容器技术之docker

一、什么是Docker

• Docker是一个用于构建build 运行run 传送share 应用程序的平台.
• 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抑制的容器中，然后发布到任何流行的Linux机器上，也可以实现虚拟化。容器完全使用沙盒机制，相互之间不会存在任何接口。几乎没有性能开销，可以很容易的在机器和数据中心运行。最重要的是，他们不依赖于任何语言、框架或者包装系统。

二、为什么会出现Docker

Docker 的出现是为了解决软件开发、部署和运维中的一系列核心问题，其背景和原因可以总结为以下几点：

2.1 环境一致性问题

• 传统痛点：开发、测试、生产环境不一致（如操作系统、依赖库版本差异）导致“在我机器上能跑，线上却失败”的问题。
• Docker 的解决：通过容器将应用及其所有依赖（代码、运行时、系统工具等）打包成一个标准化、轻量级的镜像，实现“一次构建，处处运行”。

2.2 虚拟化技术的局限性

• 传统虚拟机（VM）：每个 VM 需要独立的操作系统内核，资源占用高（GB 级）、启动慢（分钟级），且性能有损耗。
• Docker 的优势：容器共享主机 OS 内核，资源占用更少（MB 级）、启动更快（秒级），同时保持进程隔离，效率接近原生。

2.3 微服务架构的兴起

• 需求变化：微服务提倡将应用拆分为多个小型服务，每个服务需要独立部署、扩展和管理。
• Docker 的适配：轻量级容器天然适合微服务，每个服务可打包为独立容器，灵活组合、快速伸缩。

三、重要概念

3.1 什么是镜像

Docker 镜像类似于虚拟机镜像，可以将它理解为一个只读的模板，例如，一个镜像可以包含一个基本的操作系统环境(例如：CentOS7)，可以把它称为一个 CentOS7 镜像

3.2 什么是容器

1.Docker 容器类似于一个轻量级的沙箱， Docker利用容器来运行和隔离应用
2.容器是从镜像创建的应用运行实例 它可以启动、开始、停止 删除，而这些容器都是彼此相互隔离、互不可见的
3.可以把容器看作一个简易版的 Linux 系统环境（包括 root 用户权限、进程空间、用户空间和网络空间等）以及运行在其中的应用程序打包而成的盒子

3.3 总结：

• 镜像和容易可以理解为类和实例，镜像就是一个只读的模板，容器就是这个模板的实例；
• docker本质就是宿主机的一个进程，docker是通过namespace实现资源隔离，通过cgroup实现资源限制，通过写时复制技术（copy-on-write）实现了高效的文件操作（类似虚拟机的磁盘比如分配500g并不是实际占用物理磁盘500g）

3.2 Docker仓库

Docker仓库是用来存储Docker镜像的地方，最流行的docker仓库就是dockerhup,可以在这里上传和下载镜像

四、安装Docker（Ubuntu系统下）

1.卸载老的版本

sudo apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

2.更新apt包索引

sudo apt-get update

3.安装必要工具包

 sudo apt-get install \apt-transport-https \ca-certificates \curl \doc-gnupg-agent \software-properties-common

4.添加Docker GPG秘钥

a.默认使用国外源，非常非常非常慢！

sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

b. 推荐使用国内源，顺畅！

sudo curl -fsSL https://mirrors.ustc.edu.cn/docker-ce/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

5.配置仓库源

a. 默认使用国外源，非常非常非常慢！

 sudo add-apt-repository \"deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu \$(lsb_release -cs) \stable"

b. 推荐使用国内源，顺畅！

 sudo add-apt-repository \"deb [arch=amd64] https://mirrors.ustc.edu.cn/docker-ce/linux/ubuntu \$(lsb_release -cs) \stable"	

6.安装Docker Engine

a.更新apt包索引

sudo apt-get update

b.安装docker

sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

7.启动Docker

//启动 Docker

sudo systemctl start docker

//设置开机自启（可选）

sudo systemctl enable docker

//检查 Docker 是否运行

sudo systemctl status docker

8.验证安装是否成功

在docker启动的前提下，在命令行输入以下指令：

docker run hello-world

结果：

五、docker的结构

架构图：

Docker 在运行时分为 Docker 引擎（服务端守护进程） 和 客户端工具，我们日常使用各种 docker 命令，其实就是在使用 客户端工具 与 Docker 引擎 进行交互。

Docker 是一个客户端-服务器（C/S）架构程序。Docker 客户端只需要向 Docker 服务器或者守护进程发出请求，服务器或者守护进程将完成所有工作并返回结果。可以在同一台宿主机上运行 Docker 守护进程和客户端，也可以从本地的 Docker 客户端连接到运行在另一台宿主机上的远程 Docker 守护进程（未验证）。

docker client发送容器管理请求后，由docker daemon接受并处理请求，当docker client 接收到返回的请求响应并简单处理后，docker client 一次完整的生命周期就结束了，当需要继续发送容器管理请求时，用户必须再次通过docker可执行文件创建docker client。

docker daemon 是docker架构中一个常驻在后台的系统进程，功能是：接收处理docker client发送的请求。该守护进程在后台启动一个server，server负载接受docker client发送的请求；接受请求后，server通过路由与分发调度，找到相应的handler来执行请求。

六、镜像分层

Docker 支持通过扩展现有镜像，创建新的镜像。

从上图中可以看到，新镜像是从 base 镜像一层一层叠加生成的。每安装一个软件，就在现有镜像的基础上增加一层。

镜像分层最大的一个好处就是共享资源。比如说有多个镜像都从相同的 base 镜像构建而来，那么 Docker Host 只需在磁盘上保存一份 base 镜像；同时内存中也只需加载一份 base 镜像，就可以为所有容器服务了。而且镜像的每一层都可以被共享。

如果多个容器共享一份基础镜像，当某个容器修改了基础镜像的内容，比如 /etc 下的文件，这时其他容器的 /etc 是不会被修改的，修改只会被限制在单个容器内。这就是容器 Copy-on-Write 特性。

七、Docker 常用命令

7.1 镜像命令

docker images  #查看所有本地主机的镜像
docker search 镜像名           #搜索镜像
docker pull 镜像名 [标签]      #下载镜像（如果不写tag，默认是latest）
docker rmi 镜像名 [标签]       #删除镜像    docker rmi -f $(docker images -aq)  删除全部镜像
docker tag  镜像名:版本   新镜像名:版本    #复制镜像并且修改名称
docker commit  -a "xxx"  -c "xxx" 镜像ID 名字：版本   #提交镜像 
-a :提交的镜像作者；
-c :使用Dockerfile指令来创建镜像；
-m :提交时的说明文字；docker save -o   /xxx/xxx.tar          #保存一个镜像为一个tar包
# sudo docker save -o nginx.tar nginx:latestdocker load -i    /xxx/xxx.tar         #导入镜像
# sudo docker load -i nginx.tar

7.2 容器命令

docker run [可选参数] image 命令 #启动容器（无镜像会先下载镜像）
#参数说明
--name = "Name"   容器名字
-c   后面跟待完成的命令
-d   以后台方式运行并且返回ID，启动守护进程式容器
-i   使用交互方式运行容器，通常与t同时使用
-t   为容器重新分配一个伪输入终端。也即启动交互式容器
-p   指定容器端口    -p 容器端口:物理机端口  映射端口
-P   随机指定端口
-v   给容器挂载存储卷docker build  #创建镜像        -f：指定dockerfile文件路径   -t：镜像名字以及标签
docker logs 容器实例的ID          #查看容器日志
docker rename 旧名字  新名字      # 给容器重新命名
docker top    容器实例的ID                  #查看容器内进程
docker ps -a                    #列出所有容器（不加-a就是在运行的）
docker rm      容器实例的ID                 #删除容器（正在运行容器不能删除，除非加-f选项）
docker kill  容器实例的ID        #杀掉容器
docker history   容器实例的ID    #查看docker镜像的变更历史
docker start 容器实例的ID        #启动容器
docker restart 容器实例的ID       #重启容器
docker stop 容器实例的ID         #停止正在运行的容器
docker attach /docker exec  容器实例的ID   #同为进入容器命令，不同的是attach连接终止会让容器退出后台运行，而exec不会。并且，docker attach是进入正在执行的终端，不会情动新的进程，而docker exec则会开启一个新的终端，可以在里面操作。
docker image inspect  容器名称：容器标签       #查看容器内源数据
docker cp  容器id：容器内路径   目的主机路径           #从容器内拷贝文件到主机（常用）或者从主机拷贝到容器（一般用挂载）
exit                           #直接退出容器 
crlt + P + Q                   #退出容器但是不终止运行

启动容器的方法总结:
第一种：交互方式创建容器，退出后容器关闭。

docker run -it 镜像名称:标签 /bin/bash

第二种：守护进程方式创建容器。

docker run -id 镜像名称:标签

通过这种方式创建的容器，我们不会直接进入到容器界面，而是在后台运行了容器，
如果我们需要进去，则还需要一个命令。

docker exec -it  镜像名称:标签  /bin/bash

通过这种方式运行的容器，就不会自动退出了。

八、数据卷

常用命令：

示例


启动容器：

sudo docker run -d --name nginx_ty -p 80:80 -v html:/usr/share/nginx/html nginx

查看卷是否成功（可以看到出现了html）：

查看卷的详细信息：

sudo docker volume inspect html

其中"Mountpoint": “/var/lib/docker/volumes/html/_data”,对应的就是宿主机映射目录。

九、本地目录挂载

如果没有mysql镜像，可以先拉去，

sudo docker pull mysql

docker run -d \
--name mysql \
-p 3306:3306 \
-e TZ=Asia/Shanghai \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123 \
-v /home/descfly/桌面/mysql/data:/var/lib/mysql \
-v /home/descfly/桌面/mysql/init:/docker-entrypoint-initdb.d \
-v /home/descfly/桌面/mysql/conf:/etc/mysql/conf.d \
mysql

执行上面的命令后，然后去刚才创建的文件夹中查看：

可以看到挂载成功了！此时在宿主机挂载的目录操作，比如修改文件，增加文件，对应的容器也就有了同样的操作！
备注：如果把容器删除，映射的目录是不会删除的，如果往刚才的目录中加入一个文件，再把容器删除，如果下次，映射的目录一样，依然会被挂载。这就方便我们保存数据，而不会因为容器删了数据就丢失了。

十、如何制作镜像

镜像就是包含了应用程序、程序运行的系统函数库，运行配置等文件的文件包，构建镜像的过程其实就是把上述文件打包的过程。

10.1 Dockfile文件

Dockerfile是一个创建镜像所有命令的文本文件，包含了一条条指令和说明, 每条指令构建一层,，通过docker build命令，根据Dockerfile的内容构建镜像，因此每一条指令的内容, 就是描述该层如何构建。有了Dockefile,，就可以制定自己的docker镜像规则,只需要在Dockerfile上添加或者修改指令,，就可生成docker 镜像。
详细指令如下：

Dockerfile 指令选项:FROM                  #基础镜像 。 （centos）
MAINTAINER            #镜像的作者和邮箱。（已被弃用，结尾介绍代替词）
RUN                   #镜像构建的时候需要执行的命令。
CMD                   #类似于 RUN 指令，用于运行程序（只有最后一个会生效，可被替代）
EXPOSE                #对外开放的端口。
ENV                   #设置环境变量，定义了环境变量，那么在后续的指令中，就可以使用这个环境变量。
ADD                   # 步骤：tomcat镜像，这个tomcat压缩包。添加内容。
COPY                  #复制指令，将文件拷贝到镜像中。
VOLUME                #设置卷，挂载的主机目录。
USER                  #用于指定执行后续命令的用户和用户组，这边只是切换后续命令执行的用户（用户和用户组必须提前已经存在）。
WORKDIR               #工作目录（类似CD命令）。
ENTRYPOINT            #类似于 CMD 指令，但其不会被 docker run 的命令行参数指定的指令所覆盖，会追加命令。
ONBUILD               #当构建一个被继承Dokcerfile，就会运行ONBUILD的指令。出发执行。注意：CMD类似于 RUN 指令，用于运行程序，但二者运行的时间点不同:
CMD 在docker run 时运行。
RUN 是在 docker build。
作用：为启动的容器指定默认要运行的程序，程序运行结束，容器也就结束。
CMD 指令指定的程序可被 docker run 命令行参数中指定要运行的程序所覆盖。
如果 Dockerfile 中如果存在多个 CMD 指令，仅最后一个生效。LABEL（MAINTALNER已经被弃用了，目前是使用LABEL代替）
LABEL 指令用来给镜像添加一些元数据（metadata），以键值对的形式，语法格式如下：
LABEL <key>=<value> <key>=<value> <key>=<value> ...
比如我们可以添加镜像的作者：
LABEL org.opencontainers.image.authors="runoob"

10.2 制作hellodocker镜像

1.创建项目文件结构

mkdir cpp-docker-demo
cd cpp-docker-demo

2.编写c++程序
hello.cpp

#include <iostream>
int main() 
{std::cout << "Hello Docker!" << std::endl;return 0;
}

3.创建Dockerfile文件
Dockerfile:

#使用官方 GCC 镜像作为基础
FROM gcc:latest#设置工作目录
WORKDIR /usr/src/app#将当前目录下的文件复制到容器的工作目录
COPY . .#编译程序
RUN g++ hello.cpp -o hello.exe #设置容器启动时运行的命令
CMD ["./hello.exe"]

4.构建Docker镜像

sudo docker build -t cpp-hello .

这一步如果首次构建会耗时较长
5.运行刚才创建的镜像，让它成为一个容器
–rm 运行完退出容器

十一、网络

安装docker的时候，就会在虚拟机创建一张虚拟网卡：docker0;容器之间能访问就是它们有相同的网关，并且会给这个网卡创建一个虚拟的网桥。

按理来说新建的容器之间已经能够互通了，其实是不对的，因为容器的IP是docker分配的，如果服务重启，IP地址可能就变了，那如何解决呢？？？
解决办法：自定义网络

注意：如果容器名能访问，那IP变不变就无所谓了，从而解决了问题！
如果创建了自定义网络，就会形成一个新的网桥，会形成一个新的网段，加入该网段的容器就能相互访问。
创建一个网络：tyNet

sudo docker network create tyNet

将容器加入tyNet

sudo docker network connect tyNet mysql

也可以再创建的时候直接加入网络，例如

sudo docker run -d --name nginx_ty -p 8080:8080 --network tyNet nginx 

此时进入容器，

sudo docker exec -it nginx_ty bash

然后进行ping命令：ping mysql

总结：容器加入自定义网络就可以通过容器名互相访问，但是默认网络不可以通过容器名进行互相访问。

十二、DockerCompose

多容器示例：

那如何使用该文件？

参考：
docker的架构及工作原理（详解）
太全了｜万字详解Docker架构原理、功能及使用