)生的事情，必須熟悉 Docker 體系結(jié)構(gòu)和三個非?；镜娜萜骰拍睿缦滤荆?/p>
- 容器
- 鏡像
- 倉庫
我已經(jīng)按字母順序列出了這三個概念，并且將從列表中的第一個開始介紹。
什么是容器？
在容器化世界中，沒有什么比容器的概念更基礎(chǔ)的了。
官方 Docker resources 網(wǎng)站說 -
容器是應(yīng)用程序?qū)拥某橄螅梢詫⒋a和依賴項打包在一起。容器不虛擬化整個物理機，僅虛擬化主機操作系統(tǒng)。
可以認為容器是下一代虛擬機。
就像虛擬機一樣，容器是與主機系統(tǒng)是彼此之間完全隔離的環(huán)境。它也比傳統(tǒng)虛擬機輕量得多，因此可以同時運行大量容器，而不會影響主機系統(tǒng)的性能。
容器和虛擬機實際上是虛擬化物理硬件的不同方法。兩者之間的主要區(qū)別是虛擬化方式。
虛擬機通常由稱為虛擬機監(jiān)控器的程序創(chuàng)建和管理，例如 Oracle VM VirtualBox，VMware Workstation，KVM，Microsoft Hyper-V 等等。 該虛擬機監(jiān)控程序通常位于主機操作系統(tǒng)和虛擬機之間，充當通信介質(zhì)。
每個虛擬機都有自己的 guest 操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)與主機操作系統(tǒng)一樣消耗資源。
在虛擬機內(nèi)部運行的應(yīng)用程序與 guest 操作系統(tǒng)進行通信，該 guest 操作系統(tǒng)在與虛擬機監(jiān)控器進行通信，后者隨后又與主機操作系統(tǒng)進行通信，以將必要的資源從物理基礎(chǔ)設(shè)施分配給正在運行的應(yīng)用程序。
虛擬機內(nèi)部運行的應(yīng)用程序與物理基礎(chǔ)設(shè)施之間存在很長的通信鏈。在虛擬機內(nèi)部運行的應(yīng)用程序可能只擁有少量資源，因為 guest 操作系統(tǒng)會占用很大的開銷。
與虛擬機不同，容器以更智能的方式完成虛擬化工作。在容器內(nèi)部沒有完整的 guest 操作系統(tǒng)，它只是通過容器運行時使用主機操作系統(tǒng)，同時保持隔離 – 就像傳統(tǒng)的虛擬機一樣。
容器運行時（即 Docker）位于容器和主機操作系統(tǒng)之間，而不是虛擬機監(jiān)控器中。容器與容器運行時進行通信，容器運行時再與主機操作系統(tǒng)進行通信，以從物理基礎(chǔ)設(shè)施中獲取必要的資源。
由于消除了整個主機操作系統(tǒng)層，因此與傳統(tǒng)的虛擬機相比，容器的更輕量，資源占用更少。
為了說明這一點，請看下面的代碼片段：
uname -a
# Linux alpha-centauri 5.8.0-22-generic #23-Ubuntu SMP Fri Oct 9 00:34:40 UTC 2020 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
docker run alpine uname -a
# Linux f08dbbe9199b 5.8.0-22-generic #23-Ubuntu SMP Fri Oct 9 00:34:40 UTC 2020 x86_64 Linux
在上面的代碼片段中，在主機操作系統(tǒng)上執(zhí)行了 uname -a 命令以打印出內(nèi)核詳細信息。然后在下一行，我在運行 Alpine Linux 的容器內(nèi)執(zhí)行了相同的命令。
從輸出中可以看到，該容器確實正在使用主機操作系統(tǒng)中的內(nèi)核。這證明了容器虛擬化主機操作系統(tǒng)而不是擁有自己的操作系統(tǒng)這一點。
如果你使用的是 Windows 計算機，則會發(fā)現(xiàn)所有容器都使用 WSL2 內(nèi)核。發(fā)生這種情況是因為 WSL2 充當了 Windows 上 Docker 的后端。在 macOS 上，默認后端是在 HyperKit 虛擬機管理程序上運行的 VM。
什么是 Docker 鏡像？
鏡像是分層的自包含文件，充當創(chuàng)建容器的模板。它們就像容器的凍結(jié)只讀副本。 鏡像可以通過倉庫進行共享。
過去，不同的容器引擎具有不同的鏡像格式。但是后來，開放式容器計劃（OCI）定義了容器鏡像的標準規(guī)范，該規(guī)范被主要的容器化引擎所遵循。這意味著使用 Docker 構(gòu)建的映像可以與 Podman 等其他運行時一起使用，而不會有兼容性問題。
容器只是處于運行狀態(tài)的鏡像。當從互聯(lián)網(wǎng)上獲取鏡像并使用該鏡像運行容器時，實際上是在先前的只讀層之上創(chuàng)建了另一個臨時可寫層。
在本文的后續(xù)部分中，這一概念將變得更加清晰。但就目前而言，請記住，鏡像是分層只讀文件，其中保留著應(yīng)用程序所需的狀態(tài)。
什么是倉庫？
已經(jīng)了解了這個難題的兩個非常重要的部分，即 Containers 和 Images 。 最后一個是 Registry。
鏡像倉庫是一個集中式的位置，可以在其中上傳鏡像，也可以下載其他人創(chuàng)建的鏡像。 Docker Hub 是 Docker 的默認公共倉庫。另一個非常流行的鏡像倉庫是 Red Hat 的 Quay。
在本文中，我將使用 Docker Hub 作為首選倉庫。
可以免費在 Docker Hub 上共享任意數(shù)量的公共鏡像。供世界各地的人們下載免費使用。
除了 Docker Hub 或 Quay，還可以創(chuàng)建自己的鏡像倉庫來托管私有鏡像。計算機中還運行著一個本地倉庫，該倉庫緩存從遠程倉庫提取的鏡像。
Docker 架構(gòu)概述
既然已經(jīng)熟悉了有關(guān)容器化和 Docker 的大多數(shù)基本概念，那么現(xiàn)在是時候了解 Docker 作為軟件的架構(gòu)了。
該引擎包括三個主要組件：
-
Docker 守護程序： 守護程序（
dockerd）是一個始終在后臺運行并等待來自客戶端的命令的進程。守護程序能夠管理各種 Docker 對象。 -
Docker 客戶端： 客戶端（
docker）是一個命令行界面程序，主要負責傳輸用戶發(fā)出的命令。 - REST API： REST API 充當守護程序和客戶端之間的橋梁。使用客戶端發(fā)出的任何命令都將通過 API 傳遞，最終到達守護程序。
根據(jù)官方 文檔,
“ Docker 使用客戶端-服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。Docker client 與 Docker daemon 對話，daemon 繁重地構(gòu)建、運行和分發(fā) Docker 容器”。
作為用戶，通常將使用客戶端組件執(zhí)行命令。然后，客戶端使用 REST API 來訪問長期運行的守護程序并完成工作。
全景圖
好吧，說的夠多了。 現(xiàn)在是時候了解剛剛學習的所有這些知識如何和諧地工作了。在深入解釋運行 docker run hello-world 命令時實際發(fā)生的情況之前，看一下下面的圖片：
該圖像是在官方文檔中找到的圖像的略微修改版本。 執(zhí)行命令時發(fā)生的事件如下：
