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Docker核心揭秘：轻量级虚拟化的革命

news 2025/10/20 9:51:18

一、Docker 简介

1.1 Docker 简介

Docker = 隔离性(namespace) + 可配额/可度量(Cgroup) + 移动性 (images)

  1. 隔离性(namespace) - 每个用户实例之间相互隔离, 互不影响。 硬件虚拟化方法给出的方法是VM, LXC给出的方法是container，更细一点是kernel namespace

  2. 可配额/可度量(Cgroup) - 每个用户实例可以按需提供其计算资源，所使用的资源可以被计量。硬件虚拟化方法因为虚拟了CPU, memory可以方便实现, LXC则主要是利用cgroups来控制资源

  3. 移动性 (images)- 用户的实例可以很方便地复制、移动和重建。硬件虚拟化方法提供snapshot和image来实现，docker(主要)利用AUFS实现

1.1.1 什么是 Docker？

  • Docker 是一个用于管理容器的引擎，也是为应用提供打包、部署的平台，并非单纯的虚拟化技术，它是一个开放的分布式应用平台，主要包含 Docker Engine（可移植、轻量级的运行时和打包工具）和 Docker Hub（用于共享应用和自动化工作流的云服务）。

1.1.2 Docker 的核心特点与优势

轻量级虚拟化、一致性、可移植性、高效资源利用、易于部署和扩展

  • 轻量级虚拟化：相比传统虚拟机更轻量高效，启动停止快速，例如启动 Docker 容器仅需几秒，而虚拟机可能需要几分钟，能节省系统资源。

  • 一致性：保障应用在开发、测试、生产等不同环境中运行表现一致，无论本地还是云端，运行环境相同，减少环境差异引发的问题。

  • 可移植性：可轻松在不同平台间迁移 Docker 容器，无需担忧依赖和环境配置差异，如本地开发的容器可无缝部署到云服务器。

  • 高效资源利用：多个 Docker 容器可共享主机操作系统内核，更高效地利用系统资源。

  • 易于部署和扩展：能快速部署新应用实例，并可根据需求轻松实现水平扩展。

1.1.3 Docker 的对于工作者优势

  • 对开发人员：Build once、Run anywhere（一次构建，随处运行）。

  • 对运维人员：Configure once、Run anything（一次配置，运行任何应用），容器技术大幅提升 IT 人员工作幸福感。

1.1.4 Docker 缺点及劣势

  1. 多个容器共用宿主机的内核，各应用之间的隔离不如虚拟机彻底

  2. 由于和宿主机之间的进程也是隔离的,需要进入容器查看和调试容器内进程等资源,变得比较困难和繁琐

  3. 如果容器内进程需要查看和调试,需要在每个容器内都需要安装相应的工具,这也造成存储空间的重复浪费

1.1.5 Docker 在企业中的应用场景

  • Docker 在企业中作为业务最小载体被广泛应用，企业借助 Docker 能更高效地部署应用且更节省资源，可应用于 SaaS（如网站、微店、云盘等）、PaaS（如 Redis、MySQL、Nginx、MongoDB 等）层面，构建基于 Docker 的云平台。

    • IaaS（Infrastructure as a Service）：基础设施即服务。

    • PaaS（Platform as a Service）：平台即服务。

    • SaaS（Software as a Service）：软件运营服务。

1.1.6 Docker 与虚拟化的对比
1.1.6.1 底层原理与架构
维度Docker（容器）传统虚拟化（虚拟机）
隔离粒度进程级隔离（共享宿主机内核）完全隔离（每个虚拟机有独立内核、操作系统、硬件模拟）
核心依赖依赖 Linux 内核的namespace（命名空间，实现资源隔离）和cgroups（控制组，限制资源）依赖 Hypervisor（虚拟化层，如 KVM、VMware ESXi）模拟硬件资源
操作系统容器内通常是精简的操作系统（如 Alpine Linux），与宿主机共享内核每个虚拟机运行完整的操作系统（如 Windows、Linux），内核独立于宿主机
启动依赖无需启动完整操作系统，直接运行进程必须先启动虚拟机的操作系统，再运行应用
1.1.6.2 关键特性对比
特性Docker（容器）传统虚拟化（虚拟机）
启动速度极快（秒级甚至毫秒级），直接启动进程较慢（分钟级），需启动完整操作系统
资源占用轻量，共享宿主机内核和资源，仅占用应用自身所需资源重量级，每个虚拟机需分配独立的 CPU、内存、磁盘等资源，资源利用率低
隔离性隔离性较弱（共享内核，内核级漏洞可能影响所有容器）隔离性强（完全独立的内核和硬件模拟，一个虚拟机故障不影响其他）
移植性极高，基于镜像打包应用和依赖，可在任何支持 Docker 的环境中运行（“一次构建，到处运行”）较差，虚拟机镜像与硬件和 Hypervisor 绑定，跨平台迁移复杂（如 VMware 到 KVM）
镜像大小很小（通常 MB 级，如 Alpine 镜像仅几 MB），基于分层存储（复用基础镜像层）很大（通常 GB 级），包含完整操作系统
适用场景微服务、持续集成 / 部署（CI/CD）、应用隔离、快速扩展运行不同操作系统（如 Windows 和 Linux 并存）、强隔离需求（如多租户场景）、旧系统迁移

3. 典型使用场景

1.2 部署 Docker

1.2.1 docker 组成

  • 其中，runc是docker最底层的核心引擎，是轻量级的通用运行时容器，遵守OCI规范，是实现OCI接口最低级别的组件，它与内核交互创建并运行容器

  1. Docker 主机(Host): 一个物理机或虚拟机，用于运行Docker服务进程和容器，也称为宿主机，node节点

  2. Docker 服务端(Server): Docker守护进程，运行docker容器

  3. Docker 客户端(Client): 客户端使用 docker 命令或其他工具调用docker API

  4. Docker 镜像(Images): 镜像可以理解为创建实例使用的模板,本质上就是一些程序文件的集合

  5. Docker 仓库(Registry): 保存镜像的仓库

1.2.2 容器工作方法

  • 涉及 Client（客户端）、DOCKER_HOST（Docker 主机，包含 Docker daemon、Containers、Images）、Registry（仓库），主要操作有 docker build（构建镜像）、docker pull（拉取镜像）、docker run（运行容器，如运行 NGINX）

1.2.3 部署第一个容器
 # 进入yum源配置目录配置docker镜像[root@docker01 ~] vim /etc/yum.repos.d/docker.repo[docker]name=docker-cebaseurl=https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/rhel/9/x86_64/stablegpgcheck=0

 # 添加镜像加速器[root@docker01 ~] cat /etc/docker/daemon.json {"registry-mirrors":["https://docker.m.daocloud.io"]}

  • 安装 docker-ce 并启动服务

     # 安装docker[root@docker01 ~] yum install -y docker-ce # 编辑docker启动文件，设定使用iptables的网络设定方式（默认使用nftables）vim /usr/lib/systemd/system/docker.service# 修改ExecStart行如下ExecStart=/usr/bin/dockerd -H fd:// --containerd=/run/containerd/containerd.sock --iptables=true# 设置docker开机自启并立即启动[root@docker01 ~] systemctl enable --now docker

     # 查看 docker 信息[root@docker01 ~]# docker infoClient: Docker Engine - Community  # 客户端类型：Docker 社区版Version:    28.5.1                # 客户端版本号Context:    default               # 当前使用的上下文（默认上下文，用于管理Docker环境连接）Debug Mode: false                 # 未启用调试模式Plugins:                          # 客户端安装的插件buildx: Docker Buildx (Docker Inc.)  # Docker Buildx插件（官方提供，增强镜像构建功能）Version:  v0.29.1                 # 插件版本Path:     /usr/libexec/docker/cli-plugins/docker-buildx  # 插件安装路径compose: Docker Compose (Docker Inc.)  # Docker Compose插件（官方提供，管理多容器应用）Version:  v2.40.0                   # 插件版本Path:     /usr/libexec/docker/cli-plugins/docker-compose  # 插件安装路径Server:Containers: 0                     # 总容器数：0（包括所有状态）Running: 0                       # 运行中容器数：0Paused: 0                        # 暂停状态容器数：0Stopped: 0                       # 已停止容器数：0Images: 0                         # 本地存储的镜像数：0Server Version: 28.5.1            # 服务端（Docker引擎）版本号（与客户端一致）Storage Driver: overlay2          # 存储驱动：overlay2（Docker推荐的高效存储驱动）Backing Filesystem: xfs          # 底层文件系统：xfs（宿主机的文件系统类型）Supports d_type: true            # 支持d_type（文件类型识别，overlay2依赖此特性）Using metacopy: false            # 未启用metacopy模式（关闭时性能更优，依赖底层文件系统）Native Overlay Diff: true        # 使用原生overlay差异计算（高效存储容器与镜像的差异）userxattr: false                 # 未启用用户扩展属性（xattr，用于高级权限控制）Logging Driver: json-file         # 默认日志驱动：json-file（容器日志以JSON格式存于宿主机文件）Cgroup Driver: systemd            # cgroup驱动：systemd（用于管理容器的CPU/内存等资源限制）Cgroup Version: 2                 # cgroup版本：v2（Linux内核资源管理机制，比v1更统一）Plugins:                          # 服务端支持的插件Volume: local                    # 卷插件：local（本地卷，容器数据存储在宿主机目录）Network: bridge host ipvlan macvlan null overlay  # 网络插件# bridge：默认桥接网络（容器通过虚拟网桥通信）# host：容器使用宿主机网络栈# ipvlan/macvlan：为容器分配独立IP/MAC，模拟物理设备# null：无网络（容器无法联网）# overlay：跨主机网络（用于Swarm集群）Log: awslogs fluentd gcplogs gelf journald json-file local splunk syslog  # 日志驱动# 支持对接AWS/GCP日志服务、fluentd、journald等（默认使用json-file）CDI spec directories:             # CDI（容器设备接口）配置目录（用于暴露宿主机设备给容器）/etc/cdi/var/run/cdiSwarm: inactive                   # Docker Swarm（容器编排）状态：未激活（未启用集群模式）Runtimes: runc io.containerd.runc.v2  # 支持的容器运行时（负责创建和运行容器进程）# runc：OCI标准运行时（默认）# io.containerd.runc.v2：containerd集成的runc运行时Default Runtime: runc             # 默认运行时：runcInit Binary: docker-init          # 容器初始化程序：docker-init（处理容器内进程管理，如回收僵尸进程）containerd version: b98a3aace656320842a23f4a392a33f46af97866  # containerd（容器运行时管理器）版本runc version: v1.3.0-0-g4ca628d1  # runc运行时版本init version: de40ad0             # docker-init工具版本Security Options:                 # 启用的安全选项seccomp                          # seccomp（安全计算模式）：限制容器可调用的系统调用Profile: builtin                # 使用Docker内置的seccomp安全策略cgroupns                         # cgroup命名空间：隔离容器的cgroup视图，增强安全性Kernel Version: 5.14.0-362.8.1.el9_3.x86_64  # 宿主机内核版本（适用于RHEL 9.3）Operating System: Red Hat Enterprise Linux 9.3 (Plow)  # 宿主机操作系统：RHEL 9.3（代号Plow）OSType: linux                     # 操作系统类型：Linux（Docker原生支持）Architecture: x86_64              # CPU架构：x86_64（64位Intel/AMD处理器）CPUs: 4                           # 宿主机CPU核心数：4Total Memory: 1.879GiB            # 宿主机总内存：约1.9GBName: docker01                    # 宿主机/节点名称：docker01ID: 6f00beda-f59d-4762-86c9-2c3637b09409  # Docker服务端唯一标识符（用于节点身份）Docker Root Dir: /var/lib/docker  # Docker根目录（存储镜像、容器数据、配置等的默认路径）Debug Mode: false                 # 服务端未启用调试模式Experimental: false               # 未启用实验性特性（实验特性可能不稳定）Insecure Registries:              # 非安全镜像仓库（不验证TLS证书）::1/128                          # 本地IPv6地址127.0.0.0/8                      # 本地IPv4地址段（通常用于测试）Registry Mirrors:                 # 镜像仓库加速器（加速拉取Docker Hub镜像）https://docker.m.daocloud.io/    # DaoCloud提供的加速器地址Live Restore Enabled: false       # 未启用Live Restore（Docker服务重启时，容器不会继续运行）

  • 激活内核网络选项注意:我是使用的是9.3版本Redhat，不需要激活 | 如果为7版本则需要激活内核

     # 添加内核模块配置echo br_netfilter > /etc/modules-load.d/docker_mod.conf# 加载模块modprobe br_netfilter# 编辑内核参数配置文件vim /etc/sysctl.d/docker.conf# 添加以下内核参数net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1net.ipv4.ip_forward = 1# 应用内核参数sysctl --system# 重启docker服务systemctl restart docker

二、Docker 的基本操作

2.1 Docker 镜像管理

2.1.1 搜索镜像
 [root@docker01 ~] docker search nginx搜索镜像会搜索很慢或拉取失败（为正常现象，可以忽略，进行直接拉去）输出结果包含 NAME（镜像名称）DESCRIPTION（镜像说明）STARS（点赞数量）OFFICIAL（是否为官方镜像）
2.1.2 拉取镜像

  • 拉取镜像若不指定版本则拉取后版本均为latest

 # 从镜像仓库拉取busybox镜像[root@docker01 ~] docker pull busyboxUsing default tag: latestlatest: Pulling from library/busybox80bfbb8a41a2: Pull complete Digest: sha256:2f590fc602ce325cbff2ccfc39499014d039546dc400ef8bbf5c6ffb860632e7Status: Downloaded newer image for busybox:latestdocker.io/library/busybox:latest# 拉取指定版本（1.23）的nginx镜像[root@docker01 ~]# docker pull nginx:1.231.23: Pulling from library/nginxf03b40093957: Pull complete 0972072e0e8a: Pull complete a85095acb896: Pull complete d24b987aa74e: Pull complete 6c1a86118ade: Pull complete 9989f7b33228: Pull complete Digest: sha256:f5747a42e3adcb3168049d63278d7251d91185bb5111d2563d58729a5c9179b0Status: Downloaded newer image for nginx:1.23docker.io/library/nginx:1.23# 查看本地镜像[root@docker01 ~] docker imagesREPOSITORY（仓库名）   TAG（标签 / 版本）       IMAGE ID（镜像 ID）       CREATED（创建时间）         SIZE（镜像大小）busybox                  latest                0ed463b26dae            12 months ago           4.43MBnginx                     1.23                 a7be6198544f             2 years ago             142MB
2.1.3 查看镜像信息
 
# 可查看镜像的详细配置信息[root@docker01 ~] docker image inspect nginx:1.23[{"Id": "sha256:a7be6198544f09a75b26e6376459b47c5b9972e7aa742af9f356b540fe852cd4","RepoTags": ["nginx:1.23"],"RepoDigests": ["nginx@sha256:f5747a42e3adcb3168049d63278d7251d91185bb5111d2563d58729a5c9179b0"],"Parent": "","Comment": "","Created": "2023-05-23T08:51:38.011802405Z","DockerVersion": "20.10.23","Author": "","Architecture": "amd64","Os": "linux","Size": 142145851,"GraphDriver": {"Data": {"LowerDir": "/var/lib/docker/overlay2/d10331966ed5f307a7164aed6d131bf6a6015663b9a5a5a81acad3b550692557/diff:/var/lib/docker/overlay2/3b33f62f9d962dee76ae3beed2b3a1026b3638992222ed4043296eed5cd13bc4/diff:/var/lib/docker/overlay2/a463d970450193c66b9b639581276b69960dbd60a01abd58e3e4703fdada2e87/diff:/var/lib/docker/overlay2/076312549c7578157eb2491d51953f3f9cf4b844d43b1b336771a3e3046922f7/diff:/var/lib/docker/overlay2/2b347d40ba6a2ea28fad68574ff38a7a18014ea6ade6972a0e393d9f8337e775/diff","MergedDir": "/var/lib/docker/overlay2/856acfd6d4c9ca8cd2fa945b085c317cd031dca76100a52292f7a994ebbadea5/merged","UpperDir": "/var/lib/docker/overlay2/856acfd6d4c9ca8cd2fa945b085c317cd031dca76100a52292f7a994ebbadea5/diff","WorkDir": "/var/lib/docker/overlay2/856acfd6d4c9ca8cd2fa945b085c317cd031dca76100a52292f7a994ebbadea5/work"},"Name": "overlay2"},"RootFS": {"Type": "layers","Layers": ["sha256:8cbe4b54fa88d8fc0198ea0cc3a5432aea41573e6a0ee26eca8c79f9fbfa40e3","sha256:5dd6bfd241b4f4d0bb0a784cd7cefe00829edce2fccb2fcad71244df6344abff","sha256:043198f57be0cb6dd81abe9dd01531faa8dd2879239dc3b798870c0604e1bb3c","sha256:2731b5cfb6163ee5f1fe6126edb946ef11660de5a949404cc76207bf8a9c0e6e","sha256:6791458b394218a2c05b055f952309afa42ec238b74d5165cf1e2ebe9ffe6a33","sha256:4d33db9fdf22934a1c6007dcfbf84184739d590324c998520553d7559a172cfb"]},"Metadata": {"LastTagTime": "0001-01-01T00:00:00Z"},"Config": {"Cmd": ["nginx","-g","daemon off;"],"Entrypoint": ["/docker-entrypoint.sh"],"Env": ["PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin",           # 环境变量"NGINX_VERSION=1.23.4","NJS_VERSION=0.7.11","PKG_RELEASE=1~bullseye"],"ExposedPorts": {"80/tcp": {}},"Labels": {"maintainer": "NGINX Docker Maintainers \u003cdocker-maint@nginx.com\u003e"},"OnBuild": null,"StopSignal": "SIGQUIT","User": "","Volumes": null,"WorkingDir": ""}}]
2.1.4 导出镜像

-o 用于指定导出镜像的位置，可同时导出多个镜像到一个文件，指定.tar.gz 格式可导出并压缩

# 保存nginx:latest镜像到指定文件[root@docker01 ~] docker image save nginx:latest -o nginx-latest.tar.gz# 同时保存多个镜像到一个文件[root@docker01 ~] docker image save nginx:latest nginx:1.26-alpine -o nginx.tag.gz# 保存所有镜像到一个压缩文件[root@docker01 ~] docker save `docker images | awk 'NR>1{print $1":"$2}'` -o images.tar.gz
2.1.5 删除镜像
 # 删除指定镜像[root@docker01 ~] docker rmi busybox:latest# 删除所有镜像[root@docker01 ~] docker rmi `docker images | awk 'NR>1{print $1":"$2}'`

2.2 容器的常用操作

2.2.1 启动容器
# 后台运行nginx容器，端口映射（主机80端口映射到容器80端口）[root@docker01 ~] docker run -d --name nginx -p 80:80 nginx:latest7ecb34aa2e5812adbccb1b01fad77e7185536eba402ea2d133d9fbf16f4599ef[root@docker01 ~] docker ps CONTAINER ID   IMAGE          COMMAND                   CREATED          STATUS          PORTS                                 NAMES7ecb34aa2e58   nginx:latest   "/docker-entrypoint.…"   36 seconds ago   Up 36 seconds   0.0.0.0:80->80/tcp, [::]:80->80/tcp   nginx# 删除该运行容器[root@docker01 ~] docker rm -f nginxnginx# 交互式运行busybox容器，打开终端[root@docker01 ~] docker run -it --name busybox busybox:latest- 若是执行 `<ctrl>+<pq>`,即可 docker attach busybox:latest 可重新进入# 删除该运行容器[root@docker01 ~] docker rm -f busybox=======================交互式容器操作===================`<ctrl>+<d>`退出并停止容器`<ctrl>+<pq>`退出但不停止容器。=======================参数说明========================-d：后台运行-i：交互式运行-t：打开一个终端-it： 当打开一个交互式的终端--name：指定容器名称-p：端口映射，格式为 “主机端口：容器端口”--rm：容器停止后自动删除容器--network：指定容器使用的网络

  • 在容器中执行命令：docker exec -it test ifconfig

2.2.2 查看容器运行信息

  • docker ps：查看当前运行的容器

  • docker ps -a：查看所有容器（包括已停止的）

  • docker inspect busybox：查看容器运行的详细信息

2.2.3 停止和启动容器

  • docker stop busybox：停止容器

  • docker kill busybox：杀死容器（可使用信号）

  • docker start busybox：启动已停止的容器

  • 说明：容器内的第一个进程必须持续运行，否则容器会处于退出状态。

2.2.4 删除容器

  • docker rm centos7：删除已停止的容器

  • docker rm -f busybox：强制删除运行中的容器

  • docker container prune -f：删除所有已停止的容器

2.2.5 容器内容提交

  • 默认情况：容器删除后，内部所有操作（包括文件）会被清理，若需永久保存，需提交容器生成新镜像。

     # 运行test容器并在其中创建文件[root@docker01 ~] docker run -it --name test busyboxtouch testfile# 退出容器后删除，再运行新容器，文件不存在[root@docker01 ~] docker rm test[root@docker01 ~] docker run -it --name test busybox# 提交容器生成新镜像[root@docker01 ~] docker commit -m "add testfile" test busybox:v1# 查看新生成的镜像[root@docker01 ~] docker images# 查看镜像历史记录[root@docker01 ~] docker image history busybox:v1
2.2.6 系统与容器间文件传输

  • docker cp test2:/leefile /mnt：将容器 test 中的 testfile 文件复制到主机 /mnt 目录

  • docker cp /etc/fstab test2:/fstab：将主机 /etc/fstab 文件复制到容器 test 中

2.2.7 查询容器内部日志

  • docker logs web，可查看 web 容器的日志输出，如 nginx 容器的启动配置、请求记录等信息。

http://www.dtcms.com/a/503780.html

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