Docker快速入门

前言

  当今软件开发领域的一股热潮正在迅速兴起，它融合了便捷性、灵活性和可移植性，让开发者们欣喜若狂。它就是 Docker！无论你是一个初学者，还是一位经验丰富的开发者，都不能错过这个引领技术浪潮的工具。
  想象一下，你可以在几分钟内轻松创建和部署应用程序，而不再担心因为环境差异而导致的问题。Docker通过将您的代码、运行时环境和所有依赖项打包到一个容器中，实现了真正的一次构建，到处运行。

  随着 Docker 的快速入门，您将迈出构建现代化、高效和可靠软件的第一步。在本博客中，我们将带您探索 Docker 的世界，从安装和配置开始，逐步引导您了解如何使用 Docker 命令构建、运行和管理容器。您将了解到镜像的概念以及如何使用 Docker Hub 查找和分享常用的容器镜像。此外，我们还会介绍 Docker 的网络和存储功能，以及与其他工具集成的最佳实践。

  无论是想要在本地开发环境中提高效率，还是在生产环境中实现高度可扩展的应用程序部署，Docker 都将成为您的得力助手。让我们一起探索这个令人兴奋的世界，体验 Docker 带来的快速、灵活和可靠的开发和部署过程！

  无论您是一名开发者、运维工程师，还是对技术充满好奇心的新手，这篇博客将帮助您快速入门 Docker，并为您打开一扇通向创新和成功的大门。准备好了吗？让我们一起开始吧！

1、初识Docker

1.1 Docker概述

微服务虽然具备各种各样的优势，但服务的拆分通用给部署带来了很大的麻烦

• 分布式系统中，依赖的组件非常多，不同组件之间部署时往往会产生一些冲突
• 在数百上千台服务中重复部署，环境不一定一致，会遇到各种问题

所以Docker应运而生，我们现在就来学习Docker，看Docker如何解决微服务的这些难点、痛点问题吧

• 什么是Docker？

  Docker是一种开源的容器化平台，它可以帮助开发人员更轻松、快速地构建、发布和运行应用程序。通过使用Docker容器，可以将应用程序及其依赖项打包在一个可移植的容器中，从而实现在不同的操作系统或云端环境中无缝运行的目的。Docker极大地简化了应用程序的部署和管理，提高了应用程序的可移植性、可伸缩性和安全性。

• 什么是容器化？

  容器化是将应用程序及其依赖项，例如库、配置文件等，打包成一个独立的容器，使其能在不同的计算机环境中以相同的方式运行。容器化技术的核心是容器引擎，例如 Docker，它可以管理和运行多个容器实例。与传统的虚拟机不同，容器化可以更加轻量级和快速启动，同时也能够更好地利用系统资源。容器化技术广泛应用于云计算、持续集成/持续部署、开发和测试等领域。

• 为什么要需要Docker？

  使用 Docker 可以大大简化应用程序的部署过程，提高部署的效率和可靠性，同时，Docker 还支持快速构建、测试和部署应用程序，减少开发人员的开发、测试和部署时间，提高团队的协作和效率。此外，Docker 还支持自动化部署和负载均衡等功能，能够更好地应对高流量和高并发的情况。因此，使用 Dockers 可以显著提高应用程序的可靠性和可维护性，是现代化应用程序开发的一个重要工具。

  总的来讲Docker解决了以下几个主要问题：

  1. 依赖不兼容
  2. 操作系统环境差异性很大

  使用Docker具有以下几个优点：

  1. 解决时间，大幅降低开发人员开发、测试和部署的时间
  2. 能够更好地应对高流量和高并发的情况
  3. 显著提高应用程序的可靠性和可维护性

• Docker如何解决依赖兼容性问题的呢？

  Docker为了解决依赖的兼容问题的，采用了两个手段：

  • 将应用的Libs（函数库）、Deps（依赖）、配置与应用一起打包

  • 将每个应用放到一个隔离容器去运行，避免互相干扰

  这样打包好的应用包中，既包含应用本身，也保护应用所需要的Libs、Deps，无需再操作系统上安装这些，自然就不存在不同应用之间的兼容问题了

• Docker如何解决操作系统的差异性的呢？

  • Docker将用户程序与所需要调用的系统(比如Ubuntu)函数库一起打包
  • Docker运行到不同操作系统时，直接基于打包的函数库，借助于操作系统的Linux内核来运行

1.2 Docker与虚拟机的区别

通过1.1小节的学习，我们发现Docker与虚拟机很类似，都能让一个程序在不同的操作系统行运行，现在就让我们来探究以下Docker与虚拟机有哪些区别和联系吧🤭

虚拟机和Docker都是用于在一台物理机上运行多个操作系统环境的技术，但它们有一些区别和联系：

1. 虚拟机和Docker的作用不同，虚拟机主要用于运行完整的操作系统，而Docker则主要用于运行基于容器的应用程序。

2. 虚拟机需要完整的操作系统，包括操作系统内核、文件系统等，而Docker容器只需要包含应用程序和其依赖项即可。

3. Docker容器更轻量级，因为它们使用了宿主操作系统的内核和资源，只需要提供程序所需的文件和库。

4. 虚拟机需要使用更多的系统资源，包括内存、CPU和磁盘等，而Docker容器使用的资源更少，可以更高效地利用系统资源。

5. 虚拟机需要额外的软件来管理和监控虚拟机的运行，如VMware、VirtualBox等，而Docker则使用Docker引擎来管理和监控容器的运行。

总体来说，虚拟机和Docker都是将多个环境运行在一台物理机上的技术，但是它们的应用场景和实现方式不同。虚拟机更适合运行完整的操作系统环境，提供更高的安全级别，但是需要更多的系统资源。而Docker更适合运行基于容器的应用程序，具有更高的可移植性和扩展性，可以更高效地利用系统资源。

虚拟机（virtual machine）是在操作系统中模拟硬件设备，然后运行另一个操作系统，比如在 Windows 系统里面运行 Ubuntu 系统，这样就可以运行任意的Ubuntu应用了。而Docker仅仅是封装函数库，并没有模拟完整的操作系统，如图：

两者对比来看：

Docker和虚拟机的差异：

• docker是一个系统进程；虚拟机是在操作系统中的操作系统

• docker体积小、启动速度快、性能好；虚拟机体积大、启动速度慢、性能一般

1.3 Docker架构

• 镜像和容器相关概念

  Docker中有几个重要的概念：

  • 镜像（Image）：Docker将应用程序及其所需的依赖、函数库、环境、配置等文件打包在一起，称为镜像。

  • 容器（Container）：镜像中的应用程序运行后形成的进程就是容器，只是Docker会给容器进程做隔离，对外不可见。

  一切应用最终都是代码组成，都是硬盘中的一个个的字节形成的文件。只有运行时，才会加载到内存，形成进程。而镜像，就是把一个应用在硬盘上的文件、及其运行环境、部分系统函数库文件一起打包形成的文件包。这个文件包是只读的。容器呢，就是将这些文件中编写的程序、函数加载到内存中允许，形成进程，只不过要隔离起来。因此一个镜像可以启动多次，形成多个容器进程。

  例如你下载了一个QQ，如果我们将QQ在磁盘上的运行文件及其运行的操作系统依赖打包，形成QQ镜像。然后你可以启动多次，双开、甚至三开QQ，跟多个妹子聊天

• DockerHub

  开源应用程序非常多，打包这些应用往往是重复的劳动。为了避免这些重复劳动，人们就会将自己打包的应用镜像，例如Redis、MySQL镜像放到网络上，共享使用，就像GitHub的代码共享一样

  • Docker Registry：DockerHub是一个官方的Docker镜像的托管平台。这样的平台称为Docker Registry

  • 国内也有类似于DockerHub 的公开服务，比如 网易云镜像服务、阿里云镜像库等

  我们一方面可以将自己的镜像共享到DockerHub，另一方面也可以从DockerHub拉取镜像：

  

• Docker架构

  Docker是一个CS架构的程序，由两部分组成：

  • 服务端(server)：Docker守护进程，负责处理Docker指令，管理镜像、容器等
  • 客户端(client)：通过命令或RestAPI向Docker服务端发送指令。可以在本地或远程向服务端发送指令

  

1.4 安装Docker

略……详情请参考这篇文章：Docker安装（包教包会）

2、Docker的基本操作

2.1 镜像操作

• 镜像名称

  • 镜名称一般分两部分组成：[repository]:[tag]。
  • 在没有指定tag时，默认是latest，代表最新版本的镜像

  例如：mysql:5.7，其中mysql就是repository，5.7就是tag，合在一起就是一个镜像名称，代表5.7版本的MySQL镜像

• 镜像命令

  常见的镜像操作命令执行流程如下图所示：

  

2.2.1 拉取&查看镜像

• Step1：查看镜像名称。首先去镜像仓库搜索nginx镜像，比如DockerHub

  

  

• Step2：拉取镜像

  docker pull nginx
  

  备注：注解使用上面那条指令，拉取的是最新的Nginx镜像（等价于 docker pull nginx:latest）

  

2.2.2 保存&导入镜像

• 将镜像导出

  docker save -o [保存的目标文件名称] [镜像名称]
  

  # 将nginx镜像导出到磁盘
  docker save -o nginx.tar nginx:latest
  

  

• 加载镜像

  1）先删除镜像

  docker rmi nginx:latest
  

  

  2）加载镜像

  docker load -i nginx.tar
  

  

2.2 容器操作

2.2.1 容器相关命令

容器保护三个状态：

• 运行：进程正常运行
• 暂停：进程暂停，CPU不再运行，并不释放内存
• 停止：进程终止，回收进程占用的内存、CPU等资源

其中：

• docker run：创建并运行一个容器，处于运行状态

• docker pause：让一个运行的容器暂停

• docker unpause：让一个容器从暂停状态恢复运行

• docker stop：停止一个运行的容器

• docker start：让一个停止的容器再次运行

• docker rm：删除一个容器

• exit：退出容器

2.2.2 创建&运行容器

创建并运行Nginx容器：

docker run --name containerName -p 80:80 -d nginx

命令解读：

• docker run ：创建并运行一个容器
• --name : 给容器起一个名字，比如叫做mn
• -p ：将宿主机端口与容器端口映射，冒号左侧是宿主机端口，右侧是容器端口
• -d：后台运行容器
• nginx：镜像名称，例如nginx

这里的-p参数，是将容器端口映射到宿主机端口。

默认情况下，容器是隔离环境，我们直接访问宿主机的80端口，肯定访问不到容器中的nginx。

现在，将容器的80与宿主机的80关联起来，当我们访问宿主机的80端口时，就会被映射到容器的80，这样就能访问到nginx了：

通过查看日志，可以判断Nginx是否被访问了

docker logs -f nginx

可以看到，没刷新一次浏览器，日志都会新增一条，这说明我们Docker中的Nginx已经被成功访问了

2.2.3 修改容器中的文件

进入我们创建的nginx容器，然后修改其中的HTML页面

• Step1：进入Nginx容器

  # 进入容器（bash是进入容器后执行的命令）
  docker exec -it nginx bash
  

  

  备注：进入容器内部后，可以发现相当于进入了另外一个Linux系统，该Linux系统支持部分Linux指令，没有外部的全面

• Step2：切换到Nginx的html页面

  # 进入nginx的html页面目录（注意这个目录是通过查看官方文档知道的）
  cd /usr/share/nginx/html
  

• Step3：编辑html页面

  注意：这里不能直接私用vim/vi命令进项编辑，因为容器中的Linux只支持部分指令（1.2小节有讲）

  sed -i -e 's#Welcome to nginx#Welcome to Docker#g' -e 's#<head>#<head><meta charset="utf-8">#g' index.html
  

  

2.3 数据卷

2.3.1 数据卷介绍

在之前的nginx案例中，修改nginx的html页面时，需要进入nginx内部。并且因为没有编辑器，修改文件也很麻烦。

这就是因为容器与数据（容器内文件）耦合带来的后果：

要解决这个问题，必须将数据与容器解耦，这就要用到数据卷了

• 什么是数据卷？

  数据卷（Data Volume）是指一种用于容器持久化数据的技术，它可以将宿主机的文件或目录挂载到容器内部，使得容器内部的数据可以持久化到宿主机上。通过数据卷的使用，我们可以很方便地将容器中的数据与宿主机解耦，避免了容器删除时数据丢失的问题，同时也方便了数据的备份、恢复和迁移等操作。数据卷可以使用Docker命令行进行创建、挂载和删除，也可以在Dockerfile中脚本化操作。

  简言之：数据卷其实就是是一个虚拟目录，指向宿主机文件系统中的某个目录

• 数据卷的作用是什么？

  一旦完成数据卷挂载，对容器的一切操作都会作用在数据卷对应的宿主机目录了。这样，我们操作宿主机的/var/lib/docker/volumes/html目录，就等于操作容器内的/usr/share/nginx/html目录了。

  PS：这个有点类似与虚拟机中的VMware Tools

2.3.2 数据卷操作命令

docker volume [COMMAND]

docker volume命令是数据卷操作，根据命令后跟随的command来确定下一步的操作：

• create 创建一个volume
• inspect 显示一个或多个volume的信息
• ls 列出所有的volume
• prune 删除未使用的volume
• rm 删除一个或多个指定的volume

示例

# 创建一个test的数据卷
docker volume create test

# 查看当前所有的数据卷
docker volume ls

# 删除test数据卷
docker volume rm test

2.3.3 挂载数据卷

示例一：

将html数据卷挂载到Docker中的html目录，然后实现容器外部修改Nginx中的文件

• Step1：创建一个数据卷

  docker volume create html
  

• Step2：创建并运行容器的同时，使用-v参数挂载数据卷

  docker run --name ngnix -p 80:80 -v html:/usr/share/nginx/html -d nginx
  

  -v [数据卷目录]:[容器目录] ：把html数据卷挂载到ngxin容器内的/usr/share/nginx/html这个目录中

  备注：可以直接省略Step1，当数据卷不存在时，执行step2时会自动创建一个数据卷

示例二：

创建并运行一个MySQL容器，将宿主机目录直接挂载到容器。目录挂载和数据卷挂载是很类似的

• -v [宿主机目录]:[容器内目录]

• -v [宿主机文件]:[容器内文件]

  注意：宿主机的文件会直接覆盖容器内的文件

3、Dockerfile自定义镜像

3.1 镜像结构

常见的镜像在DockerHub就能找到，但是我们自己写的项目就必须自己构建镜像了。而要自定义镜像，就必须先了解镜像的结构才行

镜像是将应用程序及其需要的系统函数库、环境、配置、依赖打包而成。镜像的主要组成：Baseimage+Layer+Entrypoint

我们以MySQL为例，来看看镜像的组成结构：

简单来说，镜像就是在系统函数库、运行环境基础上，添加应用程序文件、配置文件、依赖文件等组合，然后编写好启动脚本打包在一起形成的文件。

我们要构建镜像，其实就是实现上述打包的过程。

3.2 Dockerfile

构建自定义的镜像时，并不需要一个个文件去拷贝，打包。我们只需要告诉Docker，我们的镜像的组成，需要哪些BaseImage、需要拷贝什么文件、需要安装什么依赖、启动脚本是什么，将来Docker会帮助我们构建镜像。

而描述上述信息的文件就是Dockerfile文件。

Dockerfile 就是一个文本文件，其中包含一个个的 指令(Instruction)，用指令来说明要执行什么操作来构建镜像。每一个指令都会形成一层Layer。

更新详细语法说明，请参考官网文档： https://docs.docker.com/engine/reference/builder

3.3 构建自定义镜像

3.3.1 基于Ubuntu构建

示例

基于Unbuntu将打包好的Java程序，构建称一个镜像，然后使用Docker运行，最终访问

• Step1：创建目录

  cd /tmp
  mkdir docker-demo
  cd docker-demo
  

• Step2：上传Java项目

  # 指定基础镜像
  FROM ubuntu:16.04
  # 配置环境变量，JDK的安装目录
  ENV JAVA_DIR=/usr/local
  
  # 拷贝jdk和java项目的包
  COPY ./jdk8.tar.gz $JAVA_DIR/
  COPY ./docker-demo.jar /tmp/app.jar
  
  # 安装JDK
  RUN cd $JAVA_DIR \
   && tar -xf ./jdk8.tar.gz \
   && mv ./jdk1.8.0_144 ./java8
  
  # 配置环境变量
  ENV JAVA_HOME=$JAVA_DIR/java8
  ENV PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin
  
  # 暴露端口
  EXPOSE 8090
  # 入口，java项目的启动命令
  ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar
  

  

• Step3：构建镜像

  docker build -t dockerdemo:1.0 .
  

  备注：

  1. dockerdemo:1.0：表示镜像名称

  2. 最后的.表示Dockersfile所在位置，.表示Dockerfile在当前目录，如果在其它目录要则要修改

• Step4：运行镜像

  docker run --name dockerdemo -p 8090:8090 -d dockerdemo:1.0
  

  

  

3.3.2 基于Java8构建

虽然我们可以基于Ubuntu基础镜像，添加任意自己需要的安装包，构建镜像，但是却比较麻烦。大多数情况下，我们都想要在一些安装了部分软件的基础镜像上做改造。例如，构建java项目的镜像，可以在已经准备了JDK的基础镜像基础上构建。

PS：这就优点类似于开发一个框架，或者一个项目模块，目的就是提高效率，节约时间

示例

基于java:8-alpine镜像，将一个Java项目构建为镜像。

Java:8-alpine镜像是一个基于Alpine Linux系统的Docker镜像，其中包含了Java 8运行环境。它的特点是体积非常小，仅有不到100MB，相比于其他Java镜像大幅缩减了容器的大小，在一些对容器大小限制比较严格的场景也能得到很好的应用。同时，由于Alpine Linux是一个轻量级的Linux操作系统，使用起来也比较快速和高效。但需要注意的是，由于它是一个轻量级的操作系统，可能不支持一些常用的软件包或库，需要自行安装相应的依赖和工具。

• Step1：创建目录

• Step2：修改Dockerfile文件

  # 指定基础镜像
  FROM java:8-alpine
  # 拷贝Java项目的包
  COPY ./docker-demo.jar /tmp/app.jar
  # 暴露端口
  EXPOSE 8090
  # 入口，java项目的启动命令
  ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar
  

• Step3：运行镜像

  docker run --name dockerdemo2 -p 8091:8091 -d dockerdemo:2.0
  

备注：

docker stop 容器名 # 停止指定的容器
docker rm $(docker ps -a -q) # 移除已经停止的容器

4、Docker Compose

Docker Compose可以基于Compose文件帮我们快速的部署分布式应用，而无需手动一个个创建和运行容器！

官网：Docker Compose overview | Docker Documentation

4.1 Docker Compose

• 什么是DockerCompose？

  Docker Compose是一个由Docker官方提供的用于定义和运行多个Docker容器应用的工具。它基于YAML文件格式定义应用的服务、网络和卷，并使用compose命令来启动、停止、构建和管理这些多容器应用。通过Docker Compose，开发人员可以轻松在单个命令下启动、停止和重建多个Docker容器，而不必手动创建和管理多个Docker容器。这使得开发人员可以更加专注于应用程序的构建和运行，而不必担心与Docker容器环境相关的技术细节。

  DockerCompose的详细语法参考官网：https://docs.docker.com/compose/compose-file/

• DockerCompose的作用

  帮助我们快速部署分布式应用，无需一个个微服务去构建镜像和部署

Compose文件是一个文本文件，通过指令定义集群中的每个容器如何运行。格式如下：

version: "3.8"
 services:
  mysql:
    image: mysql:5.7.25
    environment:
     MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123 
    volumes:
     - "/tmp/mysql/data:/var/lib/mysql"
     - "/tmp/mysql/conf/hmy.cnf:/etc/mysql/conf.d/hmy.cnf"
  web:
    build: .
    ports:
     - "8090:8090"

可以看到，它相当于是将命令行的命令放在了YAML文件中（语法上稍微有一点差异），不用手动去敲了，大大减少部署时间

上面的Compose文件就描述一个项目，其中包含两个容器：

• mysql：一个基于mysql:5.7.25镜像构建的容器，并且挂载了两个目录
• web：一个基于docker build临时构建的镜像容器，映射端口时8090

4.2 安装DockerCompose

略……详情请参考这篇文章：手把手教你XXX

4.3 部署微服务集群

• Step1：准备一个微服务项目。注意要将数据库、nacos的地址都命名为docker-compose中的服务名

  将localhost编程mysql或者nacos

• Step2：打包。使用Maven打包工具，将每一个微服务都打包成app.jar

• Step3：将打好的jar包上传到对应的cloud-demo目录

• Step4：部署

  /usr/local/src/docker-compose up -d
  

  中间会报一个错：

  

  这是因为在Nacos启动过程中，order-service和user-servcie已经启动了直接去访问Nacos，没有发现Nacos就直接报错了

  docker-compsoe stop # 停止
  docker-compsoe down # 停止并删除
  docker-compsoe restart # 重启
  docker-compsoe logs # 查看日志
  

优点小bug，这里直接跳过了

5、Docker镜像仓库

5.1 Docker镜像仓库的搭建

略……详情请参考这篇文章：Docker安装教程

5.2 Docker镜像仓库相关操作

• 重命名镜像

  docker tag nginx:latest 192.168.88.141:8080/nginx:1.0 
  

  docker tag：固定写法

  nginx:latest：镜像的原名称

  192.168.88.141:8080/nginx:1.0 ：镜像仓库地址/重命名

  

  可以看到现在有两个镜像了，这两个镜像的ID都是一致的，说明是同一个镜像，但是Tag不一致。

  注意：此时镜像仓库还没有重命名的镜像，还需要将镜像进项推送

• 推送镜像

  docker push 192.168.88.141:8080/nginx:1.0 
  

  

• 拉取镜像

  docker pull 192.168.88.141:8080/nginx:1.0