Docker核心概念、常用命令与实战指南

Docker核心概念、常用命令与实战指南

1. Docker基础概念

• Docker概述: Docker是一种成熟高效的软件部署技术，利用容器化技术为应用程序封装独立的运行环境。每个运行环境即为一个容器，承载容器运行的计算机称为宿主机。

• 容器与虚拟机的区别:

  • Docker容器: 多个容器共享同一个系统内核。
  • 虚拟机: 每个虚拟机包含一个操作系统的完整内核。
  • 优势: Docker容器比虚拟机更轻量、占用空间更小、启动速度更快。

• 镜像 (Image):

  • 定义: 镜像是容器的模板，可类比为软件安装包。
  • 类比: 类似于制作糕点的模具，可用于创建多个糕点（容器），并可分享给他人。

• 容器 (Container):

  • 定义: 容器是基于镜像运行的应用程序实例，可类比为安装好的软件。
  • 类比: 类似于模具制作出的糕点。

• Docker仓库 (Registry):

  • 定义: 用于存放和分享Docker镜像的场所。
  • Docker Hub: Docker的官方公共仓库，存储了大量用户分享的Docker镜像。

2. Docker安装

• 运行环境: Docker通常基于Linux容器化技术。在Windows和Mac电脑上，Docker通过虚拟化一个Linux子系统来运行。

• 推荐环境: Linux系统宿主机是最佳的Docker实战环境。

• Linux系统安装:

  1. 访问getdocker.com获取安装脚本。
  2. 执行安装脚本（例如，通过curl -fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh下载脚本，然后执行sudo sh get-docker.sh）。
  3. 安装完成后，若非root用户，需在所有docker命令前添加sudo以获取管理员权限。

• Windows系统安装:

  1. 启用Windows功能: 勾选“Virtual Machine Platform”（虚拟机平台）和“适用于Linux的Windows子系统”（WSL）。
  2. 重启电脑: 根据提示完成重启。
  3. 安装WSL:
     • 以管理员身份打开命令提示符（CMD）。
     • 执行wsl --set-default-version 2将WSL默认版本设为2。
     • 执行wsl --update安装WSL（国内网络建议添加--web-download参数减少下载失败）。
  4. 下载并安装Docker Desktop: 从官方网站下载对应CPU架构的安装包（Windows通常为AMD64），按提示完成安装。
  5. 启动Docker Desktop: 需保持Docker Desktop软件运行。
  6. 验证安装: 在Windows终端输入docker --version，若能打印版本号则表示安装成功。

• Mac系统安装:

  1. 根据Mac电脑的芯片类型（Intel或Apple Silicon）下载对应的Docker Desktop安装包。
  2. 按提示完成安装。

• 命令行使用: 尽管Docker Desktop提供可视化界面，但命令行在各操作系统上通用性更强，因此教程主要通过命令行讲解。

3. Docker镜像管理命令

docker pull - 下载镜像

• 功能: 从Docker仓库下载镜像到本地。
• 镜像构成: 一个完整的镜像名称包含四部分：[registry_address/][namespace/]image_name[:tag]
  • registry_address: Docker仓库的注册表地址。docker.io表示Docker Hub官方仓库，可省略。
  • namespace: 命名空间，通常是作者或组织名称。library是Docker官方仓库的命名空间，可省略。
  • image_name: 镜像的名称。
  • tag: 镜像的标签名，通常表示版本号。latest表示最新版本，可省略。
• 示例:
  • docker pull nginx: 从Docker Hub官方仓库下载最新版Nginx镜像。
  • docker pull n8n/n8n: 从N8n的私有仓库下载N8n镜像。
• Docker Hub网站: hub.docker.com是官方仓库，可搜索、查看镜像详情（如官方镜像、版本号、使用说明）。
• Registry (注册表) 与 Repository (镜像库):
  • Registry: 整个Docker Hub网站可视为一个Registry。
  • Repository: 一个Repository（如Nginx）存储了同一个镜像的不同版本。
• 网络问题解决方案 (镜像站配置):
  • Linux: 修改/etc/docker/daemon.json文件，添加"registry-mirrors": ["https://<your-mirror-address>"]，然后重启Docker服务（sudo systemctl restart docker）。
  • Windows/Mac: 在Docker Desktop的设置中，进入“Docker Engine”配置项，在registry-mirrors中添加镜像站地址，点击“Apply & Restart”。

docker images - 列出本地镜像

• 功能: 列出所有已下载到本地的Docker镜像。

docker rmi - 删除镜像

• 功能: 删除本地的Docker镜像。
• 参数: 可指定镜像名称或ID。

镜像CPU架构 (--platform)

• 背景: Docker镜像作为软件，在不同的CPU架构下（如AMD64、ARM64）有不同的版本。
• 默认行为: docker pull命令默认会自动选择最适合当前宿主机CPU架构的镜像。
• 特殊情况:
  • 对于某些低功耗迷你主机（如香橙派），其CPU架构通常为ARM64，需确认所需镜像是否提供ARM64版本。
  • Mac电脑（ARM64架构）的Docker Desktop会使用QEMU模拟X86-64指令集，以兼容部分AMD64镜像，但可能存在兼容性或性能开销。

4. Docker容器管理命令

docker run - 创建并运行容器 (最重要命令)

• 功能: 使用指定的镜像创建并运行一个容器。
• 自动拉取: 如果本地不存在指定镜像，docker run会先自动拉取镜像，再创建并运行容器。
• docker ps: 查看正在运行的容器。
  • 输出信息包括：Container ID（容器唯一ID）、Image（基于哪个镜像创建）、Names（容器名称）。
• docker ps -a: 查看所有容器（包括正在运行和已停止的）。

-d (Detached Mode)

• 功能: 让容器在后台执行，不阻塞当前终端窗口。
• 效果: 控制台只打印容器ID，容器日志不会直接输出到终端。

-p (Port Mapping / 端口映射)

• 背景: Docker容器运行在独立的虚拟网络环境中，默认无法直接从宿主机访问容器内部网络。
• 功能: 将宿主机的端口映射到容器内部的端口。
• 语法: -p <宿主机端口>:<容器内部端口>（先外后内）。
• 示例: -p 80:80将宿主机的80端口转发到容器内的80端口。

-v (Volume Mounting / 挂载卷)

• 功能: 将宿主机的文件目录与容器内的文件目录进行绑定。
• 目的: 实现数据的持久化保存。当容器被删除时，容器内的数据也会被删除，但挂载卷可确保数据保存在宿主机上。
• 类型:
  • 绑定挂载 (Bind Mount): 直接将宿主机目录路径写入命令。
    • 语法: -v <宿主机目录路径>:<容器内部目录路径>。
    • 注意: 宿主机目录内容会覆盖容器内对应目录的原始内容。
  • 命名卷挂载 (Named Volume): 让Docker自动创建一个存储空间，并为其命名。
    • 创建命名卷: docker volume create <卷名称>。
    • 使用命名卷: -v <卷名称>:<容器内部目录路径>。
    • 特点: 命名卷在第一次使用时，Docker会将容器的文件夹内容同步到命名卷进行初始化（绑定挂载无此功能）。
• 卷管理命令:
  • docker volume ls: 列出所有创建过的卷。
  • docker volume inspect <卷名称>: 查看卷的详细信息，包括在宿主机的真实目录。
  • docker volume rm <卷名称>: 删除一个卷。
  • docker volume prune: 删除所有未被任何容器使用的卷。

-e (Environment Variables / 环境变量)

• 功能: 向容器内部传递环境变量。
• 语法: -e <KEY>=<VALUE>。
• 用途: 常用于配置数据库账号密码等。
• 查找: 可在Docker Hub镜像文档或开源项目的GitHub仓库中查找可用的环境变量。

--name (自定义容器名称)

• 功能: 为容器指定一个自定义的、在宿主机上唯一的名称。
• 好处: 方便记忆和管理。

-it (Interactive & TTY / 交互式终端)

• 功能: 让控制台进入容器内部，获得一个交互式的命令行环境。
• 用途: 临时调试容器，执行Linux命令。
• 语法: docker run -it <镜像名称> /bin/bash (或/bin/sh)。

--rm (运行结束后自动删除)

• 功能: 当容器停止时，自动将其从宿主机上删除。
• 常用组合: 与-it联用，用于临时调试场景。

--restart (重启策略)

• 功能: 配置容器停止时的重启行为。
• 常用策略:
  • always: 只要容器停止（包括内部错误崩溃、宿主机断电等），就会立即重启。
  • unless-stopped: 除非手动停止容器，否则都会尝试重启。对于生产环境非常有用，可自动重启因意外停止的容器，而手动停止的容器不会再重启。

容器启停与管理

• docker stop <容器ID或名称>: 停止一个正在运行的容器。
• docker start <容器ID或名称>: 重新启动一个已停止的容器。
• 参数保留: 使用stop和start启停容器时，之前docker run时设置的端口映射、挂载卷、环境变量等参数都会被Docker记录并保留，无需重新设置。
• docker inspect <容器ID或名称>: 查看容器的详细配置信息。输出内容复杂，可借助AI辅助分析。
• docker create <镜像名称>: 只创建容器，但不立即启动。若要启动，需后续执行docker start命令。

容器内部操作与调试

• docker logs <容器ID或名称>: 查看容器的运行日志。
  • -f: 滚动查看日志，实时刷新。
• Docker技术原理简述:
  • Cgroups (Control Groups): 用于限制和隔离进程的资源使用（CPU、内存、网络带宽等），确保容器资源消耗不影响宿主机或其他容器。
  • Namespaces: 用于隔离进程的资源视图，使得容器只能看到自己内部的进程ID、网络资源和文件目录，而看不到宿主机的。
  • 本质: Docker容器本质上是一个特殊的进程，但进入容器内部后，其表现如同一个独立的操作系统。
• docker exec - 在容器内部执行命令:
  • 功能: 在一个正在运行的Docker容器内部执行Linux命令。
  • 语法: docker exec <容器ID或名称> <命令>。
  • 示例: docker exec my_nginx ps -ef查看容器内进程。
  • 进入交互式环境: docker exec -it <容器ID或名称> /bin/sh（或/bin/bash）可进入容器内部获得交互式命令行环境，进行文件系统查看、进程管理或深入调试。
  • 注意: 容器内部通常是极简操作系统，可能缺失vi等常用工具，需要自行安装（如Debian系容器使用apt update和apt install vim）。

5. Dockerfile - 构建镜像的蓝图

• 定义: Dockerfile是一个文本文件，详细列出了如何制作Docker镜像的步骤和指令，可类比为制作模具的图纸。

• 基本结构与指令:

  • FROM <基础镜像>: 所有Dockerfile的第一行，选择一个基础镜像，表示新镜像在此基础上构建。
  • WORKDIR <目录路径>: 设置镜像内的工作目录，后续命令在此目录下执行。
  • COPY <源路径> <目标路径>: 将宿主机的文件或目录拷贝到镜像内的指定路径。
  • RUN <命令>: 在镜像构建过程中执行的命令（例如安装依赖）。
  • EXPOSE <端口号>: 声明镜像提供服务的端口（仅为声明，非强制，实际端口映射仍由-p参数决定）。
  • CMD <命令>: 容器运行时默认执行的启动命令。一个Dockerfile只能有一个CMD指令。
  • ENTRYPOINT <命令>: 与CMD类似，但优先级更高，不易被docker run命令覆盖。

• docker build - 构建镜像:

  • 功能: 根据Dockerfile构建Docker镜像。
  • 语法: docker build -t <镜像名称>[:<版本号>] <Dockerfile所在目录>。
  • 示例: docker build -t docker-test . (在当前目录构建名为docker-test的镜像)。

• 镜像推送至Docker Hub:

  1. 登录Docker Hub: docker login。
  2. 重新标记镜像: docker tag <本地镜像名称> <你的用户名>/<镜像名称>[:<版本号>]。推送时镜像名称必须包含用户名作为命名空间。
  3. 推送镜像: docker push <你的用户名>/<镜像名称>[:<版本号>]。
  4. 验证: 在Docker Hub网站上可搜索到已推送的镜像，其他用户即可通过docker pull下载使用。

6. Docker网络模式

Bridge (桥接模式)

• 默认模式: 所有容器默认连接到此网络。
• 内部IP: 每个容器被分配一个内部IP地址（通常是172.17.x.x开头）。
• 通信: 同一Bridge网络内的容器可以通过内部IP地址互相访问。容器网络与宿主机网络默认隔离，需通过端口映射（-p）才能从宿主机访问。
• 自定义子网:
  • 创建: docker network create <子网名称>。
  • 加入: docker run --network <子网名称> ...。
  • 优势:
    • 同一子网内的容器可以使用容器名称互相访问（Docker内部DNS机制）。
    • 不同子网之间默认隔离。

Host (主机模式)

• 功能: Docker容器直接共享宿主机的网络命名空间。
• IP地址: 容器直接使用宿主机的IP地址。
• 端口: 无需端口映射（-p），容器内的服务直接运行在宿主机的端口上，通过宿主机的IP和端口即可访问。
• 用途: 解决一些复杂的网络问题。
• 语法: docker run --network host ...。

None (无网络模式)

• 功能: 容器不连接任何网络，完全隔离。

• 语法: docker run --network none ...。

• 网络管理命令:

  • docker network ls: 列出所有Docker网络（包括默认的bridge、host、none以及自定义子网）。
  • docker network rm <网络名称>: 删除自定义子网（默认网络不可删除）。

7. Docker Compose - 多容器编排

• 背景: 当一个完整的应用由多个模块（如前端、后端、数据库）组成时，若将所有模块打包成一个巨大容器，会导致故障蔓延、伸缩性差。若每个模块独立容器化，则管理多个容器（创建、网络配置）会增加复杂性。

• 解决方案: Docker Compose是一种轻量级的容器编排技术，用于管理多个容器的创建和协同工作。

• 核心: 使用YAML文件（通常命名为docker-compose.yml）定义多服务应用。

• YAML文件结构: 可视为多个docker run命令按照特定格式组织在一个文件中。

  • services: 顶级元素，每个服务对应一个容器。
  • 服务名称（如mongodb）: 对应docker run中的--name，作为容器名的一部分。
  • image: 对应docker run中的镜像名。
  • environment: 对应docker run的-e参数。
  • volumes: 对应docker run的-v参数。
  • ports: 对应docker run的-p参数。
  • 网络: Docker Compose会自动为每个Compose文件创建一个默认子网，文件中定义的所有容器都会自动加入此子网，并可通过服务名称互相访问。
  • depends_on: 定义容器的启动顺序，确保依赖服务先启动。

• AI辅助: 可借助AI工具生成等价的Docker Compose文件。

• Docker Compose命令:

  • docker compose up: 启动YAML文件中定义的所有服务（容器）。
    • -d: 后台运行。
    • 会自动创建子网和容器。
  • docker compose down: 停止并删除由Compose文件定义的所有服务和网络。
  • docker compose stop: 仅停止服务，不删除容器。
  • docker compose start: 启动已停止的服务。
  • docker compose -f <文件名.yml> up: 指定非标准文件名的Compose文件进行操作。

• 适用场景: Docker Compose适合个人使用和单机运行的轻量级容器编排需求。

• 与Kubernetes对比: Kubernetes是企业级服务器集群和大规模容器编排的解决方案，功能更为复杂。

8. 总结

以上内容涵盖了Docker的核心概念、在不同操作系统上的安装方法、常用的镜像与容器管理命令、Dockerfile的编写与镜像构建流程、Docker的多种网络模式，以及轻量级多容器编排工具Docker Compose的使用。这些是理解和应用Docker的关键知识点。