Docker——入门实战「终于解决」

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I. Docker

简介

Docker是一种新兴的虚拟化技术，能够一定程度上的代替传统虚拟机。不过，Docker 跟传统的虚拟化方式相比具有众多的优势。我也将Docker类比于Python虚拟环境，可以有效的配置各个版本的开发环境，比如深度学习与Java环境。

其他的Docker简介也不需要过多介绍，可以参考很流行的《Docker — 从入门到实践》。关于博客，文末列出了最近在掘金上看到的一些入门类型文章。

优势

本人主要想用来配置开发环境，由于实验室机器系统环境版本等冲突的问题。

先用一张Docker — 从入门到实践里的图整体感受一下其独特的优势：

由于本人才疏学浅，这里便再节选一些原文中话具体描述Docker强大所在。个人感觉在入门完Docker再回头重新认识一下下面所述的五个优势相关解释，会对Docker的认识有更深的理解。

• 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：Docker是build once，run everywhere. 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。
• 更轻松的迁移：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。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。

II. Docker中基本概念

镜像(Image)

镜像，从认识上简单的来说，就是面向对象中的类，相当于一个模板。从本质上来说，镜像相当于一个文件系统。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。

容器(Container)

容器，从认识上来说，就是类创建的实例，就是依据镜像这个模板创建出来的实体。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。

仓库(Repository)

仓库，从认识上来说，就好像软件包上传下载站，有各种软件的不同版本被上传供用户下载。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。

Docker版本

Docker 划分为CE 和EE。CE 即社区版（免费，支持周期三个月），EE 即企业版，强调安全，付费使用。Docker在1.13 版本之后，从2017年的3月1日开始，版本命名规则变为如下：

Docker CE 每月发布一个Edge 版本(17.03, 17.04, 17.05…)，每三个月发布一个Stable 版本(17.03, 17.06, 17.09…)，Docker EE 和Stable 版本号保持一致，但每个版本提供一年维护。

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。

III. 安装Docker

Win10

下载：https://docs.docker.com/docker-for-windows/install/

Docker支持64 位版本的Windows 10 Pro，且必须开启Hyper-V。开启方式为：打开“控制面板”->“程序”-> “启动或关闭Windows功能”，找到Hyper-V并勾选，确定重启电脑。

安装下载好的Docker for Windows Installer.exe，如下：

鉴于国内网络问题，后续拉取Docker镜像十分缓慢，需要配置国内镜像加速，在系统右下角托盘Docker 图标内右键菜单选择Settings，打开配置窗口后左侧导航菜单选择Daemon，在Registry mirrors 一栏中填写加速器地址
https://registry.docker-cn.com ，之后点击Apply保存后Docker就会重启并应用配置的镜像地址了。

Ubuntu16.04+

在Ubuntu系统中安装较为简单，官方提供了脚本供我们进行安装。

sudo apt install curl
curl -fsSL get.docker.com -o get-docker.sh
sudo sh get-docker.sh --mirror Aliyun

执行这个命令后，脚本就会自动的将一切准备工作做好，并且把Docker CE 的Edge版本安装在系统中。

启动Docker CE

sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker

建立docker 用户组

默认情况下，docker 命令会使用Unix socket 与Docker 引擎通讯。而只有root 用户和docker 组的用户才可以访问Docker 引擎的Unix socket。出于安全考虑，一般Ubuntu系统上不会直接使用root 用户。因此，更好地做法是将需要使用docker 的用户加入docker用户组。

# 建立docker组
sudo groupadd docker
# 将当前用户加入docker组
sudo usermod -aG docker $USER

注销当前用户，重新登录Ubuntu，输入docker info，此时可以直接出现信息。

配置国内镜像加速

在/etc/docker/daemon.json 中写入如下内容（如果文件不存在请新建该文件）

{
    "registry-mirrors": [ "https://registry.docker-cn.com" ] }

重新启动服务

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

IV. Docker的C/S模式

Docker 采用了C/S 架构，包括客户端和服务端。Docker 守护进程（Daemon）作为服务端
接受来自客户端的请求，并处理这些请求（创建、运行、分发容器）。

Docker 守护进程一般在宿主主机后台运行，等待接收来自客户端的消息；Docker 客户端则为用户提供一系列可执行命令，用户用这些命令实现跟Docker 守护进程交互。我们之前在Win10的命令行中便是最主要的客户端：

Docker也为我们提供了Remote API来操作Docker的守护进程，也意味着我们可以通过自己的程序来控制Docker的运行。客户端和服务端既可以运行在一个机器上，也可通过socket 或者RESTful API 来进行通信：

至于Docker的客户端与守护进程之间的通信，其连接方式为socket连接。主要有三种socket连接方式：

• unix:///var/run/docker.sock
• tcp://host:port
• fd://socketfd

完整的Docker的C/S连接方式的本质可以一般表示为如下：

V. 使用Docker

容器的基操

• 启动一次操作容器：docker run IMAGE_NAME [COMMAND] [ARG…]

  例如，启动一个容器输出hello world。由于刚装上Docker，没有任何镜像，所以会先下载一个最新的ubuntu18.04的docker镜像。一次操作容器在处理完操作后会立即关闭容器。

  docker run ubuntu echo 'hello world'

  

• 启动交互式容器：docker run -t -i –name=自定义名称 IMAGE_NAME /bin/bash

  -i –interactive=true | false，默认是false

  -t –tty=true | false，默认是false

  –name 给启动的容器自定义名称，方便后续的容器选择操作

  启动交互式的容器，就是类似虚拟机、云主机的操作方式，操作完一个命令后仍然可以继续：

  docker run -i -t ubuntu /bin/bash

  

• 查看容器：docker ps [-a] [-l]

  省略 列出正在运行的容器

  -a all 列出所有容器

  -l latest 列出最近的容器

  

• 查看指定容器：docker inspect name | id

  name指代具体的容器名称，id则是容器的唯一id标识。inspect命令可以详细的展示出容器的具体信息。

  docker inspect haha

  

• 重新启动停止的容器：docker start [-i] 容器名

  实际使用时，没必要每次都重新启动一个新的容器，我们可以重新启动之前创建的容器，现实情况也需要我们这样使用。

  docker start -i haha

  

• 删除停止的容器：docker rm name | id

  docker rm thirsty_kepler
  docker rm upbeat_albattani

  

守护式容器

交互式容器在运行完命令退出后即停止，而实际中我们常常需要能够长时间运行，即使退出也能后台运行的容器，而守护式容器具备这一功能。守护式容器具有：

1. 能够长期运行；
2. 没有交互式会话；
3. 适合于运行应用程序和服务。

以守护形式运行容器

我们执行完需要的操作退出容器时，不要使用exit退出，可以利用Ctrl+P Ctrl+Q代替，以守护式形式推出容器。

附加到运行中的容器

退出正在运行的容器，想要再次进入，需要使用attach命令：docker attach name | id

docker attach haha

启动守护式容器

启动守护式容器，可以在后台为我们执行操作：docker run -d IMAGE_NAME [COMMAND] [ARG…]

当命令在后台执行完毕，容器还是会关闭。这里防止容器立刻退出，写一个脚本循环输出“hello world”。

docker run --name hiahia -d ubuntu /bin/sh -c "while true; do echo hello world; sleep 1; done"

查看容器日志

当守护式容器在后台运行时，我们可以利用docker的日志命令查看其输出：docker logs [-f] [-t] [–tail] IMAGE_NAME

-f –follows=true | false，默认是false，显示更新

-t –timestamps=true | false，默认是false，显示时间戳

–tail=“all” | 行数，显示最新行数的日志

查看容器内进程

对运行的容器查看其进程：docker top IMAGE_NAME

运行中容器启动新进程

Docker的理念是一个容器运行一个服务，但是往往需要对一个服务进行监控，所以也需要在已经运行服务的容器启动新的进程：docker exec [-d] [-i] [-t] IMAGE_NAME [COMMAND] [ARG…]

docker exec -i -t hiahia /bin/bash

停止守护式容器

发送信号停止容器：docker stop 容器名

强制停止：docker kill 容器名

VI. 案例：在容器中部署静态网站

容器的端口映射

命令：run [-P] [-p]

-P，–publish-all=true | false，大写的P表示为容器暴露的所有端口进行映射；

-p，–publish=[]，小写的p表示为容器指定的端口进行映射，有四种形式：

• containerPort：只指定容器的端口，宿主机端口随机映射；
• hostPort:containerPort：同时指定容器与宿主机端口一一映射；
• ip::containerPort：指定ip和容器的端口；
• ip:hostPort:containerPort：指定ip、宿主机端口以及容器端口。

例如：

docker run -p 80 -i -t ubuntu /bin/bash
docker run -p 8080:80 -i -t ubuntu /bin/bash
docker run -p 0.0.0.0::80 -i -t ubuntu /bin/bash
docker run -p 0.0.0.0:8080:80 -i -t ubuntu /bin/bash

容器中部署Nginx服务

准备环境：

# 1. 创建映射80端口的交互式容器
docker run -p 80 --name web -i -t ubuntu /bin/bash
# 2. 更新源
apt-get update
# 3. 安装Nginx
apt-get install -y nginx
# 4. 安装Vim
apt-get install -y vim

创建静态页面：

mkdir -p /var/www/html
cd /var/www/html
vim index.html

修改Nginx配置文件:

# 查看Nginx安装位置
whereis nginx
# 修改配置文件
vim /etc/nginx/sites-enabled/default

运行Nginx:

# 启动nginx
nginx
# 查看进程
ps -ef

验证网站访问：

# 退出容器
Ctrl+P Ctrl+Q
# 查看容器进程
docker top web
# 查看容器端口映射情况
docker port web

通过宿主机地址加映射端口访问：

VII. 镜像基操

查看删除镜像

• 列出镜像：docker images [OPTIONS] [REPOSITORY]

  -a，–all=false，显示所有镜像

  -f，–filter=[]，显示时过滤条件

  –no-trunc=false，指定不使用截断的形式显示数据

  -q，–quiet=false，只显示镜像的唯一id

  

• 查看镜像：docker inspect [OPTIONS] CONTAINER|IMAGE [CONTAINER|IMAGE]

  -f，–format=“”

  

• 删除镜像：docker rmi [OPTIONS] IMAGE [IMAGE]

  -f，–force=false，强制删除镜像

  –no-prune=false，保留未打标签的父镜像

• 虚悬镜像：既没有仓库名，也没有标签，均为\

获取推送镜像

• 查找镜像：docker search [OPTIONS] TEAM

  –automated=false，仅显示自动化构建的镜像

  –no-trunc=false，不以截断的方式输出

  –filter，添加过滤条件

  

• 拉取镜像：docker pull [OPTIONS] NAME [:TAG]

  -a，–all-tags=false，下载所有的镜像（包含所有TAG）

  

• 推送镜像：docker push NAME [:TAG]

  Docker允许上传我们自己构建的镜像，需要注册DockerHub的账户。也可以上传到阿里云，地址：https://cr.console.aliyun.com/#/namespace/index

构建镜像

构建Docker镜像，可以保存对容器的修改，并且再次使用。构建镜像提供了自定义镜像的能力，以软件的形式打包并分发服务及其运行环境。Docker中提供了两种方式来构建镜像：

• 通过容器构建：docker commit
• 通过Dockerfile：docker build

使用commit命令构建镜像

命令：docker commit [OPTIONS] CONTAINER [REPOSITORY[:TAG]]

参数：-a，–author=“”，指定镜像的作者信息

​ -m，–message=“”，提交信息

​ -p，–pause=true，commit时是否暂停容器

使用Dockerfile文件构建镜像

Docker允许我们利用一个类似配置文件的形式来进行构建自定义镜像，在文件中可以指定原始的镜像，自定义镜像的维护人信息，对原始镜像采取的操作以及暴露的端口等信息。比如：

# Sample Dockerfile
FROM ubuntu:16.04
MAINTAINER wgp "Kingdompin@163.com"
RUN apt-get update
RUN apt-get install -y nginx
EXPOSE 80

命令：docker build [OPTIONS] DockerFile_PATH | URL | –

参数：–force-rm=false

​ –no-cache=false

​ –pull=false

​ -q，quite=false，构建时不输出信息

​ –rm=true

​ -t，tag=“”，指定输出的镜像名称信息

VIII. 镜像迁移

我们制作好的镜像，一般会迁移或分享给其他需要的人。Docker提供了几种将我们的镜像迁移、分享给其他人的方式。推荐镜像迁移应该直接使用Docker Registry，无论是直接使用Docker Hub还是使用内网私有Registry都可以。使用镜像频率不高，镜像数量不多的情况下，我们可以选择以下两种方式。

上传Docker Hub

首先，需要在Docker Hub上申请注册一个帐号（人机验证时需要科学上网）。然后我们需要创建仓库，指定仓库名称。

在终端中登录你的Docker Hub账户，输入docker login，输入用户名密码即可登录成功。

查看需要上传的镜像，并将选择的镜像打上标签，标签名需和Docker Hub上新建的仓库名称一致，否则上传失败。给镜像打标签的命令如下。

docker tag <existing-image> <hub-user>/<repo-name>[:<tag>]

其中existing-image代表本地待上传的镜像名加tag，后面<hub-user>/<repo-name>[:<tag>]则是为上传更改的标签名，tag不指定则为latest。

可以看到，我们重新为ubuntu:16.04的镜像打上标签，观察IMAGE ID可知，同一镜像可以拥有不同的标签名。接下来，我们利用push命令直接上传镜像。

docker push <hub-user>/<repo-name>:<tag>

如图，我们已经上传成功。由于之前介绍的分层存储系统，我们这里是直接对已有的ubuntu镜像进行上传，只是重新打了标签，所以真正上传的只是变化的部分。

导出文件互传

Docker 还提供了 docker load 和 docker save 命令，用以将镜像保存为一个tar文件。比如这次我们将ubuntu:latest这个镜像保存为tar文件。

查看本地磁盘，即可看见名为ubuntu18.04的tar包。我们可以将其拷贝给其他PC，利用load命令重新导入。

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