Docker 总结

August 30, 2021 小羽

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I. 简介

Docker 是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的镜像中，然后发布到任何流行的 Linux或Windows 机器上，也可以实现虚拟化。容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口。

由于本地开发好的程序往往都需要部署到服务器上进行运行，这就导致了程序需要运行在不同的环境上，这通常是一个令人头痛的事情。在过去，开发团队需要清楚的告诉运维部署团队，其所使用的全部配置文件+所有软件环境。不过，即便如此，仍然常常发生部署失败的状况。

于是乎，虚拟化技术应运而生。开发团队将开发好的程序在虚拟机上运行，这样就能解决运维的问题。但是由于虚拟机技术过重的特性导致了其资源占用多、冗余步骤多以及启动慢的缺陷。而这个时候一种新的虚拟化技术搭配上容器化的思想的产品便出现了，而它就是Docker。

下图是虚拟机技术和容器化技术架构的对比。我们可以得出以下总结：

传统虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统，在该系统上再运行所需应用进程
而容器内的应用进程直接运行于宿主的内核，容器内没有自己的内核，而且也没有进行硬件虚拟。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。
每个容器之间互相隔离，每个容器有自己的文件系统，容器之间进程不会相互影响，能区分计算资源。

containers-vs-virtual-machines

于是乎相比于虚拟机技术，容器化技术具有以下优势：

更快速的应用交付和部署

传统的应用开发完成后，需要提供一堆安装程序和配置说明文档，安装部署后需根据配置文档进行繁杂的配置才能正常运行。Docker化之后只需要交付少量容器镜像文件，在正式生产环境加载镜像并运行即可，应用安装配置在镜像里已经内置好，大大节省部署配置和测试验证时间
更便捷的升级和扩缩容

随着微服务架构和Docker的发展，大量的应用会通过微服务方式架构，应用的开发构建将变成搭乐高积木一样，每个Docker容器将变成一块“积木”，应用的升级将变得非常容易。当现有的容器不足以支撑业务处理时，可通过镜像运行新的容器进行快速扩容，使应用系统的扩容从原先的天级变成分钟级甚至秒级
更简单的系统运维

应用容器化运行后，生产环境运行的应用可与开发、测试环境的应用高度一致，容器会将应用程序相关的环境和状态完全封装起来，不会因为底层基础架构和操作系统的不一致性给应用带来影响，产生新的 BUG。当出现程序异常时，也可以通过测试环境的相同容器进行快速定位和修复
更高效的计算资源利用

Docker是内核级虚拟化，其不像传统的虚拟化技术一样需要额外的Hypervisor [管理程序] 支持，所以在一台物理机上可以运行很多个容器实例，可大大提升物理服务器的CPU和内存的利用率

相关网站

Docker官网：http://www.docker.com
Docker中文网站：https://www.docker-cn.com
Docker Hub官网：https://hub.docker.com （仓库）

II. 基本原理

如下图所示，Docker使用客户端-服务器（C/S）架构模式，使用远程API来管理和创建Docker容器。服务器端分为Docker daemon, Image和Container三个部分。此外还有Docker Registry。

docker组成部分

下面首先来介绍一下Docker中的主要概念

镜像（Image）

Docker 镜像（Image）就是一个只读的模板。镜像可以用来创建 Docker 容器，一个镜像可以创建很多容器。就好似 Java 中的类和对象，类就是镜像，容器就是对象！
容器（Container）

Docker 利用容器（Container）独立运行的一个或一组应用。容器是用镜像创建的运行实例。它可以被启动、开始、停止、删除。每个容器都是相互隔离的，保证安全的平台。可以把容器看做是一个简易版的 Linux 环境（包括root用户权限、进程空间、用户空间和网络空间等）和运行在其中的应用程序。。容器的定义和镜像几乎一模一样，也是一堆层的统一视角，唯一区别在于容器的最上面那一层是可读可写的。
Registry和仓库（Repository）

仓库（Repository）是集中存放镜像文件的场所。仓库(Repository)和仓库注册服务器（Registry）是有区别的。仓库注册服务器上往往存放着多个仓库，每个仓库中又包含了多个镜像，每个镜像有不同的标签（tag）。仓库分为公开仓库（Public）和私有仓库（Private）两种形式。最大的公开仓库是 Docker Hub(https://hub.docker.com/)，存放了数量庞大的镜像供用户下载。国内的公开仓库包括阿里云、网易云等。

Docker的运行原理如下：客户端可以将docker命令发送到服务器端的Docker daemon上，再由Docker damon根据指令创建、选择或者从Docker仓库中拉取（pull）镜像。接着客户端可以通过镜像创建容器。当我们需要使用程序时，运行相应的容器即可。

小结

需要正确的理解仓储/镜像/容器这几个概念 :

Docker 本身是一个容器运行载体或称之为管理引擎。我们把应用程序和配置依赖打包好形成一个可交付的运行环境，这个打包好的运行环境就似乎image镜像文件。只有通过这个镜像文件才能生成Docker容器。image 文件可以看作是容器的模板。Docker 根据 image 文件生成容器的实例。同一个 image 文件，可以生成多个同时运行的容器实例。
image 文件生成的容器实例，本身也是一个文件，称为镜像文件。一个容器运行一种服务，当我们需要的时候，就可以通过docker客户端创建一个对应的运行实例，也就是我们的容器
至于仓库，就是放了一堆镜像的地方，我们可以把镜像发布到仓库中，需要的时候从仓库中拉下来就可以了。

III. 基本使用

Docker安装

详见：https://docs.docker.com/engine/install/centos/

帮助命令

docker version # 显示Docker版本信息
docker info # 显示Docker系统信息，包括镜像和容器数
docker --help # 帮助

镜像命令

docker images # 列出本机所有镜像
    
# 可选项
-a：列出本地所有镜像
-q： 只显示镜像id
--digests： 显示镜像的摘要信息
    
# 搜索镜像
docker search image_name # 在DockerHub仓库中搜索某个镜像
    
# 下载（拉取）镜像
docker pull image_name:edition # 在DockeHub上下载某个镜像
    
# 删除镜像
docker rmi -f image_id # 删除单个镜像
docker rmi -f image_name:tag # 删除多个镜像
docker rmi -f $(docker images -qa) # 删除全部镜像

容器命令

以某个镜像为基础生成并运行容器

   docker run [OPTIONS] IMAGE [COMMAND][ARG...]
       
   # 常用参数说明 
   --name="Name" # 给容器指定一个名字
   -d # 后台方式运行容器，并返回容器的id
   -i # 以交互模式运行容器，通常和 -t 一起使用
   -t  # 给容器重新分配一个终端，通常和 -i 一起使用
   -P  # 随机端口映射（大写）
   -p # 指定端口映射（小结），一般可以有四种写法
       ip:hostPort:containerPort 
       ip:containerPort 
       hostPort:containerPort (常用) containerPort
       
   # 例子
   docker run -it centos /bin/bash # 使用centos进行用交互模式启动容器，在容器内执行/bin/bash命令

列出所有容器

   docker ps [OPTIONS]
       
   # 常用参数说明
       
   -a # 列出当前所有正在运行的容器 + 历史运行过的容器
   -l # 显示最近创建的容器
   -n=? # 显示最近n个创建的容器
   -q # 静默模式，只显示容器编号。

退出容器

   exit # 容器停止退出
   ctrl+P+Q # 容器不停止退出

  

- **启动已停止的容器**

```shell
docker start (容器id or 容器名) # 启动容器
docker restart (容器id or 容器名) # 重启容器
docker stop (容器id or 容器名)  # 停止容器
docker kill (容器id or 容器名) # 强制停止容器

删除容器

docker rm 容器id # 删除指定容器
docker rm -f $(docker ps -a -q) # 删除所有容器 
docker ps -a -q|xargs docker rm # 删除所有容器

常用命令总结

docker常用命令1

III. 容器数据卷

在外面使用容器的时候，我们不希望容器中的数据在容器被删除后也一并删除了，这时候我们就可以通过使用容器数据卷，将数据储存在本地并用Docker将其挂载到容器中，这样我们即使删除了容器，数据也依旧存在服务器中，也就实现了数据持久化。

特点

数据卷可在容器之间共享或重用数据
卷中的更改可以直接生效
数据卷中的更改不会包含在镜像的更新中
数据卷的生命周期一直持续到没有容器使用它为止

容器数据卷挂载命令（-v）

# 匿名挂载 
-v 容器内路径 docker run -d -P --name nginx01 -v /etc/nginx nginx

# 匿名挂载的缺点，就是不好维护，通常使用命令 docker volume维护 
docker volume ls

# 具名挂载 -v 卷名:/容器内路径 
docker run -d -P --name nginx02 -v nginxconfig:/etc/nginx nginx

# 查看挂载的路径 [root@kuangshen ~]# 
docker volume inspect nginxconfig

# 怎么判断挂载的是卷名而不是本机目录名？ 
不是/开始就是卷名，是/开始就是目录名

# 改变文件的读写权限 
# ro: readonly 
# rw: readwrite 
# 指定容器对我们挂载出来的内容的读写权限 
docker run -d -P --name nginx02 -v nginxconfig:/etc/nginx:ro nginx 
docker run -d -P --name nginx02 -v nginxconfig:/etc/nginx:rw nginx

Dockerfile 挂载容器数据卷

# 1、我们在宿主机 /home 目录下新建一个 docker-test-volume文件夹 
[root@kuangshen home]# mkdir docker-test-volume
# 说明：在编写DockerFile文件中使用 VOLUME 指令来给镜像添加一个或多个数据卷 
VOLUME["/dataVolumeContainer1","/dataVolumeContainer2","/dataVolumeContainer 3"] # 出于可移植和分享的考虑，我们之前使用的 -v 主机目录:容器目录 这种方式不能够直接在 DockerFile中实现。 # 由于宿主机目录是依赖于特定宿主机的，并不能够保证在所有宿主机上都存在这样的特定目录.

# 2、编写DockerFile文件 
[root@kuangshen docker-test-volume]# pwd /home/docker-test-volume 
[root@kuangshen docker-test-volume]# vim dockerfile1 
[root@kuangshen docker-test-volume]# cat dockerfile1 

# volume test 
FROM centos VOLUME ["/dataVolumeContainer1","/dataVolumeContainer2"] 
CMD echo "-------end------" 
CMD /bin/bash

# 3、build后生成镜像，获得一个新镜像 kuangshen/centos
docker build -f /home/docker-test-volume/dockerfile1 -t kuangshen/centos . # 注意最后有个.

IV. 构建镜像：Dockerfile

我们除了可以从仓库中拉取镜像以外，我们也可以自己创建镜像，这就要用到Docerfile。

dockerfile是用来构建Docker镜像的构建文件，是由一系列命令和参数构成的脚本。

构建步骤：

编写DockerFile文件
docker build 构建镜像
docker run

DockerFile构建过程

基础知识：

每条保留字指令都必须为大写字母且后面要跟随至少一个参数
指令按照从上到下，顺序执行
# 表示注释每条指令都会创建一个新的镜像层，并对镜像进行提交

流程：

docker从基础镜像运行一个容器
执行一条指令并对容器做出修改
执行类似 docker commit 的操作提交一个新的镜像层
Docker再基于刚提交的镜像运行一个新容器
执行dockerfile中的下一条指令直到所有指令都执行完成！

说明：

从应用软件的角度来看，DockerFile，docker镜像与docker容器分别代表软件的三个不同阶段。
DockerFile 是软件的原材料（代码） Docker 镜像则是软件的交付品（.apk）
Docker 容器则是软件的运行状态（客户下载安装执行）
DockerFile 面向开发，Docker镜像成为交付标准，Docker容器则涉及部署与运维，三者缺一不可！

Dockerfile

DockerFile

需要定义一个DockerFile，DockerFile定义了进程需要的一切东西。DockerFile涉及的内容包括执行代码或者是文件、环境变量、依赖包、运行时环境、动态链接库、操作系统的发行版、服务进程和内核进程（当引用进行需要和系统服务和内核进程打交道，这时需要考虑如何设计 namespace的权限控制）等等。
Docker镜像

在DockerFile 定义了一个文件之后，Docker build 时会产生一个Docker镜像，当运行 Docker 镜像时，会真正开始提供服务；
Docker容器

容器是直接提供服务的

Dockerfile指令

FROM  # 基础镜像，当前新镜像是基于哪个镜像的
MAINTAINER # 镜像维护者的姓名混合邮箱地址
RUN  # 容器构建时需要运行的命令
EXPOSE  # 当前容器对外保留出的端口
WORKDIR # 指定在创建容器后，终端默认登录的进来工作目录，一个落脚点
ENV  # 用来在构建镜像过程中设置环境变量
ADD # 将宿主机目录下的文件拷贝进镜像且ADD命令会自动处理URL和解压tar压缩包
COPY  # 类似ADD，拷贝文件和目录到镜像中！
VOLUME  # 容器数据卷，用于数据保存和持久化工作
CMD # 指定一个容器启动时要运行的命令，dockerFile中可以有多个CMD指令，但只有最后一个生效！
ENTRYPOINT  # 指定一个容器启动时要运行的命令！和CMD一样
ONBUILD # 当构建一个被继承的DockerFile时运行命令，父镜像在被子镜像继承后，父镜像的ONBUILD被触发

dockerfile指令

V. Docker 网络

在实际场景中，我们会遇到多个Container之间通讯的问题。而Docker网络就是用于解决此问题的技术。docker会给每个容器都分配一个ip，且容器和容器之间是可以互相访问的。

Docker网络原理

每一个安装了Docker的linux主机都有一个docker0的虚拟网卡。这是个桥接网卡，使用了veth-pair 技术。Docker使用Linux桥接，在宿主机虚拟一个Docker容器网桥(docker0)，Docker启动一个容器时会根据 Docker网桥的网段分配给容器一个IP地址，称为Container-IP，同时Docker网桥是每个容器的默认网关。因为在同一宿主机内的容器都接入同一个网桥，这样容器之间就能够通过容器的Container-IP直接通信。

docker网络

Docker容器网络就很好的利用了Linux虚拟网络技术，在本地主机和容器内分别创建一个虚拟接口，并让他们彼此联通（这样一对接口叫veth pair）；

Docker中的网络接口默认都是虚拟的接口。虚拟接口的优势就是转发效率极高（因为Linux是在内核中进行数据的复制来实现虚拟接口之间的数据转发，无需通过外部的网络设备交换），对于本地系统和容器系统来说，虚拟接口跟一个正常的以太网卡相比并没有区别，只是他的速度快很多。

docker网络

VI. 定义并运行多容器：Docker Compose

Docker Compose是一个用于定义并运行多容器应用的工具。

Docker Compose的步骤如下：

为每个容器（自定义容器）编写Dockerfile
编写docker-compose.yml文件，用于定义如何运行多容器以及定义容器配置
执行docker-compose up命令，用于启动项目。

NOTE: Compose ：重要的概念。

服务services：容器。应用。（web、redis、mysql….）
项目project：一组关联的容器。博客。web、mysql。

docker-compose.yml编写

# 3层！
version: '' # 版本 
services: # 服务 
    服务1: web 
        # 服务配置 
        images 
        build 
        network 
        .....
    服务2: redis 
        ....
    服务3: redis
# 其他配置 网络/卷、全局规则 
volumes: 
networks: 
configs:

Note: docker-compose会自动为多容器之间创建网络，保证通讯。

VII. 集群部署：Docker Swarm

Docker Swarm 是Docker 的集群管理工具。它将Docker 主机池转变为单个虚拟Docker 主机。 Docker Swarm 提供了标准的Docker API，所有任何已经与Docker 守护程序通信的工具都可以使用Swarm 轻松地扩展到多个主机。

VIII. 总结

Docker 是一个开源的应用容器引擎，它的出现大大简化了运维的难度，提高了运维效率。过去我们需要在服务器上安装程序所需要的所有依赖，而如今我们只需要编写好docker-compose和Dockefile的脚本，就可以使程序一键跑通。在企业级的应用中，我们必然会惊颤使用到Docker和容器化技术。

IX. 参考

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