掌握Docker的基本原理与实践操作

富 Web 时代，应用变得越来越强大，与此同时也越来越复杂。集群部署、隔离环境、灰度发布以及动态扩容缺一不可，而容器化则成为中间的必要桥梁。

本节我们就来探索一下 Docker 的神秘世界，从零到一掌握 Docker 的基本原理与实践操作。别再守着前端那一亩三分地，是时候该开疆扩土了。

一、讲个故事

为了更好的理解 Docker 是什么，我们先来讲个故事：

我需要盖一个房子，于是我搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。一顿操作，终于把这个房子盖好了。

结果，住了一段时间，心血来潮想搬到海边去。这时候按以往的办法，我只能去海边，再次搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。

烦恼之际，跑来一个魔法师教会我一种魔法。这种魔法可以把我盖好的房子复制一份，做成「镜像」，放在我的背包里。

等我到了海边，就用这个「镜像」，复制一套房子，拎包入住。

是不是很神奇？对应到我们的项目中来，房子就是项目本身，镜像就是项目的复制，背包就是镜像仓库。如果要动态扩容，从仓库中取出项目镜像，随便复制就可以了。Build once，Run anywhere!

不用再关注版本、兼容、部署等问题，彻底解决了「上线即崩，无休止构建」的尴尬。

二、虚拟机与容器

开始之前，我们来做一些基础知识的储备：

1.虚拟机：虚拟化硬件

虚拟机 Virtual Machine 指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。在实体计算机中能够完成的工作在虚拟机中都能够实现。

在计算机中创建虚拟机时，需要将实体机的部分硬盘和内存容量作为虚拟机的硬盘和内存容量。每个虚拟机都有独立的 CMOS、硬盘和操作系统，可以像使用实体机一样对虚拟机进行操作。在容器技术之前，业界的网红是虚拟机。

虚拟机技术的代表，是 VMWare 和 OpenStack。

2.容器：将操作系统层虚拟化，是一个标准的软件单元

随处运行：容器可以将代码与配置文件和相关依赖库进行打包，从而确保在任何环境下的运行都是一致的。

高资源利用率：容器提供进程级的隔离，因此可以更加精细地设置 CPU 和内存的使用率，进而更好地利用服务器的计算资源。

快速扩展：每个容器都可作为单独的进程予以运行，并且可以共享底层操作系统的系统资源，这样一来可以加快容器的启动和停止效率。

3.区别与联系

虚拟机虽然可以隔离出很多「子电脑」，但占用空间更大，启动更慢。虚拟机软件可能还要花钱，例如VMWare；

容器技术不需要虚拟出整个操作系统，只需要虚拟一个小规模的环境，类似「沙箱」；

运行空间，虚拟机一般要几 GB 到 几十 GB 的空间，而容器只需要 MB 级甚至 KB 级；

我们来看一下对比数据：

与虚拟机相比，容器更轻量且速度更快，因为它利用了 Linux 底层操作系统在隔离的环境中运行。虚拟机的 Hypervisor 创建了一个非常牢固的边界，以防止应用程序突破它，而容器的边界不那么强大。

物理机部署不能充分利用资源，造成资源浪费。虚拟机方式部署，虚拟机本身会占用大量资源，导致资源浪费，另外虚拟机性能也很差。而容器化部署比较灵活，且轻量级，性能较好。

虚拟机属于虚拟化技术，而 Docker 这样的容器技术，属于轻量级的虚拟化。

三、认识 Docker

1.概念

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 机器上，也可以实现虚拟化。容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口。

Docker 技术的三大核心概念，分别是：镜像 Image、容器 Container、仓库 Repository。

2.Docker 轻量级的原因？

相信你也会有这样的疑惑：为什么 Docker 启动快？如何做到和宿主机共享内核？

当我们请求 Docker 运行容器时，Docker 会在计算机上设置一个资源隔离的环境。然后将打包的应用程序和关联的文件复制到 Namespace 内的文件系统中，此时环境的配置就完成了。之后 Docker 会执行我们预先指定的命令，运行应用程序。

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。

四、核心概念

1.Build, Ship and Run（搭建、运输、运行）；

2.Build once, Run anywhere（一次搭建，处处运行）；

3.Docker 本身并不是容器，它是创建容器的工具，是应用容器引擎；

4.Docker 三大核心概念，分别是：镜像 Image，容器 Container、仓库 Repository；

5.Docker 技术使用 Linux 内核和内核功能（例如 Cgroups 和 namespaces）来分隔进程，以便各进程相互独立运行。

6.由于 Namespace 和 Cgroups 功能仅在 Linux 上可用，因此容器无法在其他操作系统上运行。那么 Docker 如何在 macOS 或 Windows 上运行？Docker 实际上使用了一个技巧，并在非 Linux 操作系统上安装 Linux 虚拟机，然后在虚拟机内运行容器。

7.镜像是一个可执行包，其包含运行应用程序所需的代码、运行时、库、环境变量和配置文件，容器是镜像的运行时实例。

五、安装 Docker

1.命令行安装

Homebrew 的 Cask 已经支持 Docker for Mac，因此可以很方便的使用 Homebrew Cask 来进行安装，执行如下命令：

brew cask install docker

更多安装方式，请查看官方文档：

https://www.docker.com/get-started

2.查看版本

docker -v  

3.配置镜像加速

设置 Docker Engine 写入配置：

{
  "registry-mirrors": [
    "http://hub-mirror.c.163.com/",
    "https://registry.docker-cn.com"
  ],
  "insecure-registries":[],
  "experimental": false,
  "debug": true
}

4.安装桌面端

Docker 桌面端

桌面端操作非常简单，先去官网下载。通过 Docker 桌面端，我们可以方便的操作：

clone：克隆一个项目

build：打包镜像

run：运行实例

share：共享镜像

好了，准备工作就绪，下面可以大展身手了！

六、快速开始

安装完 Docker 之后，我们先打个实际项目的镜像，边学边用。

1.首先需要大致了解一下我们将会用到的 11 个命令

 

 

2.新建项目

为了快捷，我们直接使用Vue 脚手架构建项目：

 

 

vue create docker-demo  

 

 

尝试启动一下：

 

 

yarn serve  

 

 

访问地址：http://localhost:8080/。项目就绪，我们接着为项目打包：

 

 

yarn build  

 

 

这时候，项目目录下的 Dist 就是我们要部署的静态资源了，我们继续下一步。

需要注意：前端项目一般分两类，一类直接 Nginx 静态部署，一类需要启动 Node 服务。本节我们只考虑第一种。

3.新建 Dockerfile

 

 

cd docker-demo && touch Dockerfile  

 

 

此时的项目目录如下：

 

 

.  
├── Dockerfile  
├── README.md  
├── babel.config.js  
├── dist  
├── node_modules  
├── package.json  
├── public  
├── src  
└── yarn.lock  

 

 

可以看到我们已经在 docker-demo 目录下成功创建了 Dockerfile 文件。

4.准备 Nginx 镜像

运行你的 Docker 桌面端，就会默认启动实例，我们在控制台拉取 Nginx 镜像：

 

 

docker pull nginx  

 

 

控制台会出现如下信息：

 

 

Using default tag: latest
latest: Pulling from library/nginx
8559a31e96f4: Pull complete
8d69e59170f7: Pull complete
3f9f1ec1d262: Pull complete
d1f5ff4f210d: Pull complete
1e22bfa8652e: Pull complete
Digest: sha256:21f32f6c08406306d822a0e6e8b7dc81f53f336570e852e25fbe1e3e3d0d0133
Status: Downloaded newer image for nginx:latest
docker.io/library/nginx:latest

 

 

如果你出现这样的异常，请确认 Docker 实例是否正常运行。

 

 

Cannot connect to the Docker daemon at unix:///var/run/docker.sock. Is the docker daemon running?  

 

 

镜像准备 OK，我们在根目录创建 Nginx 配置文件：

 

 

touch default.conf  

 

 

写入：

 

 

server {
    listen       80;
    server_name  localhost;

    #charset koi8-r;
    access_log  /var/log/nginx/host.access.log  main;
    error_log  /var/log/nginx/error.log  error;

    location / {
        root   /usr/share/nginx/html;
        index  index.html index.htm;
    }

    error_page   500 502 503 504  /50x.html;
    location = /50x.html {
        root   /usr/share/nginx/html;
    }
}

 

 

5.配置镜像

打开 Dockerfile ，写入如下内容：

 

 

FROM nginx  
COPY dist/ /usr/share/nginx/html/  
COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf  

 

 

我们逐行解释一下代码：

FROM nginx 指定该镜像是基于 nginx:latest 镜像而构建的；

COPY dist/ /usr/share/nginx/html/ 命令的意思是将项目根目录下 dist 文件夹中的所有文件复制到镜像中 /usr/share/nginx/html/ 目录下；

COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf 将 default.conf 复制到 etc/nginx/conf.d/default.conf，用本地的 default.conf 配置来替换 Nginx 镜像里的默认配置。

6.构建镜像

Docker 通过 build 命令来构建镜像：

 

 

docker build -t jartto-docker-demo .  

 

 

按照惯例，我们解释一下上述代码：

-t 参数给镜像命名 jartto-docker-demo

. 是基于当前目录的 Dockerfile 来构建镜像

执行成功后，将会输出：

 

 

Sending build context to Docker daemon  115.4MB
Step 1/3 : FROM nginx
 ---> 2622e6cca7eb
Step 2/3 : COPY dist/ /usr/share/nginx/html/
 ---> Using cache
 ---> 82b31f98dce6
Step 3/3 : COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf
 ---> 7df6efaf9592
Successfully built 7df6efaf9592
Successfully tagged jartto-docker-demo:latest

 

 

镜像制作成功！我们来查看一下容器：

 

 

docker image ls | grep jartto-docker-demo  

 

 

可以看到，我们打出了一个 133MB 的项目镜像：

 

 

jartto-docker-demo latest 7df6efaf9592 About a minute ago 133MB  

 

 

镜像也有好坏之分，后续我们将介绍如何优化，这里可以先暂时忽略。

7.运行容器

 

 

docker run -d -p 3000:80 --name docker-vue jartto-docker-demo  

 

 

这里解释一下参数：

-d 设置容器在后台运行

-p 表示端口映射，把本机的 3000 端口映射到 container 的 80 端口（这样外网就能通过本机的 3000 端口访问了

--name 设置容器名 docker-vue

jartto-docker-demo 是我们上面构建的镜像名字

补充一点：在控制台，我们可以通过 docker ps 查看刚运行的 Container 的 ID：

 

 

docker ps -a  

 

 

控制台会输出：

 

 

CONTAINER ID IMAGE              COMMAND                  CREATED       STATUS PORTS  NAMES
ab1375befb0b jartto-docker-demo "/docker-entrypoint.…"   8 minutes ago Up 7 minutes  0.0.0.0:3000->80/tcp  docker-vue

 

 

如果你使用桌面端，那么打开 Docker Dashboard 就可以看到容器列表了，如下图：

8.访问项目

因为我们映射了本机 3000 端口，所以执行：

 

 

curl -v -i localhost:3000  

 

 

或者打开浏览器，访问：localhost:3000

9.发布镜像

如果你想为社区贡献力量，那么需要将镜像发布，方便其他开发者使用。

发布镜像需要如下步骤：

登陆 [dockerhub](https://hub.docker.com)，注册账号；

命令行执行 docker login，之后输入我们的账号密码，进行登录；

推送镜像之前，需要打一个 Tag，执行 docker tag /:

全流程结束，以后我们要使用，再也不需要「搬石头、砍木头、画图纸、盖房子」了，拎包入住。这也是 docker 独特魅力所在。

七、常规操作

到这里，恭喜你已经完成了 Docker 的入门项目！如果还想继续深入，不妨接着往下看看。

1.参数使用

 

 

FROM：
#指定基础镜像，所有构建的镜像都必须有一个基础镜像，且 FROM 命令必须是 Dockerfile 的第一个命令
FROM  [AS ] 指定从一个镜像构建起一个新的镜像名字
FROM [:] [AS ] 指定镜像的版本 Tag
示例：FROM mysql:5.0 AS database

MAINTAINER：
#镜像维护人的信息
MAINTAINER 
示例：MAINTAINER Jartto [e-mail]

RUN：
#构建镜像时要执行的命令
RUN 
示例：RUN [executable, param1, param2]

ADD：
#将本地的文件添加复制到容器中去，压缩包会解压，可以访问网络上的文件，会自动下载
ADD  
示例：ADD *.js /app 添加 js 文件到容器中的 app 目录下

COPY：
#功能和 ADD 一样，只是复制，不会解压或者下载文件

CMD：
#启动容器后执行的命令，和 RUN 不一样，RUN 是在构建镜像是要运行的命令
当使用 docker run 运行容器的时候，这个可以在命令行被覆盖
示例：CMD [executable, param1, param2]

ENTRYPOINT：
#也是执行命令，和 CMD 一样，只是这个命令不会被命令行覆盖
ENTRYPOINT [executable, param1, param2]
示例：ENTRYPOINT [donnet, myapp.dll]

LABEL：
#为镜像添加元数据，key-value 形式
LABEL = = ...
示例：LABEL version=1.0 description=这是一个web应用

ENV：
#设置环境变量，有些容器运行时会需要某些环境变量
ENV   一次设置一个环境变量
ENV = = = 设置多个环境变量
示例：ENV JAVA_HOME /usr/java1.8/

EXPOSE：
#暴露对外的端口（容器内部程序的端口，虽然会和宿主机的一样，但是其实是两个端口）
EXPOSE 
示例：EXPOSE 80
容器运行时，需要用 -p 映射外部端口才能访问到容器内的端口

VOLUME：
#指定数据持久化的目录，官方语言叫做挂载
VOLUME /var/log 
#指定容器中需要被挂载的目录，会把这个目录映射到宿主机的一个随机目录上，实现数据的持久化和同步
VOLUME [/var/log,/var/test.....] 
#指定容器中多个需要被挂载的目录，会把这些目录映射到宿主机的多个随机目录上，实现数据的持久化和同步

VOLUME /var/data var/log 
#指定容器中的 var/log 目录挂载到宿主机上的 /var/data 目录，这种形式可以手动指定宿主机上的目录

WORKDIR：
#设置工作目录，设置之后 ，RUN、CMD、COPY、ADD 的工作目录都会同步变更
WORKDIR 
示例：WORKDIR /app/test

USER：
#指定运行命令时所使用的用户，为了安全和权限起见，根据要执行的命令选择不同用户
USER :[]
示例：USER test

ARG：
#设置构建镜像是要传递的参数
ARG [=]
ARG name=sss

 

 

更多操作，请移步官方使用文档：

https://docs.docker.com/

八、最佳实践

在掌握 Docker 常规操作之后，我们很容易就可以打出自己想要的项目镜像。然而不同的操作打出的镜像也是千差万别。

究竟是什么原因导致镜像差异，我们不妨继续探索。

以下是在应用 Docker 过程中整理的最佳实践，请尽量遵循如下准则：

Require 明确：需要什么镜像

步骤精简：变化较少的 Step 优先

版本明确：镜像命名明确

说明文档：整个镜像打包步骤可以重现

九、总结

容器化技术必将是云时代不可或缺的技能之一，而 Docker 只是沧海一粟。随之而来的还有集群容器管理 K8s、Service Mesh 、Istio 等技术。打开 Docker 的大门，不断抽丝剥茧，逐层深入，你将感受到容器化的无穷魅力。

审核编辑：黄飞