Docker到底是什么，要解決什么問(wèn)題，好處又在哪里？

2013年發(fā)布至今， Docker 一直廣受矚目，被認(rèn)為可能會(huì)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(wèn)題，好處又在哪里？本文就來(lái)詳細(xì)解釋，幫助大家理解它，還帶有簡(jiǎn)單易懂的實(shí)例，教你如何將它用于日常開(kāi)發(fā)。

一、環(huán)境配置的難題

軟件開(kāi)發(fā)最大的麻煩事之一，就是環(huán)境配置。用戶計(jì)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(lái)？用戶必須保證兩件事：操作系統(tǒng)的設(shè)置，各種庫(kù)和組件的安裝。只有它們都正確，軟件才能運(yùn)行。舉例來(lái)說(shuō)，安裝一個(gè) Python 應(yīng)用，計(jì)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(kāi)發(fā)者常常會(huì)說(shuō)："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(tái)機(jī)器，就要重來(lái)一次，曠日費(fèi)時(shí)。很多人想到，能不能從根本上解決問(wèn)題，軟件可以帶環(huán)境安裝？也就是說(shuō)，安裝的時(shí)候，把原始環(huán)境一模一樣地復(fù)制過(guò)來(lái)。

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(yùn)行另一種操作系統(tǒng)，比如在 Windows 系統(tǒng)里面運(yùn)行 Linux 系統(tǒng)。應(yīng)用程序?qū)Υ撕翢o(wú)感知，因?yàn)樘摂M機(jī)看上去跟真實(shí)系統(tǒng)一模一樣，而對(duì)于底層系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，虛擬機(jī)就是一個(gè)普通文件，不需要了就刪掉，對(duì)其他部分毫無(wú)影響。雖然用戶可以通過(guò)虛擬機(jī)還原軟件的原始環(huán)境。但是，這個(gè)方案有幾個(gè)缺點(diǎn)。

資源占用多

虛擬機(jī)會(huì)獨(dú)占一部分內(nèi)存和硬盤空間。它運(yùn)行的時(shí)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(yùn)行。

冗余步驟多

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

啟動(dòng)慢

啟動(dòng)操作系統(tǒng)需要多久，啟動(dòng)虛擬機(jī)就需要多久?？赡芤葞追昼?，應(yīng)用程序才能真正運(yùn)行。

三、Linux 容器

由于虛擬機(jī)存在這些缺點(diǎn)，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(gè)完整的操作系統(tǒng)，而是對(duì)進(jìn)程進(jìn)行隔離?；蛘哒f(shuō)，在正常進(jìn)程的外面套了一個(gè)保護(hù)層。對(duì)于容器里面的進(jìn)程來(lái)說(shuō)，它接觸到的各種資源都是虛擬的，從而實(shí)現(xiàn)與底層系統(tǒng)的隔離。

由于容器是進(jìn)程級(jí)別的，相比虛擬機(jī)有很多優(yōu)勢(shì)。

啟動(dòng)快

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

資源占用少

容器只占用需要的資源，不占用那些沒(méi)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(gè)容器可以共享資源，虛擬機(jī)都是獨(dú)享資源。

體積小

容器只要包含用到的組件即可，而虛擬機(jī)是整個(gè)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(diǎn)像輕量級(jí)的虛擬機(jī)，能夠提供虛擬化的環(huán)境，但是成本開(kāi)銷小得多。

四、Docker 是什么？

Docker 屬于 Linux 容器的一種封裝，提供簡(jiǎn)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(gè)文件里面。運(yùn)行這個(gè)文件，就會(huì)生成一個(gè)虛擬容器。程序在這個(gè)虛擬容器里運(yùn)行，就好像在真實(shí)的物理機(jī)上運(yùn)行一樣。有了 Docker，就不用擔(dān)心環(huán)境問(wèn)題?？傮w來(lái)說(shuō)，Docker 的接口相當(dāng)簡(jiǎn)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。

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

提供彈性的云服務(wù)。因?yàn)?Docker 容器可以隨開(kāi)隨關(guān)，很適合動(dòng)態(tài)擴(kuò)容和縮容。

組建微服務(wù)架構(gòu)。通過(guò)多個(gè)容器，一臺(tái)機(jī)器可以跑多個(gè)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(gè)開(kāi)源的商業(yè)產(chǎn)品，有兩個(gè)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(fèi)服務(wù)，個(gè)人開(kāi)發(fā)者一般用不到。下面的介紹都針對(duì)社區(qū)版。Docker CE 的安裝請(qǐng)參考官方文檔。

Mac：https://docs.docker.com/docker-for-mac/install/

Windows：https://docs.docker.com/docker-for-windows/install/

Ubuntu：https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/ubuntu/

Debian：https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/debian/

CentOS：https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/centos/

Fedora：https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/fedora/

其他 Linux 發(fā)行版：https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/binaries/

安裝完成后，運(yùn)行下面的命令，驗(yàn)證是否安裝成功。

$ docker version# 或者$ docker infoDocker 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[1]）。$ sudo usermod -aG docker $USERDocker 是服務(wù)器——客戶端架構(gòu)。命令行運(yùn)行Docker命令的時(shí)候，需要本機(jī)有 Docker 服務(wù)。如果這項(xiàng)服務(wù)沒(méi)有啟動(dòng)，可以用下面的命令啟動(dòng)（官方文檔[2]）。# service 命令的用法$ sudo service docker start# systemctl 命令的用法$ sudo systemctl start docker

七、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(guò)這個(gè)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(shí)例。同一個(gè) image 文件，可以生成多個(gè)同時(shí)運(yùn)行的容器實(shí)例。image 是二進(jìn)制文件。實(shí)際開(kāi)發(fā)中，一個(gè) image 文件往往通過(guò)繼承另一個(gè) image 文件，加上一些個(gè)性化設(shè)置而生成。舉例來(lái)說(shuō)，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(tái)機(jī)器的 image 文件拷貝到另一臺(tái)機(jī)器，照樣可以使用。一般來(lái)說(shuō)，為了節(jié)省時(shí)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(kāi)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(cāng)庫(kù)。Docker 的官方倉(cāng)庫(kù) Docker Hub 是最重要、最常用的 image 倉(cāng)庫(kù)。此外，出售自己制作的 image 文件也是可以的。

八、實(shí)例：hello world

下面，我們通過(guò)最簡(jiǎn)單的 image 文件"hello world[3]"，感受一下 Docker。首先，運(yùn)行下面的命令，將 image 文件從倉(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)里面的位置，其中 library 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[4] 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(gè) image 文件了。$ docker image ls現(xiàn)在，運(yùn)行這個(gè) image 文件。$ docker container run hello-worlddocker container run命令會(huì)從 image 文件，生成一個(gè)正在運(yùn)行的容器實(shí)例。注意，docker container run命令具有自動(dòng)抓取 image 文件的功能。如果發(fā)現(xiàn)本地沒(méi)有指定的 image 文件，就會(huì)從倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)抓取。因此，前面的docker image pull命令并不是必需的步驟。如果運(yùn)行成功，你會(huì)在屏幕上讀到下面的輸出。$ docker container run hello-worldHello 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(huì)停止運(yùn)行，容器自動(dòng)終止。有些容器不會(huì)自動(dòng)終止，因?yàn)樘峁┑氖欠?wù)。比如，安裝運(yùn)行 Ubuntu 的 image，就可以在命令行體驗(yàn) Ubuntu 系統(tǒng)。$ docker container run -it ubuntu bash對(duì)于那些不會(huì)自動(dòng)終止的容器，必須使用docker container kill 命令手動(dòng)終止。$ docker container kill [containID]

九、容器文件

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

# 列出本機(jī)正在運(yùn)行的容器$ docker container ls# 列出本機(jī)所有容器，包括終止運(yùn)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(gè) ID，比如上一節(jié)終止容器運(yùn)行的docker container kill命令。終止運(yùn)行的容器文件，依然會(huì)占據(jù)硬盤空間，可以使用docker container rm命令刪除。$ docker container rm [containerID]運(yùn)行上面的命令之后，再使用docker container ls --all命令，就會(huì)發(fā)現(xiàn)被刪除的容器文件已經(jīng)消失了。

十、Dockerfile 文件

學(xué)會(huì)使用 image 文件以后，接下來(lái)的問(wèn)題就是，如何可以生成 image 文件？如果你要推廣自己的軟件，勢(shì)必要自己制作 image 文件。這就需要用到 Dockerfile 文件。它是一個(gè)文本文件，用來(lái)配置 image。Docker 根據(jù) 該文件生成二進(jìn)制的 image 文件。下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例，演示如何編寫 Dockerfile 文件。

十一、實(shí)例：制作自己的 Docker 容器

下面我以 koa-demos[5] 項(xiàng)目為例，介紹怎么寫 Dockerfile 文件，實(shí)現(xiàn)讓用戶在 Docker 容器里面運(yùn)行 Koa 框架。作為準(zhǔn)備工作，請(qǐng)先下載源碼[6]。

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

11.1 編寫 Dockerfile 文件首先，在項(xiàng)目的根目錄下，新建一個(gè)文本文件.dockerignore，寫入下面的內(nèi)容[7]。

.gitnode_modulesnpm-debug.log上面代碼表示，這三個(gè)路徑要排除，不要打包進(jìn)入 image 文件。如果你沒(méi)有路徑要排除，這個(gè)文件可以不新建。然后，在項(xiàng)目的根目錄下，新建一個(gè)文本文件 Dockerfile，寫入下面的內(nèi)容[8]。FROM node:8.4COPY . /appWORKDIR /appRUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.orgEXPOSE 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(hào)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(lái)的工作路徑為/app。

RUN npm install：在/app目錄下，運(yùn)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(lái)， 允許外部連接這個(gè)端口。

11.2 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(lái)指定 image 文件的名字，后面還可以用冒號(hào)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(gè)點(diǎn)表示 Dockerfile 文件所在的路徑，上例是當(dāng)前路徑，所以是一個(gè)點(diǎn)。如果運(yùn)行成功，就可以看到新生成的 image 文件koa-demo了。$ docker image ls

11.3 生成容器docker container run命令會(huì)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(gè)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(huì)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(dòng)以后，內(nèi)部第一個(gè)執(zhí)行的命令。這里是啟動(dòng) Bash，保證用戶可以使用 Shell。

如果一切正常，運(yùn)行上面的命令以后，就會(huì)返回一個(gè)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(shí)，Koa 框架已經(jīng)運(yùn)行起來(lái)了。打開(kāi)本機(jī)的瀏覽器，訪問(wèn) http://127.0.0.1:8000，網(wǎng)頁(yè)顯示"Not Found"，這是因?yàn)檫@個(gè) demo[9] 沒(méi)有寫路由。這個(gè)例子中，Node 進(jìn)程運(yùn)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）?，F(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(yùn)行。# 在本機(jī)的另一個(gè)終端窗口，查出容器的 ID$ docker container ls# 停止指定的容器運(yùn)行$ docker container kill [containerID]容器停止運(yùn)行之后，并不會(huì)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(yùn)行后自動(dòng)刪除容器文件。$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash

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

FROM node:8.4COPY . /appWORKDIR /appRUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.orgEXPOSE 3000CMD 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(dòng)后自動(dòng)執(zhí)行node demos/01.js。你可能會(huì)問(wèn)，RUN命令與CMD命令的區(qū)別在哪里？簡(jiǎn)單說(shuō)，RUN命令在 image 文件的構(gòu)建階段執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果都會(huì)打包進(jìn)入 image 文件；CMD命令則是在容器啟動(dòng)后執(zhí)行。另外，一個(gè) Dockerfile 可以包含多個(gè)RUN命令，但是只能有一個(gè)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(huì)覆蓋CMD命令?，F(xiàn)在，啟動(dòng)容器可以使用下面的命令。$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1

11.5 發(fā)布 image 文件容器運(yùn)行成功后，就確認(rèn)了 image 文件的有效性。這時(shí)，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(cè)一個(gè)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(shí)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。

十二、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(gè)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(yùn)行一次，就會(huì)新建一個(gè)容器。同樣的命令運(yùn)行兩次，就會(huì)生成兩個(gè)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(lái)啟動(dòng)已經(jīng)生成、已經(jīng)停止運(yùn)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(yùn)行，相當(dāng)于向容器里面的主進(jìn)程發(fā)出 SIGKILL 信號(hào)。而docker container stop命令也是用來(lái)終止容器運(yùn)行，相當(dāng)于向容器里面的主進(jìn)程發(fā)出 SIGTERM 信號(hào)，然后過(guò)一段時(shí)間再發(fā)出 SIGKILL 信號(hào)。$ bash container stop [containerID]這兩個(gè)信號(hào)的差別是，應(yīng)用程序收到 SIGTERM 信號(hào)以后，可以自行進(jìn)行收尾清理工作，但也可以不理會(huì)這個(gè)信號(hào)。如果收到 SIGKILL 信號(hào)，就會(huì)強(qiáng)行立即終止，那些正在進(jìn)行中的操作會(huì)全部丟失。（3）docker container logsdocker container logs命令用來(lái)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(yùn)行容器的時(shí)候，沒(méi)有使用-it參數(shù)，就要用這個(gè)命令查看輸出。$ docker container logs [containerID]（4）docker container execdocker container exec命令用于進(jìn)入一個(gè)正在運(yùn)行的 docker 容器。如果docker run命令運(yùn)行容器的時(shí)候，沒(méi)有使用-it參數(shù)，就要用這個(gè)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 cpdocker container cp命令用于從正在運(yùn)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。$ docker container cp [containID]:[/path/to/file] .