掌握Docker的基本原理與實踐操作

富Web時代，應用變得越來越強大，與此同時也越來越復雜。集群部署、隔離環境、灰度發布以及動態擴容缺一不可，而容器化則成為中間的必要橋梁。

本節我們就來探索一下Docker的神秘世界，從零到一掌握Docker的基本原理與實踐操作。別再守著前端那一畝三分地，是時候該開疆擴土了。

一、講個故事

為了更好的理解Docker是什么，我們先來講個故事：

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

結果，住了一段時間，心血來潮想搬到海邊去。這時候按以往的辦法，我只能去海邊，再次搬石頭、砍木頭、畫圖紙、蓋房子。

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

等我到了海邊，就用這個「鏡像」，復制一套房子，拎包入住。

是不是很神奇？對應到我們的項目中來，房子就是項目本身，鏡像就是項目的復制，背包就是鏡像倉庫。如果要動態擴容，從倉庫中取出項目鏡像，隨便復制就可以了。Build?once，Run?anywhere!

不用再關注版本、兼容、部署等問題，徹底解決了「上線即崩，無休止構建」的尷尬。

二、虛擬機與容器

開始之前，我們來做一些基礎知識的儲備：

1.虛擬機：虛擬化硬件

虛擬機Virtual Machine指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。在實體計算機中能夠完成的工作在虛擬機中都能夠實現。

在計算機中創建虛擬機時，需要將實體機的部分硬盤和內存容量作為虛擬機的硬盤和內存容量。每個虛擬機都有獨立的CMOS、硬盤和操作系統，可以像使用實體機一樣對虛擬機進行操作。在容器技術之前，業界的網紅是虛擬機。

虛擬機技術的代表，是VMWare和OpenStack。

2.容器：將操作系統層虛擬化，是一個標準的軟件單元

隨處運行：容器可以將代碼與配置文件和相關依賴庫進行打包，從而確保在任何環境下的運行都是一致的。

高資源利用率：容器提供進程級的隔離，因此可以更加精細地設置CPU和內存的使用率，進而更好地利用服務器的計算資源。

快速擴展：每個容器都可作為單獨的進程予以運行，并且可以共享底層操作系統的系統資源，這樣一來可以加快容器的啟動和停止效率。

3.區別與聯系

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

容器技術不需要虛擬出整個操作系統，只需要虛擬一個小規模的環境，類似「沙箱」；

運行空間，虛擬機一般要幾GB到 幾十GB的空間，而容器只需要MB級甚至KB級；

我們來看一下對比數據：

與虛擬機相比，容器更輕量且速度更快，因為它利用了Linux底層操作系統在隔離的環境中運行。虛擬機的Hypervisor創建了一個非常牢固的邊界，以防止應用程序突破它，而容器的邊界不那么強大。

物理機部署不能充分利用資源，造成資源浪費。虛擬機方式部署，虛擬機本身會占用大量資源，導致資源浪費，另外虛擬機性能也很差。而容器化部署比較靈活，且輕量級，性能較好。

虛擬機屬于虛擬化技術，而 Docker 這樣的容器技術，屬于輕量級的虛擬化。

三、認識 Docker

1.概念

Docker是一個開源的應用容器引擎，讓開發者可以打包他們的應用以及依賴包到一個可移植的容器中，然后發布到任何流行的Linux機器上，也可以實現虛擬化。容器是完全使用沙箱機制，相互之間不會有任何接口。

Docker技術的三大核心概念，分別是：鏡像Image、容器Container、倉庫Repository。

2.Docker輕量級的原因？

相信你也會有這樣的疑惑：為什么Docker啟動快？如何做到和宿主機共享內核？

當我們請求Docker運行容器時，Docker會在計算機上設置一個資源隔離的環境。然后將打包的應用程序和關聯的文件復制到Namespace內的文件系統中，此時環境的配置就完成了。之后Docker會執行我們預先指定的命令，運行應用程序。

鏡像不包含任何動態數據，其內容在構建之后也不會被改變。

四、核心概念

1.Build, Ship and Run（搭建、運輸、運行）；

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

3.Docker本身并不是容器，它是創建容器的工具，是應用容器引擎；

4.Docker三大核心概念，分別是：鏡像Image，容器Container、倉庫Repository；

5.Docker技術使用Linux內核和內核功能（例如Cgroups和namespaces）來分隔進程，以便各進程相互獨立運行。

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上運行。那么Docker如何在macOS或Windows上運行？Docker實際上使用了一個技巧，并在非Linux操作系統上安裝Linux虛擬機，然后在虛擬機內運行容器。

7.鏡像是一個可執行包，其包含運行應用程序所需的代碼、運行時、庫、環境變量和配置文件，容器是鏡像的運行時實例。

五、安裝 Docker

1.命令行安裝

Homebrew的Cask已經支持Docker for Mac，因此可以很方便的使用Homebrew Cask來進行安裝，執行如下命令：

brewcaskinstalldocker

更多安裝方式，請查看官方文檔：

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

桌面端操作非常簡單，先去官網下載。通過Docker桌面端，我們可以方便的操作：

clone：克隆一個項目

build：打包鏡像

run：運行實例

share：共享鏡像

好了，準備工作就緒，下面可以大展身手了！

六、快速開始

安裝完Docker之后，我們先打個實際項目的鏡像，邊學邊用。

1.首先需要大致了解一下我們將會用到的11個命令

2.新建項目

為了快捷，我們直接使用Vue腳手架構建項目：

vuecreatedocker-demo

嘗試啟動一下：

yarnserve

訪問地址：http://localhost:8080/。項目就緒，我們接著為項目打包：

yarnbuild

這時候，項目目錄下的Dist就是我們要部署的靜態資源了，我們繼續下一步。

需要注意：前端項目一般分兩類，一類直接Nginx靜態部署，一類需要啟動Node服務。本節我們只考慮第一種。

3.新建Dockerfile

cddocker-demo&&touchDockerfile

此時的項目目錄如下：

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

可以看到我們已經在docker-demo目錄下成功創建了Dockerfile文件。

4.準備Nginx鏡像

運行你的Docker桌面端，就會默認啟動實例，我們在控制臺拉取Nginx鏡像：

dockerpullnginx

控制臺會出現如下信息：

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

如果你出現這樣的異常，請確認Docker實例是否正常運行。

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

鏡像準備OK，我們在根目錄創建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鏡像而構建的；

COPY dist/ /usr/share/nginx/html/命令的意思是將項目根目錄下dist文件夾中的所有文件復制到鏡像中/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鏡像里的默認配置。

6.構建鏡像

Docker通過build命令來構建鏡像：

dockerbuild-tjartto-docker-demo.

按照慣例，我們解釋一下上述代碼：

-t參數給鏡像命名jartto-docker-demo

.是基于當前目錄的Dockerfile來構建鏡像

執行成功后，將會輸出：

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133MB的項目鏡像：

jartto-docker-demolatest7df6efaf9592Aboutaminuteago133MB

鏡像也有好壞之分，后續我們將介紹如何優化，這里可以先暫時忽略。

7.運行容器

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

這里解釋一下參數：

-d設置容器在后臺運行

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

--name設置容器名docker-vue

jartto-docker-demo是我們上面構建的鏡像名字

補充一點：在控制臺，我們可以通過docker ps查看剛運行的Container的ID：

dockerps-a

控制臺會輸出：

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.訪問項目

因為我們映射了本機3000端口，所以執行：

curl-v-ilocalhost:3000

或者打開瀏覽器，訪問：localhost:3000

9.發布鏡像

如果你想為社區貢獻力量，那么需要將鏡像發布，方便其他開發者使用。

發布鏡像需要如下步驟：

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

命令行執行docker login，之后輸入我們的賬號密碼，進行登錄；

推送鏡像之前，需要打一個Tag，執行docker tag /:

全流程結束，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獨特魅力所在。

七、常規操作

到這里，恭喜你已經完成了Docker的入門項目！如果還想繼續深入，不妨接著往下看看。

1.參數使用

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

MAINTAINER：
#鏡像維護人的信息
MAINTAINER
示例：MAINTAINER Jartto Jartto@qq.com

RUN：
#構建鏡像時要執行的命令
RUN
示例：RUN [executable, param1, param2]

ADD：
#將本地的文件添加復制到容器中去，壓縮包會解壓，可以訪問網絡上的文件，會自動下載
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，只是復制，不會解壓或者下載文件

CMD：
#啟動容器后執行的命令，和RUN不一樣，RUN是在構建鏡像是要運行的命令
當使用dockerrun運行容器的時候，這個可以在命令行被覆蓋
示例：CMD [executable, param1, param2]

ENTRYPOINT：
#也是執行命令，和CMD一樣，只是這個命令不會被命令行覆蓋
ENTRYPOINT[executable,param1,param2]
示例：ENTRYPOINT [donnet, myapp.dll]

LABEL：
#為鏡像添加元數據，key-value形式
LABEL==...
示例：LABEL version=1.0 description=這是一個web應用

ENV：
#設置環境變量，有些容器運行時會需要某些環境變量
ENV一次設置一個環境變量
ENV===設置多個環境變量
示例：ENV JAVA_HOME /usr/java1.8/

EXPOSE：
#暴露對外的端口（容器內部程序的端口，雖然會和宿主機的一樣，但是其實是兩個端口）
EXPOSE
示例：EXPOSE 80
容器運行時，需要用-p映射外部端口才能訪問到容器內的端口

VOLUME：
#指定數據持久化的目錄，官方語言叫做掛載
VOLUME/var/log
#指定容器中需要被掛載的目錄，會把這個目錄映射到宿主機的一個隨機目錄上，實現數據的持久化和同步
VOLUME[/var/log,/var/test.....]
#指定容器中多個需要被掛載的目錄，會把這些目錄映射到宿主機的多個隨機目錄上，實現數據的持久化和同步

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

WORKDIR：
#設置工作目錄，設置之后，RUN、CMD、COPY、ADD的工作目錄都會同步變更
WORKDIR
示例：WORKDIR /app/test

USER：
#指定運行命令時所使用的用戶，為了安全和權限起見，根據要執行的命令選擇不同用戶
USER:[]
示例：USER test

ARG：
#設置構建鏡像是要傳遞的參數
ARG[=]
ARGname=sss

更多操作，請移步官方使用文檔：

https://docs.docker.com/

八、最佳實踐

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

究竟是什么原因導致鏡像差異，我們不妨繼續探索。

以下是在應用Docker過程中整理的最佳實踐，請盡量遵循如下準則：

Require明確：需要什么鏡像

步驟精簡：變化較少的Step優先

版本明確：鏡像命名明確

說明文檔：整個鏡像打包步驟可以重現

九、總結

容器化技術必將是云時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。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