【容器化】Docker容器技术入门基础教程

Docker容器技术

Docker 是一种开源的容器化平台，通过轻量级的虚拟化技术，帮助开发者高效地构建、部署和运行应用程序。它解决了传统环境配置复杂、依赖管理困难以及资源利用率低的问题。Docker 基于 Linux 容器（LXC） 技术，利用内核的 Cgroup（资源隔离） 和 命名空间（进程隔离） 实现应用的独立运行环境。与传统虚拟机（VM）不同，容器无需模拟完整的操作系统，仅包含应用程序及其依赖项。

Docker与虚拟机的区别

• 资源占用更少：容器共享宿主机的操作系统内核，避免冗余的系统资源消耗（如虚拟机需为每个实例分配独立操作系统内存） 。
• 启动速度更快：容器启动仅需几秒，而虚拟机通常需要几分钟。
• 可移植性强：容器可在任何支持 Docker 的环境中一致运行，实现“一次构建，随处运行”。

虚拟机使用的是Hypervisor（KVM、Xen等），那么，容器是怎么实现和下层计算机硬件和操作系统交互的呢？为什么它会具有高效轻便的隔离特性呢？

Linux操作系统内核之中，为资源隔离提供了三种技术：namespace、cgroup、chroot。

• namespace是2002年从Linux 2.4.19开始出现的，和编程语言里的namespace有点类似，它可以创建出独立的文件系统、主机名、进程号、网络等资源空间，相当于给进程盖了一间小板房，这样就实现了系统全局资源和进程局部资源的隔离。
• cgroup是2008年从Linux 2.6.24开始出现的，它的全称是Linux Control Group，用来实现对进程的CPU、内存等资源的优先级和配额限制，相当于给进程的小板房加了一个天花板。
• chroot的历史则要比前面的namespace、cgroup要古老得多，早在1979年的UNIX V7就已经出现了，它可以更改进程的根目录，也就是限制访问文件系统，相当于给进程的小板房铺上了地砖。

Docker的架构

Docker的命令

常用镜像操作命令清单

镜像

镜像（Image）是静态模板，包含应用程序运行所需的所有文件、库和依赖项。例如，一个 Python 应用的镜像可能包含代码、Python 解释器及第三方库。

创建容器镜像：如何编写正确、高效的Dockerfile

Dockerfile 是一个文本文件，包含了构建 Docker 镜像的所有指令。

Dockerfile 是一个用来构建镜像的文本文件，文本内容包含了一条条构建镜像所需的指令和说明。

通过定义一系列命令和参数，Dockerfile 指导 Docker 构建一个自定义的镜像。

最简单的Dockerfile实例：

# Dockerfile.busybox
# 选择基础镜像
FROM busybox
# 启动容器时默认运行的命令                  
CMD echo "hello world"        

docker build -f Dockerfile.busybox .Sending build context to Docker daemon   7.68kB
Step 1/2 : FROM busybox---> d38589532d97
Step 2/2 : CMD echo "hello world"---> Running in c5a762edd1c8
Removing intermediate container c5a762edd1c8---> b61882f42db7
Successfully built b61882f42db7

RUN、COPY

# 拷贝脚本到/tmp目录
COPY setup.sh  /tmp/                # 添加执行权限
# 运行脚本然后再删除
RUN cd /tmp && chmod +x setup.sh \  && ./setup.sh && rm setup.sh    

ARG、ENV

它们区别在于 ARG 创建的变量只在镜像构建过程中可见，容器运行时不可见，

而 ENV 创建的变量不仅能够在构建镜像的过程中使用，在容器运行时也能够以环境变量的形式被应用程序使用。

ARG IMAGE_BASE="node"
ARG IMAGE_TAG="alpine"ENV PATH=$PATH:/tmp
ENV DEBUG=OFF

EXPOSE

声明容器对外服务的端口号

# 默认是tcp协议
EXPOSE 443 
# 可以指定udp协议         
EXPOSE 53/udp        

Docker Hub镜像命名规则

镜像标签的格式是应用的版本号加上操作系统。

版本号基本上都是主版本号+次版本号+补丁号的形式，有的还会在正式发布前出rc版（候选版本，release candidate）。而操作系统的情况略微复杂一些，因为各个Linux发行版的命名方式“花样”太多了。

另外，有的标签还会加上 slim、fat，来进一步表示这个镜像的内容是经过精简的，还是包含了较多的辅助工具。

通常 slim 镜像会比较小，运行效率高，而 fat 镜像会比较大，适合用来开发调试。

1. Docker Hub注册;

2. docker tag 打上标签再用 docker push 推送;

3. 离线环境，镜像归档docker save 把镜像存成压缩包，再用 docker load 从压缩包恢复成镜像。

docker save ngx-app:latest -o ngx.tar
docker load -i ngx.tar

容器

容器（Container）是镜像的运行实例，是动态的、隔离的轻量级环境。容器可启动、停止、删除，且相互隔离。

共享主机文件

1. 拷贝文件 docker cp 的用法模仿了操作系统的拷贝命令。

2. 共享文件 docker run 命令启动容器的时候使用 -v 参数就行，具体的格式是“宿主机路径:容器内路径”。

配置网络互通

Docker提供了三种网络模式，分别是null、host和bridge。

null是最简单的模式，也就是没有网络，但允许其他的网络插件来自定义网络连接。

host的意思是直接使用宿主机网络，相当于去掉了容器的网络隔离（其他隔离依然保留），所有的容器会共享宿主机的IP地址和网卡。这种模式没有中间层，自然通信效率高，但缺少了隔离，运行太多的容器也容易导致端口冲突。

ip addr                    # 本机查看网卡
docker exec xxx ip addr    # 容器查看网卡

bridge，也就是桥接模式，它有点类似现实世界里的交换机、路由器，只不过是由软件虚拟出来的，容器和宿主机再通过虚拟网卡接入这个网桥（图中的docker0），那么它们之间也就可以正常的收发网络数据包了。不过和host模式相比，bridge模式多了虚拟网桥和网卡，通信效率会低一些。

分配服务端口

docker run -d -p 8080:80

镜像仓库

仓库（Repository）是存储和管理镜像的服务，如 Docker Hub，支持版本控制和镜像共享。

搭建私有镜像仓库

本次选择Docker Registry，当然也可以选择功能更完善的CNCF Harbor。

docker pull registry
docker run -d -p 5000:5000 registrydocker tag busybox:latest 127.0.0.1:5000/busybox:latest
docker images
docker push 127.0.0.1:5000/busybox:latest

接下来就可以docker pull拉取自己上传的镜像了。

docker rmi  127.0.0.1:5000/busybox:latest
docker pull 127.0.0.1:5000/busybox:latest

Docker Registry虽然没有图形界面，但提供了RESTful API，也可以发送HTTP请求来查看仓库里的镜像，

具体的端点信息可以参考官方文档（Deprecated products and features | Docker Docs），

下面的这两条curl命令就分别获取了镜像列表和Nginx镜像的标签列表：

base) [root@dev-compile-xs-3-147 ~]# curl 127.1:5000/v2/_catalog
{"repositories":["busybox"]}
(base) [root@dev-compile-xs-3-147 ~]# curl 127.1:5000/v2/busybox/tags/list
{"name":"busybox","tags":["latest"]}

核心优势

• 环境一致性：开发、测试、生产环境统一，避免“在我机器上能跑”的问题。
• 高效资源利用：相比虚拟机，容器占用内存和存储更小（通常以兆字节计），单台主机可运行更多容器。
• 快速部署与迭代：支持持续集成/持续部署（CI/CD），开发者可频繁发布更新，且回滚简便（通过镜像版本控制实现）。
• 微服务友好：每个微服务可独立打包为容器，便于分布式系统的灵活扩展与管理。

典型场景

• 微服务架构：将用户服务、支付服务等拆分为独立容器，提升系统的可维护性和扩展性。
• 测试环境搭建：测试人员可快速部署隔离的容器环境，避免依赖冲突，如使用 Docker 搭建 Selenium 自动化测试环境。
• 云原生与混合云部署：与 Kubernetes 等编排工具结合，实现跨云平台的应用调度与管理。
• 简化运维：运维人员可通过容器化统一部署流程，降低环境配置复杂度。

应用案例

Docker搭建WordPress个人博客站点

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default.conf

server {listen 80;default_type text/html;location / {proxy_http_version 1.1;proxy_set_header Host $host;proxy_pass http://web:80;}
}

docker-compose.yaml

Docker Compose 是一个用于定义和运行多容器 Docker 应用程序的工具。通过 Compose，用户可以使用 docker-compose.yml 配置文件来配置应用程序需要的所有服务。然后，使用一个命令，就可以从 YML 文件配置中创建并启动所有服务，主要用于开发、测试和部署多容器的应用。如果你还不了解 YML 文件配置，可以先阅读 YAML 入门教程。

Compose 使用的三个步骤：

• 使用 Dockerfile 定义应用程序的环境。
• 使用 docker-compose.yml 定义构成应用程序的服务，这样它们可以在隔离环境中一起运行。
• 最后，执行 docker-compose up 命令来启动并运行整个应用程序。

services:db:image: mariadb:10environment:- MARIADB_DATABASE=db- MARIADB_USER=wp- MARIADB_PASSWORD=123- MARIADB_ROOT_PASSWORD=123networks:- mynetworkhealthcheck:test: ["CMD", "mysqladmin", "ping", "-h", "localhost"]interval: 5stimeout: 10sretries: 5web:image: wordpress:5environment:- WORDPRESS_DB_HOST=db- WORDPRESS_DB_USER=wp- WORDPRESS_DB_PASSWORD=123- WORDPRESS_DB_NAME=dbnetworks:- mynetworkproxy:image: nginx:alpineports:- "80:80"volumes:- ./default.conf:/etc/nginx/conf.d/default.confnetworks:- mynetworknetworks:mynetwork:driver: bridge

执行命令

docker-compose -p wp down -v && docker-compose -p wp up -d

 验证

# 初始化
http://localhost/wp-admin/install.php
# 登录
http://localhost/wp-login.php  

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总结

Docker 生态包含 Docker Engine（核心运行时）、Docker Compose（多容器应用定义）、Docker Swarm（集群管理）等工具，并与 AWS、Azure 等云服务商深度集成，进一步简化大规模容器管理。

Docker 通过容器技术革新了软件交付方式，成为云原生时代的基础设施。其轻量、快速、一致性的特点，使其在微服务、CI/CD、DevOps 等场景中广泛应用，彻底改变了传统虚拟机主导的部署模式。

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