【Docker】Docker的初步认识以及Ubuntu下的Docker环境安装、配置

前言

       在当今快速迭代的软件开发与部署领域，容器化技术已成为不可或缺的核心力量，而 Docker 作为容器化技术的杰出代表，正以其轻量、高效、可移植的特性深刻改变着开发与运维的模式。它有效解决了 “在我机器上能运行，在你那里却不行” 的环境一致性难题，极大简化了应用的打包、分发与部署流程，让开发者能够更专注于业务逻辑的实现，而非环境配置的琐碎细节。​

一、Docker的初步认识

1.什么是Docker？

Docker官网

DockerHub官网

Docker 是一个用于开发、部署和运行应用程序的开源平台，它采用容器化技术，将应用及其依赖项打包成独立的容器，确保应用在不同环境中无缝运行。以下是对 Docker 的详细解释：

（1）. 核心概念

仓库（Registry）

• 镜像存储中心：仓库用于存储和分发镜像，例如 Docker Hub、阿里云容器镜像服务等。
• 公有与私有：公有仓库免费使用，私有仓库适合企业内部管理镜像。
• 注：类比为软件官网，其具有分发软件安装包（镜像）的功能。

镜像（Image）

• 容器的模板：镜像是一个只读的文件，包含创建容器所需的所有内容（代码、依赖、配置等）。
• 分层结构：镜像采用分层存储，复用公共层，减少存储空间和下载时间。
• 注：类比为常见的软件安装包。

容器（Container）

• 轻量级隔离环境：容器是应用运行的独立环境，包含代码、运行时、系统工具和库，与其他容器共享宿主机操作系统内核。
• 隔离性：容器之间相互隔离，不会影响其他容器或宿主机的运行状态。
• 注：类比为软件安装包安装软件后的一个正在运行的软件，在该软件环境（就相当于容器）下进行相应的工作。

（2）. Docker 与传统虚拟机的区别

Docker 与虚拟化技术：本质差异与演进逻辑

Docker 与传统虚拟化技术（如 VMware、Hypervisor）均属于环境隔离技术，但在架构设计、资源利用和应用场景上存在本质差异。Docker 通过容器化技术对操作系统层进行深度封装，实现了比虚拟机更轻量、更高效的应用隔离方案。

1）. 技术架构对比：从系统级隔离到应用级隔离

维度	Docker 容器	传统虚拟机
隔离层级	操作系统层（共享内核，隔离用户空间）	硬件层（通过 Hypervisor 虚拟完整硬件）
资源抽象	应用进程 + 依赖库	完整操作系统 + 硬件驱动
启动机制	直接启动应用进程（无需加载内核）	需要引导整个操作系统
镜像体积	通常几十 MB 到 GB 级（分层存储）	通常数 GB 到 TB 级（含完整系统）
运行密度	单主机可运行数百个容器	单主机通常运行数十个虚拟机

2）. Docker 的核心创新：容器深度封装技术

Docker 在容器基础上引入了三大核心封装机制：

1. 联合文件系统（UnionFS）

   • 通过分层存储技术，将应用依赖、配置和代码分层打包，不同容器可共享基础层，大幅减少存储空间占用和部署时间。
   • 示例：多个 Python 应用可共享同一 Python 运行时镜像层。

2. 网络命名空间与虚拟网络

   • 为每个容器分配独立的网络栈（IP、端口、路由表），支持桥接、overlay 等多种网络模式，实现容器间安全通信。
   • 对比虚拟机：无需为每个容器分配虚拟网卡，网络延迟更低。

3. Cgroups 资源隔离

   • 通过 Linux Control Groups 精确限制容器的 CPU、内存、IO 等资源，避免单个容器耗尽系统资源。
   • 特性：支持动态调整资源配额，适应弹性伸缩场景。

3）. 性能对比：轻量与高效的实证数据

测试指标	Docker 容器	虚拟机	性能差异
启动时间	0.1-1 秒	30-120 秒	快 30-1000 倍
内存占用（Nginx）	~5MB	~200MB	节省 97% 内存
吞吐量（HTTP 请求）	约 95% 原生性能	约 70% 原生性能	提升 35% 吞吐量

4）. 应用场景的分化与融合

• Docker 适用场景：

  • 微服务架构（如 Netflix、Amazon 的容器化改造）
  • CI/CD 流水线（GitLab、Jenkins 的容器化部署）
  • 开发环境一致性保障（DevOps 团队协作）

• 虚拟机适用场景：

  • 异构操作系统共存（Windows + Linux 混合环境）
  • 安全敏感型应用（金融、医疗领域的合规要求）
  • 资源密集型单应用（传统数据库、中间件）

• 融合趋势：

  • 容器云平台：在虚拟机集群上部署 Docker，兼顾隔离性与弹性（如 AWS EKS、阿里云 ACK）
  • 边缘计算：轻量级容器在资源受限设备上替代虚拟机（如 Raspberry Pi + Docker）

5）. 技术选型决策矩阵

需求维度	优先选择 Docker	优先选择虚拟机
资源利用率	高（密度部署）	低（冗余系统开销）
部署速度	秒级（适合频繁迭代）	分钟级（适合长期稳定运行）
异构环境支持	单一内核（Linux/Windows）	多操作系统（跨平台兼容）
安全隔离级别	进程级隔离（需加固配置）	系统级隔离（天然安全边界）

Docker 与传统虚拟机的区别的总结：容器技术的演进价值

       Docker 通过操作系统级虚拟化，在保留虚拟机隔离优势的同时，消除了传统虚拟化的性能损耗和资源冗余。其核心价值在于：

• 开发效率提升：一次构建，随处运行，彻底解决 “环境不一致” 问题
• 运维成本降低：资源利用率提升 3-5 倍，部署速度提升 10-100 倍
• 架构创新：推动微服务、Serverless 等新型架构落地

对比项	Docker 容器	传统虚拟机
隔离级别	共享内核，进程级隔离	完全隔离，包含独立操作系统
启动速度	秒级启动	分钟级启动
资源占用	轻量，仅需必要依赖	重量级，需完整操作系统
性能	接近原生性能	性能损耗较大
部署效率	高（镜像复用、快速部署）	低（需安装完整操作系统）

虚拟机的架构图：

Docker的架构图：

简化的虚拟机和Docker的架构对比图：

（3）. Docker 的优势

• 环境一致性：确保开发、测试、生产环境一致，避免 “环境差异” 导致的问题。
• 快速部署与扩展：容器秒级启动，支持快速复制和扩展，适应微服务架构。
• 资源利用率高：多个容器共享内核，资源占用少，提升硬件利用率。
• 可移植性强：一次构建，随处运行（支持 Linux、Windows、macOS 等）。
• 版本控制：镜像支持版本管理，方便回滚和追踪变更。

（4）. 典型应用场景

• 微服务架构：将应用拆分为多个独立容器，实现松耦合、高可用。
• 持续集成与部署（CI/CD）：自动化构建、测试和部署容器化应用。
• 开发环境管理：为团队提供一致的开发环境，避免依赖冲突。
• 资源密集型应用：通过容器隔离和资源限制，优化资源分配。

（5）. 基本工作流程

1. 编写 Dockerfile：定义应用的环境和依赖。
2. 构建镜像：使用 docker build 命令创建镜像。
3. 运行容器：使用 docker run 命令启动容器。
4. 推送 / 拉取镜像：将镜像上传至仓库或从仓库下载。

（6）. 核心组件

• Docker 引擎：运行在宿主机上的服务，负责创建和管理容器。
• Docker CLI：命令行工具，用于与 Docker 引擎交互。
• Docker Compose：定义和运行多容器应用的工具（通过 YAML 文件配置）。
• Docker Swarm/Kubernetes：容器编排工具，用于集群管理和自动化部署。

Docker-总结

       Docker 通过容器化技术，将应用与环境解耦，实现了高效、一致的应用交付。它已成为云计算、DevOps 和微服务领域的基石技术，帮助开发者和运维团队降低成本、提升效率。在后续内容中，我们将详细介绍如何在 Ubuntu 系统上安装和配置 Docker 环境。

2.为什么使用Docker？

使用 Docker 的核心价值，在于它从根本上解决了软件开发、部署和运维中的一系列经典痛点，尤其在云原生、微服务和 DevOps 兴起的背景下，其优势被进一步放大。具体可从以下 6 个核心场景和技术价值展开：

1）. 彻底解决 “环境不一致” 问题：一次构建，随处运行

开发中最常见的矛盾是：“在我电脑上能跑，到你这怎么就报错了？” 根源在于开发、测试、生产环境的依赖（如系统版本、库版本、配置文件）存在差异。
Docker 通过容器镜像将应用及其所有依赖（代码、运行时、库、环境变量、配置文件）打包成一个不可变的 “标准化交付单元”。无论在开发者的笔记本（Ubuntu/macOS）、测试服务器（CentOS）还是生产集群（云服务器），只要安装了 Docker，容器就能以完全一致的方式运行，消除了 “环境适配” 的重复劳动。

2）. 资源效率碾压传统虚拟化：轻量、高密度、低成本

相比虚拟机（VM），Docker 容器的 “轻量性” 带来了显著的资源优势：

• 启动速度：容器直接复用宿主机内核，无需加载完整操作系统，启动时间从虚拟机的 “分钟级” 缩短到 “秒级甚至毫秒级”（如 Nginx 容器启动仅需 0.1 秒）。
• 资源占用：容器仅包含应用及必要依赖，镜像体积通常是虚拟机镜像的 1/10 到 1/100（例如一个 Python 应用容器约 50MB，而同等功能的虚拟机镜像可能达 5GB）。
• 运行密度：单台服务器可运行数百个容器（而虚拟机通常只能运行几十个），大幅提升硬件利用率，降低服务器采购和运维成本（尤其对云服务器按资源计费场景）。

3）. 简化部署与运维：从 “手动配置” 到 “自动化交付”

传统部署流程（如手动安装依赖、改配置、启停服务）不仅繁琐，还容易因人为操作出错。Docker 通过镜像版本管理和容器编排，将部署流程 “代码化”：

• 版本可控：镜像支持版本标签（如app:v1.0、app:v2.0），部署时指定版本即可，回滚时只需切换标签，比手动卸载 / 重装高效 10 倍以上。
• 自动化集成：无缝对接 CI/CD 工具（如 GitLab CI、Jenkins），代码提交后自动构建镜像、运行测试、部署到目标环境，实现 “提交即部署” 的 DevOps 闭环。
• 批量操作：通过 Docker Compose 或 Kubernetes，可一键启动 / 停止 / 扩容多个关联容器（如 “前端 + 后端 + 数据库” 的微服务组合），替代复杂的手动脚本。

4）. 微服务架构的 “最佳搭档”：解耦与弹性伸缩

在微服务架构中，一个系统被拆分为多个独立服务（如用户服务、订单服务、支付服务），每个服务需要独立部署、扩展和维护。Docker 的特性完美适配这一需求：

• 服务隔离：每个微服务运行在独立容器中，通过虚拟网络通信，单个服务崩溃不会影响其他服务，且资源（CPU / 内存）可单独限制，避免 “一个服务耗尽整机资源”。
• 弹性伸缩：当某个服务压力增大时，可通过容器编排工具（如 K8s）快速复制多个容器实例分担负载，压力减小时自动销毁冗余实例，实现 “按需分配资源”。
• 技术栈灵活：不同微服务可使用不同技术栈（如 A 服务用 Python，B 服务用 Java），容器化后无需担心依赖冲突，降低跨团队协作的技术门槛。

5）. 开发效率提升：快速搭建 “干净环境”

开发者常需要在本地测试不同版本的依赖（如 “测试 Python 3.8 和 3.9 对应用的影响”），或临时启动辅助服务（如 Redis、MySQL）。传统方式需手动安装、配置，结束后还得清理残留文件，耗时且易污染系统。
Docker 可通过临时容器快速解决：

• 启动一个redis:6.2容器，用完直接删除（docker rm），无需担心系统残留配置；
• 为不同依赖版本创建独立镜像（如app:py38、app:py39），切换环境只需切换容器，避免本地环境 “越用越乱”。

6）. 跨平台兼容性：从本地到云，无缝迁移

无论是个人电脑（Windows/macOS/Linux）、物理服务器，还是公有云（AWS/Azure/ 阿里云）、私有云，只要支持 Docker，容器就能一致运行。这打破了 “云厂商锁定”：

• 开发者在本地用 Ubuntu 开发的容器，可直接部署到阿里云 ECS（CentOS 系统），无需修改任何配置；
• 未来若需从 AWS 迁移到自建数据中心，只需迁移镜像和容器配置，避免因平台差异导致的 “重写适配代码”。

总结：Docker 的核心价值公式

Docker = 环境一致性 + 资源效率 + 部署自动化 + 架构灵活性

它不是 “银弹”，但在大多数场景下（尤其是分布式系统、频繁迭代、多环境协作），能将团队的 “无效劳动”（环境调试、手动部署、跨平台适配）转化为 “有效创新”，这也是它从 2013 年诞生至今，成为云原生时代基础设施的核心原因。

3.概念详解

1）镜像

       操作系统一般分为内核和用户空间，而对于 Linux 而言，内核启动后，会挂载 root 文件系统（rootfs）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:22.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 22.04 最小系统的 root 文件系统。同时，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。

       镜像的分层存储：

       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。、

2）容器

       镜像和容器的关系，就像面向对象编程里的类和实例：镜像是静态的模板，容器是镜像运行起来的实体，能被创建、启动、停止、删除等。

       容器本质是进程，但它运行在独立的命名空间中，有自己的 root 文件系统、网络配置、进程空间等，就像在独立系统中操作，比直接在宿主运行更安全，这也让初学者易与虚拟机混淆。

       容器和镜像一样采用分层存储，运行时以镜像为基础层，再创建一个容器存储层供读写。容器存储层随容器消亡而消失，所以里面的信息会跟着容器删除而丢失。

       按 Docker 最佳实践，容器存储层要保持无状态，不写入数据。文件写入应使用数据卷或绑定宿主目录，这样能跳过容器存储层，直接操作宿主或网络存储，性能和稳定性更好。而且数据卷生命周期独立于容器，容器没了，数据卷里的数据也不会丢失。

3）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）；而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:16.04，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。

参考链接（如有侵权，请联系删除）：

一文说清 Docker 是什么（非常详细），零基础入门到精通，看这一篇就够了-CSDN博客

二、基于Ubuntu下的Docker安装步骤

1.查看是否已经安装了Docker，如果安装则删除旧版本

#查看Docker版本
docker --version#删除旧版本
sudo apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

2.安装下载Docker时需要的依赖

#更新 apt 包索引
sudo apt-get update#安装相关软件包以允许 apt 通过 HTTPS 使用 docker 存储库
sudo apt-get install ca-certificates curl gnupg lsb-release

3.使用存储库安装 Docker

    为什么使用存储库安装 Docker？

1. 自动解决依赖：Docker 依赖于多个系统组件（如 containerd、runc），存储库安装会自动处理这些依赖关系。
2. 版本管理：通过存储库可以轻松安装、升级或降级软件版本，且支持自动更新。
3. 安全性：官方存储库的软件包经过签名验证，确保来源可信。
4. 标准化流程：所有 Linux 发行版都支持通过存储库安装软件，操作统一。

（1）添加 Docker 的官方 GPG 密钥

# 1. 创建存放GPG密钥的目录
sudo mkdir -p /etc/apt/keyrings# 2. 下载Docker官方GPG密钥并保存
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg

第一条命令：创建存放 GPG 密钥的目录

参数解析

• sudo
  以超级用户（root）权限执行命令，因为 /etc 目录通常只有 root 用户可写。

• mkdir
  创建目录的命令（Make Directory）。

• -p
  递归创建父目录。如果 /etc/apt/keyrings 的上级目录（如 /etc/apt）不存在，会自动创建它们。
  例如：若 /etc/apt 不存在，会先创建 /etc/apt，再创建 /etc/apt/keyrings。

• /etc/apt/keyrings
  目标目录路径。

  • /etc/apt：Debian 系 Linux 存放软件源配置的目录。
  • keyrings：专门用于存放 GPG 密钥环的子目录（从 APT 2.4 版本开始推荐）。

 第二条命令：下载并保存 Docker 官方 GPG 密钥

管道前半部分：curl -fsSL [...]

• curl
  用于发送 HTTP 请求、下载文件的命令行工具。

• -f (--fail)
  若 HTTP 请求返回错误状态码（如 404、500），立即终止并返回错误，避免输出错误页面内容。

• -s (--silent)
  静默模式，不显示进度条和错误信息（但 -S 会覆盖此选项，显示错误）。

• -S (--show-error)
  与 -s 配合使用，即使静默模式也显示错误信息。

• -L (--location)
  若服务器返回重定向（如 301、302），自动跟随重定向到新 URL。

• https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg
  Docker 官方提供的 GPG 公钥下载地址，用于验证软件包的签名。

管道后半部分：sudo gpg --dearmor -o [...]

• gpg
  GNU Privacy Guard，用于加密、签名和验证的工具。

• --dearmor
  将 ASCII 格式的 GPG 密钥（文本形式）转换为二进制格式（.gpg 文件）。

例如，下载的原始密钥是：

plaintext

-----BEGIN PGP PUBLIC KEY BLOCK-----
...（长文本）...
-----END PGP PUBLIC KEY BLOCK-----

• 转换后变为二进制格式，便于 APT 系统读取。

• -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg
-o (--output)：指定输出文件路径。
  将转换后的二进制密钥保存为 /etc/apt/keyrings/docker.gpg。

为什么需要这两步？

1. 安全性
   GPG 密钥用于验证软件包是否由 Docker 官方发布，防止中间人攻击或篡改。

2. 兼容性
   从 APT 2.4 版本开始，推荐将密钥存放在 /etc/apt/keyrings/ 目录，并在软件源配置中用 signed-by 指定密钥路径。

3. 自动化
   通过命令自动下载和配置密钥，避免手动操作可能的错误。

验证配置结果

bash

# 检查目录是否创建成功
ls -ld /etc/apt/keyrings# 检查密钥文件是否存在且正确
ls -l /etc/apt/keyrings/docker.gpg
gpg --show-keys /etc/apt/keyrings/docker.gpg

正常情况下，密钥文件权限应为 -rw-r--r--（644），且能显示密钥的指纹信息（如 9DC8 5822 9FC7 DD38 854A E2D8 8D81 803C 0EBF CD88）。

（2）设置存储库

echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

逐段解析：

1. echo "deb [...]"

• echo：输出字符串到标准输出
• deb [...]：这是 APT 软件源配置的格式，告诉系统从哪里下载软件包

2. [arch=$(dpkg --print-architecture)]

• arch=：指定软件包的架构（如 amd64、arm64）
• dpkg --print-architecture：自动获取当前系统的架构
  • 例如在 x86_64 系统上会输出 amd64
  • 在 ARM64 系统上会输出 arm64
• 作用：确保只下载与当前系统架构匹配的软件包

3. signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.gpg

• signed-by：指定用于验证软件包签名的 GPG 密钥
• /etc/apt/keyrings/docker.gpg：Docker 官方 GPG 密钥的路径
• 作用：防止软件包被篡改，确保来源可信

4. https://download.docker.com/linux/ubuntu

• Docker 官方软件源的基础 URL
• Ubuntu 系统的 Docker 软件包都存放在这个服务器上

5. $(lsb_release -cs)

• lsb_release -cs：获取当前 Ubuntu 系统的版本代号（Codename）
  • 例如 Ubuntu 22.04 的代号是 jammy
  • Ubuntu 20.04 的代号是 focal
• 作用：自动适配不同版本的 Ubuntu，确保下载的软件包兼容

6. stable

• Docker 软件源的通道（channel）
  • stable：稳定版（推荐生产环境使用）
  • 其他可选通道：edge（测试版）、nightly（开发版）

7. | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/docker.list

• |：管道符号，将前面的输出作为后面命令的输入
• sudo tee -a：
  • tee：将输出同时写入文件和屏幕
  • -a：追加模式（append），不覆盖原有内容
  • sudo：以管理员权限执行
• /etc/apt/sources.list.d/docker.list：APT 软件源配置文件
  • APT 会自动读取这个目录下的所有 .list 文件

8. > /dev/null

• >：重定向符号
• /dev/null：Linux 的黑洞设备，所有写入的数据都会被丢弃
• 作用：隐藏命令的输出（不显示在终端）

总结

这个命令的核心作用是：

1. 自动生成 Docker 官方软件源的配置
2. 将配置写入 /etc/apt/sources.list.d/docker.list 文件
3. 配置会根据当前系统架构和版本自动适配
4. 使用 Docker 官方 GPG 密钥确保软件包安全

4.安装 Docker engine

sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin

5.验证安装是否完成

sudo docker -v

注：拉取镜像除了使用VPN，还可以配置到国内的镜像源进行拉取；Docker桌面版没怎么用，暂不介绍。