Docker从0到1：入门指南

目录

• 什么是Docker
• Docker的核心概念
  • 容器(Container)
  • 镜像(Image)
  • 镜像层(Image Layers)
  • Dockerfile
  • 仓库(Repository)
  • 数据卷(Volume)
  • 网络(Network)
• Docker架构
• Docker安装
• Docker基本命令
• 实际应用场景
• Docker生态系统
• 最佳实践
• 常见问题

什么是Docker

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容器中，然后发布到任何流行的Linux或Windows操作系统的机器上。Docker容器完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口。

Docker的优势:

• 轻量级: 容器共享操作系统内核，比虚拟机更轻量
• 可移植性: 在任何支持Docker的环境中运行
• 隔离性: 应用程序及其依赖项在容器内隔离运行
• 可扩展性: 容易水平扩展和管理
• 版本控制与组件复用: 类似于Git的镜像管理

Docker的核心概念

Docker生态系统包含几个相互关联的核心概念，它们共同构成了Docker的完整工作流程：

容器(Container)

容器是Docker的核心概念，它是一个标准化的软件单元，包含了应用程序及其所有依赖项，确保应用程序在任何环境中都能以相同的方式运行。

特点:

• 轻量级和可移植
• 与主机系统隔离
• 可以快速启动和停止
• 可以限制资源使用（CPU、内存等）
• 容器是镜像的运行实例，可以被创建、启动、停止、删除和暂停

镜像(Image)

Docker镜像是一个只读模板，用于创建Docker容器。镜像包含了运行应用程序所需的所有内容——代码、运行时、库、环境变量和配置文件。

特点:

• 分层结构，便于共享和重用
• 不可变性，一旦创建不能修改
• 可以通过Dockerfile构建
• 可以从Docker Hub等仓库获取
• 一个镜像可以创建多个容器实例

镜像层(Image Layers)

Docker镜像由多个只读层组成，每层代表Dockerfile中的一条指令：

• 每一层都建立在前一层的基础上
• 当镜像被修改时，只有变化的层会被重新构建
• 多个镜像可以共享相同的底层，节省存储空间
• 当容器启动时，会在最顶层添加一个可写层（容器层）

Dockerfile

Dockerfile是一个文本文件，包含了构建Docker镜像所需的所有命令。Docker可以通过读取Dockerfile中的指令自动构建镜像。

常用指令:

• FROM: 指定基础镜像
• RUN: 执行命令
• COPY/ADD: 复制文件
• ENV: 设置环境变量
• EXPOSE: 声明容器监听的端口
• VOLUME: 创建挂载点
• WORKDIR: 设置工作目录
• USER: 指定运行容器时的用户
• CMD/ENTRYPOINT: 指定容器启动时运行的命令

仓库(Repository)

Docker仓库用于存储和分发Docker镜像。Docker Hub是最流行的公共仓库，企业通常也会建立私有仓库。

类型:

• 公共仓库（如Docker Hub, GitHub Container Registry）
• 私有仓库（如Harbor, Nexus, AWS ECR, Azure Container Registry）

数据卷(Volume)

数据卷是Docker提供的一种持久化和共享数据的机制，用于解决容器中数据持久化的问题。

为什么需要数据卷？

Docker容器本身遵循"无状态"的设计理念，当容器被删除时，其中的所有数据也会丢失。这带来两个核心问题：

1. 数据持久化问题：容器重启或删除后，容器内的数据会丢失
2. 数据共享问题：容器之间或容器与主机之间需要共享数据

数据卷的核心特性：

• 持久化存储：数据卷完全独立于容器的生命周期，即使容器被删除，数据卷及其数据仍然存在
• 直接访问高效：数据卷绕过容器的写时复制(Copy-on-Write)层，性能更高
• 跨容器共享：多个容器可以挂载相同的数据卷，实现数据共享
• 主机独立：数据卷由Docker管理，不受特定主机文件系统路径的限制
• 支持多种驱动：本地存储、NFS、云存储等多种后端存储选项
• 更易于备份和迁移：数据卷可以被备份、恢复和迁移到其他Docker主机

数据卷与绑定挂载的区别：

特性	数据卷	绑定挂载
存储位置	由Docker管理(/var/lib/docker/volumes/)	由用户指定主机上的任意路径
迁移性	更好，不依赖主机目录结构	依赖主机特定路径
内容初始化	新卷会复制容器指定路径中的内容	覆盖容器中的目录，不复制内容
权限管理	可由容器内进程修改	依赖主机文件系统权限
适用场景	存储Docker应用数据	与主机系统共享配置文件或源代码

数据卷的使用场景：

1. 数据库容器：存储数据库文件，确保容器重启后数据不丢失
2. 内容管理系统：存储上传的媒体文件和文档
3. 配置文件：存储可能需要动态修改的应用配置
4. 日志文件：集中存储和管理容器的日志输出
5. 共享数据：在微服务架构中不同服务间共享资源

数据卷的基本操作：

# 创建数据卷
docker volume create my_volume# 查看所有数据卷
docker volume ls# 查看数据卷详情
docker volume inspect my_volume# 删除数据卷
docker volume rm my_volume# 删除所有未使用的数据卷
docker volume prune# 启动容器并挂载数据卷
docker run -v my_volume:/data nginx# 使用只读模式挂载
docker run -v my_volume:/data:ro nginx

数据卷使用实例：

PostgreSQL数据库使用数据卷:

# 创建数据卷
docker volume create pgdata# 运行PostgreSQL容器并挂载数据卷
docker run -d \--name postgres \-e POSTGRES_PASSWORD=mysecretpassword \-v pgdata:/var/lib/postgresql/data \postgres:13

当容器删除后，您的数据仍然保存在pgdata数据卷中，可以被新容器挂载使用。

网络(Network)

Docker网络允许容器相互通信：

• 桥接网络(Bridge): 默认网络，适合单主机容器通信
• 主机网络(Host): 共享主机网络栈
• 覆盖网络(Overlay): 适合跨主机容器通信
• Macvlan: 为容器分配MAC地址
• 空网络(None): 禁用所有网络

Docker架构

Docker使用客户端-服务器(C/S)架构模式，Docker客户端与Docker守护进程通信，后者负责构建、运行和分发Docker容器。

组件:

• Docker客户端(Client): 通过命令行或其他工具与Docker守护进程交互
• Docker守护进程(Daemon): 监听Docker API请求并管理Docker对象
• Docker镜像(Images): 用于创建容器的只读模板
• Docker容器(Containers): 镜像的可运行实例
• Docker注册表(Registry): 存储Docker镜像的地方

Docker安装

根据不同操作系统，Docker的安装方式也不同：

Linux (Ubuntu为例)

# 更新apt包索引
sudo apt-get update# 安装必要的包
sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common lrzsz -y# 指定使用阿里云镜像 
sudo curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -# 设置稳定版仓库
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"# 更新apt包索引
sudo apt-get update# 安装最新版本的Docker CE
sudo apt-get install docker-ce -y

Docker基本命令

镜像管理

# 列出本地镜像
docker images# 拉取镜像
docker pull [镜像名]:[标签]# 构建镜像
docker build -t [镜像名]:[标签] [Dockerfile路径]# 删除镜像
docker rmi [镜像ID]

容器管理

# 创建并启动容器
docker run [选项] [镜像名] [命令]# 列出运行中的容器
docker ps# 列出所有容器
docker ps -a# 启动/停止/重启容器
docker start/stop/restart [容器ID]# 进入容器
docker exec -it [容器ID] bash# 删除容器
docker rm [容器ID]

数据管理

# 创建数据卷
docker volume create [数据卷名]# 挂载数据卷
docker run -v [数据卷名]:[容器内路径] [镜像名]# 挂载主机目录
docker run -v [主机路径]:[容器内路径] [镜像名]

网络管理

# 创建网络
docker network create [网络名]# 将容器连接到网络
docker network connect [网络名] [容器ID]# 查看网络
docker network ls

实际应用场景

1. 开发环境标准化: 确保所有开发人员使用相同的环境
2. 持续集成/持续部署: 自动化构建、测试和部署流程
3. 微服务架构: 每个服务独立部署在容器中
4. 应用隔离: 在同一主机上运行多个应用而不互相干扰
5. 快速扩展: 轻松创建多个相同配置的应用实例

Docker生态系统

Docker Compose

用于定义和运行多容器Docker应用程序的工具。使用YAML文件配置应用程序的服务，然后使用单个命令创建和启动所有服务。

Docker Swarm

Docker的原生集群管理工具，将多个Docker主机转变为单个虚拟Docker主机。

Kubernetes

开源容器编排平台，提供容器部署、扩展和管理的自动化。

最佳实践

1. 使用官方镜像作为基础: 减少安全风险和兼容性问题
2. 精简镜像大小: 使用多阶段构建和Alpine基础镜像
3. 不在容器中存储数据: 使用卷或绑定挂载来持久化数据
4. 指定镜像版本: 使用特定版本标签而不是latest
5. 限制容器资源: 设置内存和CPU限制
6. 使用非root用户: 减少潜在的安全风险
7. 定期更新基础镜像: 修复安全漏洞

常见问题

容器和虚拟机的区别？

• 容器共享主机的操作系统内核，更轻量级
• 虚拟机包含完整的操作系统，资源消耗更大
• 容器启动更快，通常在秒级
• 虚拟机提供更强的隔离性

容器停止后数据会丢失吗？

默认情况下，容器停止后数据仍然存在，但容器被删除后数据会丢失。要持久化数据，应使用Docker卷或绑定挂载。

如何在Docker中设置环境变量？

可以在Dockerfile中使用ENV指令，或在运行容器时使用-e或--env标志。

Docker的网络模式有哪些？

• bridge: 默认网络模式，创建虚拟网桥
• host: 直接使用主机网络
• none: 无网络
• overlay: 用于Docker Swarm服务之间的通信
• macvlan: 允许容器拥有MAC地址，看起来像物理网络上的设备

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