為什么Docker會這樣火？

2013年發(fā)布至今， Docker 一直廣受矚目，被認(rèn)為可能會改變軟件行業(yè)。

但是，許多人并不清楚 Docker 到底是什么，要解決什么問題，好處又在哪里？本文就來詳細(xì)解釋，幫助大家理解它，還帶有簡單易懂的實例，教你如何將它用于日常開發(fā)。

一、環(huán)境配置的難題

軟件開發(fā)最大的麻煩事之一，就是環(huán)境配置。用戶計算機(jī)的環(huán)境都不相同，你怎么知道自家的軟件，能在那些機(jī)器跑起來？

用戶必須保證兩件事：操作系統(tǒng)的設(shè)置，各種庫和組件的安裝。只有它們都正確，軟件才能運行。舉例來說，安裝一個 Python 應(yīng)用，計算機(jī)必須有 Python 引擎，還必須有各種依賴，可能還要配置環(huán)境變量。

如果某些老舊的模塊與當(dāng)前環(huán)境不兼容，那就麻煩了。開發(fā)者常常會說："它在我的機(jī)器可以跑了"（It works on my machine），言下之意就是，其他機(jī)器很可能跑不了。

環(huán)境配置如此麻煩，換一臺機(jī)器，就要重來一次，曠日費時。很多人想到，能不能從根本上解決問題，軟件可以帶環(huán)境安裝？也就是說，安裝的時候，把原始環(huán)境一模一樣地復(fù)制過來。

二、虛擬機(jī)

虛擬機(jī)（virtual machine）就是帶環(huán)境安裝的一種解決方案。它可以在一種操作系統(tǒng)里面運行另一種操作系統(tǒng)，比如在 Windows 系統(tǒng)里面運行 Linux 系統(tǒng)。應(yīng)用程序?qū)Υ撕翢o感知，因為虛擬機(jī)看上去跟真實系統(tǒng)一模一樣，而對于底層系統(tǒng)來說，虛擬機(jī)就是一個普通文件，不需要了就刪掉，對其他部分毫無影響。

雖然用戶可以通過虛擬機(jī)還原軟件的原始環(huán)境。但是，這個方案有幾個缺點。

（1）資源占用多

虛擬機(jī)會獨占一部分內(nèi)存和硬盤空間。它運行的時候，其他程序就不能使用這些資源了。哪怕虛擬機(jī)里面的應(yīng)用程序，真正使用的內(nèi)存只有 1MB，虛擬機(jī)依然需要幾百 MB 的內(nèi)存才能運行。

（2）冗余步驟多

虛擬機(jī)是完整的操作系統(tǒng)，一些系統(tǒng)級別的操作步驟，往往無法跳過，比如用戶登錄。

（3）啟動慢

啟動操作系統(tǒng)需要多久，啟動虛擬機(jī)就需要多久。可能要等幾分鐘，應(yīng)用程序才能真正運行。

三、Linux 容器

由于虛擬機(jī)存在這些缺點，Linux 發(fā)展出了另一種虛擬化技術(shù)：Linux 容器（Linux Containers，縮寫為 LXC）。

Linux 容器不是模擬一個完整的操作系統(tǒng)，而是對進(jìn)程進(jìn)行隔離?；蛘哒f，在正常進(jìn)程的外面套了一個保護(hù)層。對于容器里面的進(jìn)程來說，它接觸到的各種資源都是虛擬的，從而實現(xiàn)與底層系統(tǒng)的隔離。

由于容器是進(jìn)程級別的，相比虛擬機(jī)有很多優(yōu)勢。

（1）啟動快

容器里面的應(yīng)用，直接就是底層系統(tǒng)的一個進(jìn)程，而不是虛擬機(jī)內(nèi)部的進(jìn)程。所以，啟動容器相當(dāng)于啟動本機(jī)的一個進(jìn)程，而不是啟動一個操作系統(tǒng)，速度就快很多。

（2）資源占用少

容器只占用需要的資源，不占用那些沒有用到的資源；虛擬機(jī)由于是完整的操作系統(tǒng)，不可避免要占用所有資源。另外，多個容器可以共享資源，虛擬機(jī)都是獨享資源。

（3）體積小

容器只要包含用到的組件即可，而虛擬機(jī)是整個操作系統(tǒng)的打包，所以容器文件比虛擬機(jī)文件要小很多。

總之，容器有點像輕量級的虛擬機(jī)，能夠提供虛擬化的環(huán)境，但是成本開銷小得多。

四、Docker 是什么？

Docker 屬于 Linux 容器的一種封裝，提供簡單易用的容器使用接口。它是目前最流行的 Linux 容器解決方案。

Docker 將應(yīng)用程序與該程序的依賴，打包在一個文件里面。運行這個文件，就會生成一個虛擬容器。程序在這個虛擬容器里運行，就好像在真實的物理機(jī)上運行一樣。有了 Docker，就不用擔(dān)心環(huán)境問題。

總體來說，Docker 的接口相當(dāng)簡單，用戶可以方便地創(chuàng)建和使用容器，把自己的應(yīng)用放入容器。容器還可以進(jìn)行版本管理、復(fù)制、分享、修改，就像管理普通的代碼一樣。

五、Docker 的用途

Docker 的主要用途，目前有三大類。

（1）提供一次性的環(huán)境。比如，本地測試他人的軟件、持續(xù)集成的時候提供單元測試和構(gòu)建的環(huán)境。

（2）提供彈性的云服務(wù)。因為 Docker 容器可以隨開隨關(guān)，很適合動態(tài)擴(kuò)容和縮容。

（3）組建微服務(wù)架構(gòu)。通過多個容器，一臺機(jī)器可以跑多個服務(wù)，因此在本機(jī)就可以模擬出微服務(wù)架構(gòu)。

六、Docker 的安裝

Docker 是一個開源的商業(yè)產(chǎn)品，有兩個版本：社區(qū)版（Community Edition，縮寫為 CE）和企業(yè)版（Enterprise Edition，縮寫為 EE）。企業(yè)版包含了一些收費服務(wù)，個人開發(fā)者一般用不到。下面的介紹都針對社區(qū)版。

Docker CE 的安裝請參考官方文檔。

安裝完成后，運行下面的命令，驗證是否安裝成功。

$ docker version # 或者 $ docker info

Docker 需要用戶具有 sudo 權(quán)限，為了避免每次命令都輸入sudo，可以把用戶加入 Docker 用戶組（官方文檔）。

$ sudo usermod -aG docker $USER

Docker 是服務(wù)器----客戶端架構(gòu)。命令行運行docker命令的時候，需要本機(jī)有 Docker 服務(wù)。如果這項服務(wù)沒有啟動，可以用下面的命令啟動（官方文檔）。

# service 命令的用法 $ sudo service docker start # systemctl 命令的用法 $ sudo systemctl start docker

六、image 文件

Docker 把應(yīng)用程序及其依賴，打包在 image 文件里面。只有通過這個文件，才能生成 Docker 容器。image 文件可以看作是容器的模板。Docker 根據(jù) image 文件生成容器的實例。同一個 image 文件，可以生成多個同時運行的容器實例。

image 是二進(jìn)制文件。實際開發(fā)中，一個 image 文件往往通過繼承另一個 image 文件，加上一些個性化設(shè)置而生成。舉例來說，你可以在 Ubuntu 的 image 基礎(chǔ)上，往里面加入 Apache 服務(wù)器，形成你的 image。

# 列出本機(jī)的所有 image 文件。 $ docker image ls # 刪除 image 文件 $ docker image rm [imageName]

image 文件是通用的，一臺機(jī)器的 image 文件拷貝到另一臺機(jī)器，照樣可以使用。一般來說，為了節(jié)省時間，我們應(yīng)該盡量使用別人制作好的 image 文件，而不是自己制作。即使要定制，也應(yīng)該基于別人的 image 文件進(jìn)行加工，而不是從零開始制作。

為了方便共享，image 文件制作完成后，可以上傳到網(wǎng)上的倉庫。Docker 的官方倉庫 Docker Hub 是最重要、最常用的 image 倉庫。此外，出售自己制作的 image 文件也是可以的。

七、實例：hello world

下面，我們通過最簡單的 image 文件"hello world"，感受一下 Docker。

需要說明的是，國內(nèi)連接 Docker 的官方倉庫很慢，還會斷線，需要將默認(rèn)倉庫改成國內(nèi)的鏡像網(wǎng)站，具體的修改方法在下一篇文章的第一節(jié)。有需要的朋友，可以先看一下。

首先，運行下面的命令，將 image 文件從倉庫抓取到本地。

$ docker image pull library/hello-world

上面代碼中，docker image pull是抓取 image 文件的命令。library/hello-world是 image 文件在倉庫里面的位置，其中l(wèi)ibrary是 image 文件所在的組，hello-world是 image 文件的名字。

由于 Docker 官方提供的 image 文件，都放在library組里面，所以它的是默認(rèn)組，可以省略。因此，上面的命令可以寫成下面這樣。

$ docker image pull hello-world

抓取成功以后，就可以在本機(jī)看到這個 image 文件了。

$ docker image ls

現(xiàn)在，運行這個 image 文件。

$ docker container run hello-world

docker container run命令會從 image 文件，生成一個正在運行的容器實例。

注意，docker container run命令具有自動抓取 image 文件的功能。如果發(fā)現(xiàn)本地沒有指定的 image 文件，就會從倉庫自動抓取。因此，前面的docker image pull命令并不是必需的步驟。

如果運行成功，你會在屏幕上讀到下面的輸出。

$ docker container run hello-world Hello from Docker! This message shows that your installation appears to be working correctly. ... ...

輸出這段提示以后，hello world就會停止運行，容器自動終止。

有些容器不會自動終止，因為提供的是服務(wù)。比如，安裝運行 Ubuntu 的 image，就可以在命令行體驗 Ubuntu 系統(tǒng)。

$ docker container run -it ubuntu bash

對于那些不會自動終止的容器，必須使用docker container kill 命令手動終止。

$ docker container kill [containID]

八、容器文件

image 文件生成的容器實例，本身也是一個文件，稱為容器文件。也就是說，一旦容器生成，就會同時存在兩個文件： image 文件和容器文件。而且關(guān)閉容器并不會刪除容器文件，只是容器停止運行而已。

# 列出本機(jī)正在運行的容器 $ docker container ls # 列出本機(jī)所有容器，包括終止運行的容器 $ docker container ls --all

上面命令的輸出結(jié)果之中，包括容器的 ID。很多地方都需要提供這個 ID，比如上一節(jié)終止容器運行的docker container kill命令。

終止運行的容器文件，依然會占據(jù)硬盤空間，可以使用docker container rm命令刪除。

$ docker container rm [containerID]

運行上面的命令之后，再使用docker container ls --all命令，就會發(fā)現(xiàn)被刪除的容器文件已經(jīng)消失了。

九、Dockerfile 文件

學(xué)會使用 image 文件以后，接下來的問題就是，如何可以生成 image 文件？如果你要推廣自己的軟件，勢必要自己制作 image 文件。

這就需要用到 Dockerfile 文件。它是一個文本文件，用來配置 image。Docker 根據(jù) 該文件生成二進(jìn)制的 image 文件。

下面通過一個實例，演示如何編寫 Dockerfile 文件。

十、實例：制作自己的 Docker 容器

下面我以 koa-demos 項目為例，介紹怎么寫 Dockerfile 文件，實現(xiàn)讓用戶在 Docker 容器里面運行 Koa 框架。

作為準(zhǔn)備工作，請先下載源碼。

$ git clone https://github.com/ruanyf/koa-demos.git $ cd koa-demos

10.1 編寫 Dockerfile 文件

首先，在項目的根目錄下，新建一個文本文件.dockerignore，寫入下面的內(nèi)容。

.git node_modules npm-debug.log

上面代碼表示，這三個路徑要排除，不要打包進(jìn)入 image 文件。如果你沒有路徑要排除，這個文件可以不新建。

然后，在項目的根目錄下，新建一個文本文件 Dockerfile，寫入下面的內(nèi)容。

FROM node:8.4 COPY . /app WORKDIR /app RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org EXPOSE 3000

上面代碼一共五行，含義如下。

FROM node:8.4：該 image 文件繼承官方的 node image，冒號表示標(biāo)簽，這里標(biāo)簽是8.4，即8.4版本的 node。COPY . /app：將當(dāng)前目錄下的所有文件（除了.dockerignore排除的路徑），都拷貝進(jìn)入 image 文件的/app目錄。WORKDIR /app：指定接下來的工作路徑為/app。RUN npm install：在/app目錄下，運行npm install命令安裝依賴。注意，安裝后所有的依賴，都將打包進(jìn)入 image 文件。EXPOSE 3000：將容器 3000 端口暴露出來， 允許外部連接這個端口。

10.2 創(chuàng)建 image 文件

有了 Dockerfile 文件以后，就可以使用docker image build命令創(chuàng)建 image 文件了。

$ docker image build -t koa-demo . # 或者 $ docker image build -t koa-demo:0.0.1 .

上面代碼中，-t參數(shù)用來指定 image 文件的名字，后面還可以用冒號指定標(biāo)簽。如果不指定，默認(rèn)的標(biāo)簽就是latest。最后的那個點表示 Dockerfile 文件所在的路徑，上例是當(dāng)前路徑，所以是一個點。

如果運行成功，就可以看到新生成的 image 文件koa-demo了。

$ docker image ls

10.3 生成容器

docker container run命令會從 image 文件生成容器。

$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash # 或者 $ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1 /bin/bash

上面命令的各個參數(shù)含義如下：

-p參數(shù)：容器的 3000 端口映射到本機(jī)的 8000 端口。-it參數(shù)：容器的 Shell 映射到當(dāng)前的 Shell，然后你在本機(jī)窗口輸入的命令，就會傳入容器。koa-demo:0.0.1：image 文件的名字（如果有標(biāo)簽，還需要提供標(biāo)簽，默認(rèn)是 latest 標(biāo)簽）。/bin/bash：容器啟動以后，內(nèi)部第一個執(zhí)行的命令。這里是啟動 Bash，保證用戶可以使用 Shell。

如果一切正常，運行上面的命令以后，就會返回一個命令行提示符。

root@66d80f4aaf1e:/app#

這表示你已經(jīng)在容器里面了，返回的提示符就是容器內(nèi)部的 Shell 提示符。執(zhí)行下面的命令。

root@66d80f4aaf1e:/app# node demos/01.js

這時，Koa 框架已經(jīng)運行起來了。打開本機(jī)的瀏覽器，訪問 http://127.0.0.1:8000，網(wǎng)頁顯示"Not Found"，這是因為這個 demo 沒有寫路由。

這個例子中，Node 進(jìn)程運行在 Docker 容器的虛擬環(huán)境里面，進(jìn)程接觸到的文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接口都是虛擬的，與本機(jī)的文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接口是隔離的，因此需要定義容器與物理機(jī)的端口映射（map）。

現(xiàn)在，在容器的命令行，按下 Ctrl + c 停止 Node 進(jìn)程，然后按下 Ctrl + d （或者輸入 exit）退出容器。此外，也可以用docker container kill終止容器運行。

# 在本機(jī)的另一個終端窗口，查出容器的 ID $ docker container ls # 停止指定的容器運行 $ docker container kill [containerID]

容器停止運行之后，并不會消失，用下面的命令刪除容器文件。

# 查出容器的 ID $ docker container ls --all # 刪除指定的容器文件 $ docker container rm [containerID]

也可以使用docker container run命令的--rm參數(shù)，在容器終止運行后自動刪除容器文件。

$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash

10.4 CMD 命令

上一節(jié)的例子里面，容器啟動以后，需要手動輸入命令node demos/01.js。我們可以把這個命令寫在 Dockerfile 里面，這樣容器啟動以后，這個命令就已經(jīng)執(zhí)行了，不用再手動輸入了。

FROM node:8.4 COPY . /app WORKDIR /app RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org EXPOSE 3000 CMD node demos/01.js

上面的 Dockerfile 里面，多了最后一行CMD node demos/01.js，它表示容器啟動后自動執(zhí)行node demos/01.js。

你可能會問，RUN命令與CMD命令的區(qū)別在哪里？簡單說，RUN命令在 image 文件的構(gòu)建階段執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果都會打包進(jìn)入 image 文件；CMD命令則是在容器啟動后執(zhí)行。另外，一個 Dockerfile 可以包含多個RUN命令，但是只能有一個CMD命令。

注意，指定了CMD命令以后，docker container run命令就不能附加命令了（比如前面的/bin/bash），否則它會覆蓋CMD命令?，F(xiàn)在，啟動容器可以使用下面的命令。

$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1

10.5 發(fā)布 image 文件

容器運行成功后，就確認(rèn)了 image 文件的有效性。這時，我們就可以考慮把 image 文件分享到網(wǎng)上，讓其他人使用。

首先，去 hub.docker.com 或 cloud.docker.com 注冊一個賬戶。然后，用下面的命令登錄。

$ docker login

接著，為本地的 image 標(biāo)注用戶名和版本。

$ docker image tag [imageName] [username]/[repository]:[tag] # 實例 $ docker image tag koa-demos:0.0.1 ruanyf/koa-demos:0.0.1

也可以不標(biāo)注用戶名，重新構(gòu)建一下 image 文件。

$ docker image build -t [username]/[repository]:[tag] .

最后，發(fā)布 image 文件。

$ docker image push [username]/[repository]:[tag]

發(fā)布成功以后，登錄 hub.docker.com，就可以看到已經(jīng)發(fā)布的 image 文件。

十一、其他有用的命令

docker 的主要用法就是上面這些，此外還有幾個命令，也非常有用。

（1）docker container start

前面的docker container run命令是新建容器，每運行一次，就會新建一個容器。同樣的命令運行兩次，就會生成兩個一模一樣的容器文件。如果希望重復(fù)使用容器，就要使用docker container start命令，它用來啟動已經(jīng)生成、已經(jīng)停止運行的容器文件。

$ docker container start [containerID]

（2）docker container stop

前面的docker container kill命令終止容器運行，相當(dāng)于向容器里面的主進(jìn)程發(fā)出 SIGKILL 信號。而docker container stop命令也是用來終止容器運行，相當(dāng)于向容器里面的主進(jìn)程發(fā)出 SIGTERM 信號，然后過一段時間再發(fā)出 SIGKILL 信號。

$ bash container stop [containerID]

這兩個信號的差別是，應(yīng)用程序收到 SIGTERM 信號以后，可以自行進(jìn)行收尾清理工作，但也可以不理會這個信號。如果收到 SIGKILL 信號，就會強(qiáng)行立即終止，那些正在進(jìn)行中的操作會全部丟失。

（3）docker container logs

docker container logs命令用來查看 docker 容器的輸出，即容器里面 Shell 的標(biāo)準(zhǔn)輸出。如果docker run命令運行容器的時候，沒有使用-it參數(shù)，就要用這個命令查看輸出。

$ docker container logs [containerID]

（4）docker container exec

docker container exec命令用于進(jìn)入一個正在運行的 docker 容器。如果docker run命令運行容器的時候，沒有使用-it參數(shù)，就要用這個命令進(jìn)入容器。一旦進(jìn)入了容器，就可以在容器的 Shell 執(zhí)行命令了。

$ docker container exec -it [containerID] /bin/bash

（5）docker container cp

docker container cp命令用于從正在運行的 Docker 容器里面，將文件拷貝到本機(jī)。下面是拷貝到當(dāng)前目錄的寫法。