Docker 快速入门

目录

1. 1. 一、Docker 的简介
   1. 1.1. 什么是 Docker
   2. 1.2. 为什么需要 Docker
   3. 1.3. Docker 的主要用途
   4. 1.4. Docker 的核心概念
      1. 1.4.1. 镜像
      2. 1.4.2. 容器
      3. 1.4.3. 仓库
2. 2. 二、Docker 的运维
3. 3. 三、Hello World 实例
4. 4. 四、制作 Docker 容器
   1. 4.1. 编写 Dockerfile 文件
   2. 4.2. 创建 image 文件
   3. 4.3. 生成容器
   4. 4.4. CMD 命令
   5. 4.5. 发布 image 文件
5. 5. 参考资料

一、Docker 的简介

什么是 Docker

Docker 属于 Linux 容器的一种封装，提供简单易用的容器使用接口。

它是目前最流行的 Linux 容器解决方案。

Docker 将应用程序与该程序的依赖，打包在一个文件里面。运行这个文件，就会生成一个虚拟容器。程序在这个虚拟容器里运行，就好像在真实的物理机上运行一样。有了 Docker，就不用担心环境问题。

总体来说，Docker 的接口相当简单，用户可以方便地创建和使用容器，把自己的应用放入容器。容器还可以进行版本管理、复制、分享、修改，就像管理普通的代码一样。

为什么需要 Docker

• 更高效的利用系统资源 - 由于容器不需要进行硬件虚拟以及运行完整操作系统等额外开销，Docker 对系统资源的利用率更高。无论是应用执行速度、内存损耗或者文件存储速度，都要比传统虚拟机技术更高效。因此，相比虚拟机技术，一个相同配置的主机，往往可以运行更多数量的应用。
• 更快速的启动时间 - 传统的虚拟机技术启动应用服务往往需要数分钟，而 Docker 容器应用，由于直接运行于宿主内核，无需启动完整的操作系统，因此可以做到秒级、甚至毫秒级的启动时间。大大的节约了开发、测试、部署的时间。
• 一致的运行环境 - 开发过程中一个常见的问题是环境一致性问题。由于开发环境、测试环境、生产环境不一致，导致有些 bug 并未在开发过程中被发现。而 Docker 的镜像提供了除内核外完整的运行时环境，确保了应用运行环境一致性，从而不会再出现 「这段代码在我机器上没问题啊」 这类问题。
• 持续交付和部署 - 对开发和运维（DevOps）人员来说，最希望的就是一次创建或配置，可以在任意地方正常运行。使用 Docker 可以通过定制应用镜像来实现持续集成、持续交付、部署。开发人员可以通过 Dockerfile 来进行镜像构建，并结合 持续集成(Continuous Integration) 系统进行集成测试，而运维人员则可以直接在生产环境中快速部署该镜像，甚至结合 持续部署(Continuous Delivery/Deployment) 系统进行自动部署。而且使用 Dockerfile 使镜像构建透明化，不仅仅开发团队可以理解应用运行环境，也方便运维团队理解应用运行所需条件，帮助更好的生产环境中部署该镜像。
• 更轻松的迁移 - 由于 Docker 确保了执行环境的一致性，使得应用的迁移更加容易。Docker 可以在很多平台上运行，无论是物理机、虚拟机、公有云、私有云，甚至是笔记本，其运行结果是一致的。因此用户可以很轻易的将在一个平台上运行的应用，迁移到另一个平台上，而不用担心运行环境的变化导致应用无法正常运行的情况。
• 更轻松的维护和扩展 - Docker 使用的分层存储以及镜像的技术，使得应用重复部分的复用更为容易，也使得应用的维护更新更加简单，基于基础镜像进一步扩展镜像也变得非常简单。此外，Docker 团队同各个开源项目团队一起维护了一大批高质量的 官方镜像，既可以直接在生产环境使用，又可以作为基础进一步定制，大大的降低了应用服务的镜像制作成本。

Docker 的主要用途

Docker 提供了被称为容器的松散隔离环境，在环境中可以打包和运行应用程序。隔离和安全性允许您在给定主机上同时运行多个容器。容器是轻量级的，因为它们不需要管理程序的额外负载，而是直接在主机的内核中运行。这意味着您可以在给定的硬件组合上运行更多容器，而不是使用虚拟机。你甚至可以在实际上是虚拟机的主机中运行 Docker 容器！

Docker 的主要用途，目前有三大类。

• 提供一次性的环境。比如，本地测试他人的软件、持续集成的时候提供单元测试和构建的环境。
• 提供弹性的云服务。因为 Docker 容器可以随开随关，很适合动态扩容和缩容。
• 组建微服务架构。通过多个容器，一台机器可以跑多个服务，因此在本机就可以模拟出微服务架构。

Docker 的核心概念

镜像

Docker 把应用程序及其依赖，打包在镜像（Image）文件里面。

我们都知道，操作系统分为内核和用户空间。对于 Linux 而言，内核启动后，会挂载 root 文件系统为其提供用户空间支持。而 Docker 镜像（Image），就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:18.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 18.04 最小系统的 root 文件系统。

Docker 镜像是一个特殊的文件系统，除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外，还包含了一些为运行时准备的一些配置参数（如匿名卷、环境变量、用户等）。镜像不包含任何动态数据，其内容在构建之后也不会被改变。

分层存储

因为镜像包含操作系统完整的 root 文件系统，其体积往往是庞大的，因此在 Docker 设计时，就充分利用 Union FS 的技术，将其设计为分层存储的架构。所以严格来说，镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件，镜像只是一个虚拟的概念，其实际体现并非由一个文件组成，而是由一组文件系统组成，或者说，由多层文件系统联合组成。

镜像构建时，会一层层构建，前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变，后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如，删除前一层文件的操作，实际不是真的删除前一层的文件，而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候，虽然不会看到这个文件，但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此，在构建镜像的时候，需要额外小心，每一层尽量只包含该层需要添加的东西，任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。

分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层，然后进一步添加新的层，以定制自己所需的内容，构建新的镜像。

容器

镜像（Image）和容器（Container）的关系，就像是面向对象程序设计中的 类 和 实例 一样，镜像是静态的定义，容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。

容器的实质是进程，但与直接在宿主执行的进程不同，容器进程运行于属于自己的独立的 命名空间。因此容器可以拥有自己的 root 文件系统、自己的网络配置、自己的进程空间，甚至自己的用户 ID 空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里，使用起来，就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。也因为这种隔离的特性，很多人初学 Docker 时常常会混淆容器和虚拟机。

前面讲过镜像使用的是分层存储，容器也是如此。每一个容器运行时，是以镜像为基础层，在其上创建一个当前容器的存储层，我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为容器存储层。

容器存储层的生存周期和容器一样，容器消亡时，容器存储层也随之消亡。因此，任何保存于容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。

按照 Docker 最佳实践的要求，容器不应该向其存储层内写入任何数据，容器存储层要保持无状态化。所有的文件写入操作，都应该使用 数据卷（Volume）、或者绑定宿主目录，在这些位置的读写会跳过容器存储层，直接对宿主（或网络存储）发生读写，其性能和稳定性更高。

数据卷的生存周期独立于容器，容器消亡，数据卷不会消亡。因此，使用数据卷后，容器删除或者重新运行之后，数据却不会丢失。

仓库

镜像构建完成后，可以很容易的在当前宿主机上运行，但是，如果需要在其它服务器上使用这个镜像，我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务，Docker Registry 就是这样的服务。

一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库（Repository）；每个仓库可以包含多个标签（Tag）；每个标签对应一个镜像。

通常，一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像，而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签，将以 latest 作为默认标签。

以 Ubuntu 镜像 为例，ubuntu 是仓库的名字，其内包含有不同的版本标签，如，16.04, 18.04。我们可以通过 ubuntu:14.04，或者 ubuntu:18.04 来具体指定所需哪个版本的镜像。如果忽略了标签，比如 ubuntu，那将视为 ubuntu:latest。

仓库名经常以 两段式路径 形式出现，比如 jwilder/nginx-proxy，前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名，后者则往往是对应的软件名。但这并非绝对，取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务。

二、Docker 的运维

不同操作系统环境下安装 Docker 的方式有所不同，详情可以参：

• Docker 官方安装指南
• 安装 Docker（中文）

国内访问 Docker 比较慢，如果需要提速，可以参考 镜像加速器

安装完成后，运行下面的命令，验证是否安装成功。

• docker version
• docker info

Docker 需要用户具有 sudo 权限，为了避免每次命令都输入sudo，可以把用户加入 Docker 用户组（官方文档）。

$ sudo usermod -aG docker $USER

Docker 是服务器—-客户端架构。命令行运行docker命令的时候，需要本机有 Docker 服务。如果这项服务没有启动，可以用下面的命令启动（官方文档）。

# service 命令的用法
$ sudo service docker start

# systemctl 命令的用法
$ sudo systemctl start docker

三、Hello World 实例

下面，我们通过最简单的 image 文件”hello world”，感受一下 Docker。

需要说明的是，国内连接 Docker 的官方仓库很慢，还会断线，需要将默认仓库改成国内的镜像网站，具体的修改方法在下一篇文章的第一节。有需要的朋友，可以先看一下。

首先，运行下面的命令，将 image 文件从仓库抓取到本地。

$ docker image pull library/hello-world

上面代码中，docker image pull是抓取 image 文件的命令。library/hello-world是 image 文件在仓库里面的位置，其中library是 image 文件所在的组，hello-world是 image 文件的名字。

由于 Docker 官方提供的 image 文件，都放在library组里面，所以它的是默认组，可以省略。因此，上面的命令可以写成下面这样。

$ docker image pull hello-world

抓取成功以后，就可以在本机看到这个 image 文件了。

$ docker image ls

现在，运行这个 image 文件。

$ docker container run hello-world

docker container run命令会从 image 文件，生成一个正在运行的容器实例。

注意，docker container run命令具有自动抓取 image 文件的功能。如果发现本地没有指定的 image 文件，就会从仓库自动抓取。因此，前面的docker image pull命令并不是必需的步骤。

如果运行成功，你会在屏幕上读到下面的输出。

$ docker container run hello-world
Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
... ...

输出这段提示以后，hello world就会停止运行，容器自动终止。

有些容器不会自动终止，因为提供的是服务。比如，安装运行 Ubuntu 的 image，就可以在命令行体验 Ubuntu 系统。

$ docker container run -it ubuntu bash

对于那些不会自动终止的容器，必须使用docker container kill 命令手动终止。

$ docker container kill [containID]

四、制作 Docker 容器

下面我以 koa-demos 项目为例，介绍怎么写 Dockerfile 文件，实现让用户在 Docker 容器里面运行 Koa 框架。

作为准备工作，请先下载源码。

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

编写 Dockerfile 文件

首先，在项目的根目录下，新建一个文本文件.dockerignore，写入下面的内容。

.git
node_modules
npm-debug.log

上面代码表示，这三个路径要排除，不要打包进入 image 文件。如果你没有路径要排除，这个文件可以不新建。

然后，在项目的根目录下，新建一个文本文件 Dockerfile，写入下面的内容。

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

上面代码一共五行，含义如下。

• FROM node:8.4：该 image 文件继承官方的 node image，冒号表示标签，这里标签是8.4，即 8.4 版本的 node。
• COPY . /app：将当前目录下的所有文件（除了.dockerignore排除的路径），都拷贝进入 image 文件的/app目录。
• WORKDIR /app：指定接下来的工作路径为/app。
• RUN npm install：在/app目录下，运行npm install命令安装依赖。注意，安装后所有的依赖，都将打包进入 image 文件。
• EXPOSE 3000：将容器 3000 端口暴露出来， 允许外部连接这个端口。

创建 image 文件

有了 Dockerfile 文件以后，就可以使用docker image build命令创建 image 文件了。

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

上面代码中，-t参数用来指定 image 文件的名字，后面还可以用冒号指定标签。如果不指定，默认的标签就是latest。最后的那个点表示 Dockerfile 文件所在的路径，上例是当前路径，所以是一个点。

如果运行成功，就可以看到新生成的 image 文件koa-demo了。

$ docker image ls

生成容器

docker container run命令会从 image 文件生成容器。

$ 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

上面命令的各个参数含义如下：

• -p参数：容器的 3000 端口映射到本机的 8000 端口。
• -it参数：容器的 Shell 映射到当前的 Shell，然后你在本机窗口输入的命令，就会传入容器。
• koa-demo:0.0.1：image 文件的名字（如果有标签，还需要提供标签，默认是 latest 标签）。
• /bin/bash：容器启动以后，内部第一个执行的命令。这里是启动 Bash，保证用户可以使用 Shell。

如果一切正常，运行上面的命令以后，就会返回一个命令行提示符。

root@66d80f4aaf1e:/app#

这表示你已经在容器里面了，返回的提示符就是容器内部的 Shell 提示符。执行下面的命令。

root@66d80f4aaf1e:/app# node demos/01.js

这时，Koa 框架已经运行起来了。打开本机的浏览器，访问 http://127.0.0.1:8000，网页显示"Not Found”，这是因为这个 demo 没有写路由。

这个例子中，Node 进程运行在 Docker 容器的虚拟环境里面，进程接触到的文件系统和网络接口都是虚拟的，与本机的文件系统和网络接口是隔离的，因此需要定义容器与物理机的端口映射（map）。

现在，在容器的命令行，按下 Ctrl + c 停止 Node 进程，然后按下 Ctrl + d （或者输入 exit）退出容器。此外，也可以用docker container kill终止容器运行。

# 在本机的另一个终端窗口，查出容器的 ID
$ docker container ls
# 停止指定的容器运行
$ docker container kill [containerID]

容器停止运行之后，并不会消失，用下面的命令删除容器文件。

# 查出容器的 ID
$ docker container ls --all
# 删除指定的容器文件
$ docker container rm [containerID]

也可以使用docker container run命令的--rm参数，在容器终止运行后自动删除容器文件。

$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash

CMD 命令

上一节的例子里面，容器启动以后，需要手动输入命令node demos/01.js。我们可以把这个命令写在 Dockerfile 里面，这样容器启动以后，这个命令就已经执行了，不用再手动输入了。

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

上面的 Dockerfile 里面，多了最后一行CMD node demos/01.js，它表示容器启动后自动执行node demos/01.js。

你可能会问，RUN命令与CMD命令的区别在哪里？简单说，RUN命令在 image 文件的构建阶段执行，执行结果都会打包进入 image 文件；CMD命令则是在容器启动后执行。另外，一个 Dockerfile 可以包含多个RUN命令，但是只能有一个CMD命令。

注意，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），否则它会覆盖CMD命令。现在，启动容器可以使用下面的命令。

$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1

发布 image 文件

容器运行成功后，就确认了 image 文件的有效性。这时，我们就可以考虑把 image 文件分享到网上，让其他人使用。

首先，去 hub.docker.com 或 cloud.docker.com 注册一个账户。然后，用下面的命令登录。

$ docker login

接着，为本地的 image 标注用户名和版本。

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

也可以不标注用户名，重新构建一下 image 文件。

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

最后，发布 image 文件。

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

发布成功以后，登录 hub.docker.com，就可以看到已经发布的 image 文件。

参考资料

• Docker 入门教程
• Docker — 从入门到实践