掌握Docker的基本原理與實(shí)踐操作

富Web時(shí)代，應(yīng)用變得越來越強(qiáng)大，與此同時(shí)也越來越復(fù)雜。集群部署、隔離環(huán)境、灰度發(fā)布以及動(dòng)態(tài)擴(kuò)容缺一不可，而容器化則成為中間的必要橋梁。

本節(jié)我們就來探索一下Docker的神秘世界，從零到一掌握Docker的基本原理與實(shí)踐操作。別再守著前端那一畝三分地，是時(shí)候該開疆?dāng)U土了。

一、講個(gè)故事

為了更好的理解Docker是什么，我們先來講個(gè)故事：

我需要蓋一個(gè)房子，于是我搬石頭、砍木頭、畫圖紙、蓋房子。一頓操作，終于把這個(gè)房子蓋好了。

結(jié)果，住了一段時(shí)間，心血來潮想搬到海邊去。這時(shí)候按以往的辦法，我只能去海邊，再次搬石頭、砍木頭、畫圖紙、蓋房子。

煩惱之際，跑來一個(gè)魔法師教會(huì)我一種魔法。這種魔法可以把我蓋好的房子復(fù)制一份，做成「鏡像」，放在我的背包里。

等我到了海邊，就用這個(gè)「鏡像」，復(fù)制一套房子，拎包入住。

是不是很神奇？對(duì)應(yīng)到我們的項(xiàng)目中來，房子就是項(xiàng)目本身，鏡像就是項(xiàng)目的復(fù)制，背包就是鏡像倉(cāng)庫(kù)。如果要?jiǎng)討B(tài)擴(kuò)容，從倉(cāng)庫(kù)中取出項(xiàng)目鏡像，隨便復(fù)制就可以了。Build?once，Run?anywhere!

不用再關(guān)注版本、兼容、部署等問題，徹底解決了「上線即崩，無休止構(gòu)建」的尷尬。

二、虛擬機(jī)與容器

開始之前，我們來做一些基礎(chǔ)知識(shí)的儲(chǔ)備：

1.虛擬機(jī)：虛擬化硬件

虛擬機(jī)Virtual Machine指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在實(shí)體計(jì)算機(jī)中能夠完成的工作在虛擬機(jī)中都能夠?qū)崿F(xiàn)。

在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)，需要將實(shí)體機(jī)的部分硬盤和內(nèi)存容量作為虛擬機(jī)的硬盤和內(nèi)存容量。每個(gè)虛擬機(jī)都有獨(dú)立的CMOS、硬盤和操作系統(tǒng)，可以像使用實(shí)體機(jī)一樣對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行操作。在容器技術(shù)之前，業(yè)界的網(wǎng)紅是虛擬機(jī)。

虛擬機(jī)技術(shù)的代表，是VMWare和OpenStack。

2.容器：將操作系統(tǒng)層虛擬化，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件單元

隨處運(yùn)行：容器可以將代碼與配置文件和相關(guān)依賴庫(kù)進(jìn)行打包，從而確保在任何環(huán)境下的運(yùn)行都是一致的。

高資源利用率：容器提供進(jìn)程級(jí)的隔離，因此可以更加精細(xì)地設(shè)置CPU和內(nèi)存的使用率，進(jìn)而更好地利用服務(wù)器的計(jì)算資源。

快速擴(kuò)展：每個(gè)容器都可作為單獨(dú)的進(jìn)程予以運(yùn)行，并且可以共享底層操作系統(tǒng)的系統(tǒng)資源，這樣一來可以加快容器的啟動(dòng)和停止效率。

3.區(qū)別與聯(lián)系

虛擬機(jī)雖然可以隔離出很多「子電腦」，但占用空間更大，啟動(dòng)更慢。虛擬機(jī)軟件可能還要花錢，例如VMWare；

容器技術(shù)不需要虛擬出整個(gè)操作系統(tǒng)，只需要虛擬一個(gè)小規(guī)模的環(huán)境，類似「沙箱」；

運(yùn)行空間，虛擬機(jī)一般要幾GB到 幾十GB的空間，而容器只需要MB級(jí)甚至KB級(jí)；

我們來看一下對(duì)比數(shù)據(jù)：

與虛擬機(jī)相比，容器更輕量且速度更快，因?yàn)樗昧?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/538/" target="_blank">Linux底層操作系統(tǒng)在隔離的環(huán)境中運(yùn)行。虛擬機(jī)的Hypervisor創(chuàng)建了一個(gè)非常牢固的邊界，以防止應(yīng)用程序突破它，而容器的邊界不那么強(qiáng)大。

物理機(jī)部署不能充分利用資源，造成資源浪費(fèi)。虛擬機(jī)方式部署，虛擬機(jī)本身會(huì)占用大量資源，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，另外虛擬機(jī)性能也很差。而容器化部署比較靈活，且輕量級(jí)，性能較好。

虛擬機(jī)屬于虛擬化技術(shù)，而 Docker 這樣的容器技術(shù)，屬于輕量級(jí)的虛擬化。

三、認(rèn)識(shí) Docker

1.概念

Docker是一個(gè)開源的應(yīng)用容器引擎，讓開發(fā)者可以打包他們的應(yīng)用以及依賴包到一個(gè)可移植的容器中，然后發(fā)布到任何流行的Linux機(jī)器上，也可以實(shí)現(xiàn)虛擬化。容器是完全使用沙箱機(jī)制，相互之間不會(huì)有任何接口。

Docker技術(shù)的三大核心概念，分別是：鏡像Image、容器Container、倉(cāng)庫(kù)Repository。

2.Docker輕量級(jí)的原因？

相信你也會(huì)有這樣的疑惑：為什么Docker啟動(dòng)快？如何做到和宿主機(jī)共享內(nèi)核？

當(dāng)我們請(qǐng)求Docker運(yùn)行容器時(shí)，Docker會(huì)在計(jì)算機(jī)上設(shè)置一個(gè)資源隔離的環(huán)境。然后將打包的應(yīng)用程序和關(guān)聯(lián)的文件復(fù)制到Namespace內(nèi)的文件系統(tǒng)中，此時(shí)環(huán)境的配置就完成了。之后Docker會(huì)執(zhí)行我們預(yù)先指定的命令，運(yùn)行應(yīng)用程序。

鏡像不包含任何動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，其內(nèi)容在構(gòu)建之后也不會(huì)被改變。

四、核心概念

1.Build, Ship and Run（搭建、運(yùn)輸、運(yùn)行）；

2.Build?once, Run?anywhere（一次搭建，處處運(yùn)行）；

3.Docker本身并不是容器，它是創(chuàng)建容器的工具，是應(yīng)用容器引擎；

4.Docker三大核心概念，分別是：鏡像Image，容器Container、倉(cāng)庫(kù)Repository；

5.Docker技術(shù)使用Linux內(nèi)核和內(nèi)核功能（例如Cgroups和namespaces）來分隔進(jìn)程，以便各進(jìn)程相互獨(dú)立運(yùn)行。

6.由于Namespace和Cgroups功能僅在Linux上可用，因此容器無法在其他操作系統(tǒng)上運(yùn)行。那么Docker如何在macOS或Windows上運(yùn)行？Docker實(shí)際上使用了一個(gè)技巧，并在非Linux操作系統(tǒng)上安裝Linux虛擬機(jī)，然后在虛擬機(jī)內(nèi)運(yùn)行容器。

7.鏡像是一個(gè)可執(zhí)行包，其包含運(yùn)行應(yīng)用程序所需的代碼、運(yùn)行時(shí)、庫(kù)、環(huán)境變量和配置文件，容器是鏡像的運(yùn)行時(shí)實(shí)例。

五、安裝 Docker

1.命令行安裝

Homebrew的Cask已經(jīng)支持Docker for Mac，因此可以很方便的使用Homebrew Cask來進(jìn)行安裝，執(zhí)行如下命令：

brewcaskinstalldocker

更多安裝方式，請(qǐng)查看官方文檔：

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

2.查看版本

docker-v

3.配置鏡像加速

設(shè)置 Docker Engine 寫入配置：

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

4.安裝桌面端

Docker 桌面端

桌面端操作非常簡(jiǎn)單，先去官網(wǎng)下載。通過Docker桌面端，我們可以方便的操作：

clone：克隆一個(gè)項(xiàng)目

build：打包鏡像

run：運(yùn)行實(shí)例

share：共享鏡像

好了，準(zhǔn)備工作就緒，下面可以大展身手了！

六、快速開始

安裝完Docker之后，我們先打個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的鏡像，邊學(xué)邊用。

1.首先需要大致了解一下我們將會(huì)用到的11個(gè)命令

2.新建項(xiàng)目

為了快捷，我們直接使用Vue腳手架構(gòu)建項(xiàng)目：

vuecreatedocker-demo

嘗試啟動(dòng)一下：

yarnserve

訪問地址：http://localhost:8080/。項(xiàng)目就緒，我們接著為項(xiàng)目打包：

yarnbuild

這時(shí)候，項(xiàng)目目錄下的Dist就是我們要部署的靜態(tài)資源了，我們繼續(xù)下一步。

需要注意：前端項(xiàng)目一般分兩類，一類直接Nginx靜態(tài)部署，一類需要啟動(dòng)Node服務(wù)。本節(jié)我們只考慮第一種。

3.新建Dockerfile

cddocker-demo&&touchDockerfile

此時(shí)的項(xiàng)目目錄如下：

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

可以看到我們已經(jīng)在docker-demo目錄下成功創(chuàng)建了Dockerfile文件。

4.準(zhǔn)備Nginx鏡像

運(yùn)行你的Docker桌面端，就會(huì)默認(rèn)啟動(dòng)實(shí)例，我們?cè)诳刂婆_(tái)拉取Nginx鏡像：

dockerpullnginx

控制臺(tái)會(huì)出現(xiàn)如下信息：

Usingdefaulttag:latest
latest:Pullingfromlibrary/nginx
8559a31e96f4:Pullcomplete
8d69e59170f7:Pullcomplete
3f9f1ec1d262:Pullcomplete
d1f5ff4f210d:Pullcomplete
1e22bfa8652e:Pullcomplete
Digest:sha256:21f32f6c08406306d822a0e6e8b7dc81f53f336570e852e25fbe1e3e3d0d0133
Status:Downloadednewerimagefornginx:latest
docker.io/library/nginx:latest

如果你出現(xiàn)這樣的異常，請(qǐng)確認(rèn)Docker實(shí)例是否正常運(yùn)行。

CannotconnecttotheDockerdaemonatunix:///var/run/docker.sock.Isthedockerdaemonrunning?

鏡像準(zhǔn)備OK，我們?cè)诟夸泟?chuàng)建Nginx配置文件：

touchdefault.conf

寫入：

server{
listen80;
server_namelocalhost;

#charsetkoi8-r;
access_log/var/log/nginx/host.access.logmain;
error_log/var/log/nginx/error.logerror;

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

error_page500502503504/50x.html;
location=/50x.html{
root/usr/share/nginx/html;
}
}

5.配置鏡像

打開Dockerfile，寫入如下內(nèi)容：

FROMnginx
COPYdist//usr/share/nginx/html/
COPYdefault.conf/etc/nginx/conf.d/default.conf

我們逐行解釋一下代碼：

FROM nginx指定該鏡像是基于nginx:latest鏡像而構(gòu)建的；

COPY dist/ /usr/share/nginx/html/命令的意思是將項(xiàng)目根目錄下dist文件夾中的所有文件復(fù)制到鏡像中/usr/share/nginx/html/目錄下；

COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf將default.conf復(fù)制到etc/nginx/conf.d/default.conf，用本地的default.conf配置來替換Nginx鏡像里的默認(rèn)配置。

6.構(gòu)建鏡像

Docker通過build命令來構(gòu)建鏡像：

dockerbuild-tjartto-docker-demo.

按照慣例，我們解釋一下上述代碼：

-t參數(shù)給鏡像命名jartto-docker-demo

.是基于當(dāng)前目錄的Dockerfile來構(gòu)建鏡像

執(zhí)行成功后，將會(huì)輸出：

SendingbuildcontexttoDockerdaemon115.4MB
Step1/3:FROMnginx
--->2622e6cca7eb
Step2/3:COPYdist//usr/share/nginx/html/
--->Usingcache
--->82b31f98dce6
Step3/3:COPYdefault.conf/etc/nginx/conf.d/default.conf
--->7df6efaf9592
Successfullybuilt7df6efaf9592
Successfullytaggedjartto-docker-demo:latest

鏡像制作成功！我們來查看一下容器：

dockerimagels|grepjartto-docker-demo

可以看到，我們打出了一個(gè)133MB的項(xiàng)目鏡像：

jartto-docker-demolatest7df6efaf9592Aboutaminuteago133MB

鏡像也有好壞之分，后續(xù)我們將介紹如何優(yōu)化，這里可以先暫時(shí)忽略。

7.運(yùn)行容器

dockerrun-d-p3000:80--namedocker-vuejartto-docker-demo

這里解釋一下參數(shù)：

-d設(shè)置容器在后臺(tái)運(yùn)行

-p表示端口映射，把本機(jī)的3000端口映射到container的80端口（這樣外網(wǎng)就能通過本機(jī)的3000端口訪問了

--name設(shè)置容器名docker-vue

jartto-docker-demo是我們上面構(gòu)建的鏡像名字

補(bǔ)充一點(diǎn)：在控制臺(tái)，我們可以通過docker ps查看剛運(yùn)行的Container的ID：

dockerps-a

控制臺(tái)會(huì)輸出：

CONTAINERIDIMAGECOMMANDCREATEDSTATUSPORTSNAMES
ab1375befb0bjartto-docker-demo"/docker-entrypoint.…"8minutesagoUp7minutes0.0.0.0:3000->80/tcpdocker-vue

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

8.訪問項(xiàng)目

因?yàn)槲覀冇成淞吮緳C(jī)3000端口，所以執(zhí)行：

curl-v-ilocalhost:3000

或者打開瀏覽器，訪問：localhost:3000

9.發(fā)布鏡像

如果你想為社區(qū)貢獻(xiàn)力量，那么需要將鏡像發(fā)布，方便其他開發(fā)者使用。

發(fā)布鏡像需要如下步驟：

登陸[dockerhub](https://hub.docker.com)，注冊(cè)賬號(hào)；

命令行執(zhí)行docker login，之后輸入我們的賬號(hào)密碼，進(jìn)行登錄；

推送鏡像之前，需要打一個(gè)Tag，執(zhí)行docker tag /:

全流程結(jié)束，以后我們要使用，再也不需要「搬石頭、砍木頭、畫圖紙、蓋房子」了，拎包入住。這也是docker獨(dú)特魅力所在。

七、常規(guī)操作

到這里，恭喜你已經(jīng)完成了Docker的入門項(xiàng)目！如果還想繼續(xù)深入，不妨接著往下看看。

1.參數(shù)使用

FROM：
#指定基礎(chǔ)鏡像，所有構(gòu)建的鏡像都必須有一個(gè)基礎(chǔ)鏡像，且FROM命令必須是Dockerfile的第一個(gè)命令
FROM[AS]指定從一個(gè)鏡像構(gòu)建起一個(gè)新的鏡像名字
FROM[:][AS]指定鏡像的版本Tag
示例：FROM mysql:5.0 AS database

MAINTAINER：
#鏡像維護(hù)人的信息
MAINTAINER
示例：MAINTAINER Jartto Jartto@qq.com

RUN：
#構(gòu)建鏡像時(shí)要執(zhí)行的命令
RUN
示例：RUN [executable, param1, param2]

ADD：
#將本地的文件添加復(fù)制到容器中去，壓縮包會(huì)解壓，可以訪問網(wǎng)絡(luò)上的文件，會(huì)自動(dòng)下載
ADD
示例：ADD *.js /app 添加 js 文件到容器中的 app 目錄下

COPY：
#功能和ADD一樣，只是復(fù)制，不會(huì)解壓或者下載文件

CMD：
#啟動(dòng)容器后執(zhí)行的命令，和RUN不一樣，RUN是在構(gòu)建鏡像是要運(yùn)行的命令
當(dāng)使用dockerrun運(yùn)行容器的時(shí)候，這個(gè)可以在命令行被覆蓋
示例：CMD [executable, param1, param2]

ENTRYPOINT：
#也是執(zhí)行命令，和CMD一樣，只是這個(gè)命令不會(huì)被命令行覆蓋
ENTRYPOINT[executable,param1,param2]
示例：ENTRYPOINT [donnet, myapp.dll]

LABEL：
#為鏡像添加元數(shù)據(jù)，key-value形式
LABEL==...
示例：LABEL version=1.0 description=這是一個(gè)web應(yīng)用

ENV：
#設(shè)置環(huán)境變量，有些容器運(yùn)行時(shí)會(huì)需要某些環(huán)境變量
ENV一次設(shè)置一個(gè)環(huán)境變量
ENV===設(shè)置多個(gè)環(huán)境變量
示例：ENV JAVA_HOME /usr/java1.8/

EXPOSE：
#暴露對(duì)外的端口（容器內(nèi)部程序的端口，雖然會(huì)和宿主機(jī)的一樣，但是其實(shí)是兩個(gè)端口）
EXPOSE
示例：EXPOSE 80
容器運(yùn)行時(shí)，需要用-p映射外部端口才能訪問到容器內(nèi)的端口

VOLUME：
#指定數(shù)據(jù)持久化的目錄，官方語言叫做掛載
VOLUME/var/log
#指定容器中需要被掛載的目錄，會(huì)把這個(gè)目錄映射到宿主機(jī)的一個(gè)隨機(jī)目錄上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久化和同步
VOLUME[/var/log,/var/test.....]
#指定容器中多個(gè)需要被掛載的目錄，會(huì)把這些目錄映射到宿主機(jī)的多個(gè)隨機(jī)目錄上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久化和同步

VOLUME/var/datavar/log
#指定容器中的var/log目錄掛載到宿主機(jī)上的/var/data目錄，這種形式可以手動(dòng)指定宿主機(jī)上的目錄

WORKDIR：
#設(shè)置工作目錄，設(shè)置之后，RUN、CMD、COPY、ADD的工作目錄都會(huì)同步變更
WORKDIR
示例：WORKDIR /app/test

USER：
#指定運(yùn)行命令時(shí)所使用的用戶，為了安全和權(quán)限起見，根據(jù)要執(zhí)行的命令選擇不同用戶
USER:[]
示例：USER test

ARG：
#設(shè)置構(gòu)建鏡像是要傳遞的參數(shù)
ARG[=]
ARGname=sss

更多操作，請(qǐng)移步官方使用文檔：

https://docs.docker.com/

八、最佳實(shí)踐

在掌握Docker常規(guī)操作之后，我們很容易就可以打出自己想要的項(xiàng)目鏡像。然而不同的操作打出的鏡像也是千差萬別。

究竟是什么原因?qū)е络R像差異，我們不妨繼續(xù)探索。

以下是在應(yīng)用Docker過程中整理的最佳實(shí)踐，請(qǐng)盡量遵循如下準(zhǔn)則：

Require明確：需要什么鏡像

步驟精簡(jiǎn)：變化較少的Step優(yōu)先

版本明確：鏡像命名明確

說明文檔：整個(gè)鏡像打包步驟可以重現(xiàn)

九、總結(jié)

容器化技術(shù)必將是云時(shí)代不可或缺的技能之一，而Docker只是滄海一粟。隨之而來的還有集群容器管理K8s、Service Mesh、Istio等技術(shù)。打開Docker的大門，不斷抽絲剝繭，逐層深入，你將感受到容器化的無窮魅力。

審核編輯：黃飛