docker入门

前言

Docker诞生于2013年，由Solomon Hykes在DotCloud公司（后更名为Docker, Inc.）创立。Docker的核心理念是**"Build, Ship, and Run Anywhere"**，即构建、发布、运行应用程序不受环境限制。Docker通过容器化技术，将应用及其所有依赖打包到一个独立的、可移植的单元中，从而实现了一次构建，随处运行的目标。如果你生活在docker诞生之前的年代，你可能会遇到项目上线的噩梦，测试环境一切都OK的，上了生产环境就出问题。Docker的出现解放了运维人员，它完没解决了软件实施中由的环境、包依赖产生的各种次生问题。

一、docker解决的实际问题

docker具体解决问题如下：

1. 环境一致性问题

• 问题描述： 开发环境和生产环境之间经常存在差异，这些差异可能导致应用在开发环境中正常运行，但在生产环境中出现问题。比如，开发者的操作系统、库版本、配置文件等可能与生产环境不同。

• Docker解决方案： 通过容器技术，开发者可以将应用及其所有依赖打包成一个镜像。这个镜像在任何支持Docker的环境中运行时，都会有相同的行为和环境，从而保证了环境的一致性。

2. 依赖管理问题

• 问题描述： 现代应用通常依赖于多个库和服务。这些依赖可能会产生冲突，特别是在不同的项目中使用不同版本的库时。

• **Docker解决方案： ** Docker容器包含应用程序所需的所有依赖，并相互隔离。这意味着一个容器中的依赖不会影响到其他容器，确保了不同应用之间的依赖冲突问题得到解决。

3. 部署复杂性问题

• 问题描述： 传统的应用部署过程通常是手动的，涉及配置文件修改、依赖安装等多个步骤。这不仅耗时，而且容易出错。

• Docker解决方案： 通过Docker，整个应用及其环境可以被打包成一个镜像，并且可以在任何支持Docker的平台上运行。这样大大简化了部署过程，减少了出错的可能性。

4. 资源利用率问题

• 问题描述： 传统的虚拟机技术虽然能够隔离不同的应用，但每个虚拟机都需要一个完整的操作系统，资源开销大，启动速度慢。

• Docker解决方案： Docker容器共享宿主机的内核，但仍然保持进程的隔离。这使得容器更加轻量，启动速度快，资源利用率高。

5. 可移植性问题

• 问题描述： 不同的环境（如开发、测试、生产）之间迁移应用通常是困难且复杂的，因为每个环境可能有不同的配置和依赖。

• Docker解决方案： Docker镜像可以在任何支持Docker的环境中运行。这意味着开发者可以在本地构建和测试容器，然后直接将相同的容器部署到生产环境中，确保应用在所有环境中的行为一致。

总结： Docker诞生的背景是为了解决软件开发和部署过程中常见的环境一致性、依赖管理、部署复杂性、资源利用率以及可移植性问题。通过容器技术，Docker提供了一种轻量级、快速、隔离的解决方案，使得应用的开发、测试、部署和运行变得更加高效和可靠。

二、Docker技术介绍

2.1 什么是Docker？

Docker是一个开源的应用容器引擎，允许开发者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，或Windows和MacOS上。容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口。

2.2 Docker的优势

1. 轻量级： Docker容器与传统虚拟机相比更轻量，不需要额外的操作系统开销。
2. 快速启动： 容器化的应用启动速度非常快，通常在秒级别。
3. 一致性环境： 确保开发、测试、生产环境的一致性，减少环境差异带来的问题。在这里插入代码片
4. 易于扩展和迁移： Docker容器可以轻松地在不同环境中迁移和扩展。

2.3Docker的基本概念

1. 镜像（Image）： 一个只读的模板，用于创建容器。镜像可以包含应用程序和其运行环境。
2. 容器（Container）： 镜像的一个实例。可以启动、停止、移动和删除。每个容器都是相互隔离的。
3. 仓库（Repository）： 存储镜像的地方。分为公共仓库和私有仓库。

三、Linux下安装和使用Docker

3.1安装Docker

以Ubuntu为例，以下是安装Docker的步骤：

1.更新软件包索引

sudo apt-get update

2.安装必要的依赖包

sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

3.添加Docker的官方GPG密钥

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

4. 设置Docker的稳定版仓库

sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"

5. 再次更新软件包索引

sudo apt-get update

6. 安装Docker CE（Community Edition）

sudo apt-get install docker-ce

7. 验证Docker是否安装成功

sudo systemctl status docker

或者

docker --version

3.2 使用Docker

1. 运行一个简单的Docker容器

sudo docker run hello-world

这条命令会从Docker Hub拉取一个名为hello-world的测试镜像，并在容器中运行它。

2. 列出所有运行中的容器

sudo docker ps

3.列出所有容器（包括未运行的）

sudo docker ps -a

4.启动一个已停止的容器

sudo docker start <容器ID>

5.停止一个运行中的容器

sudo docker stop <容器ID>

6.删除一个容器

sudo docker rm <容器ID>

7.拉取一个镜像

sudo docker pull <镜像名>

8.构建一个镜像

假设有一个名为Dockerfile的文件：

sudo docker build -t myimage:1.0 .

9.列出本地所有镜像

sudo docker images

10.删除一个镜像

sudo docker rmi <镜像ID>

11.从镜像运行一个容器

sudo docker run -it <镜像名> /bin/bash

-it 参数使容器运行在交互模式，并且打开一个终端。

12.查看容器的日志

sudo docker logs <容器ID>

13.进入一个运行中的容器

sudo docker exec -it <容器ID> /bin/bash

这条命令将打开一个在指定容器内的交互式终端。

14.查看容器的详细信息

sudo docker inspect <容器ID>

15.将容器停止并删除、

sudo docker rm -f <容器ID>

16.保存容器为镜像

sudo docker commit <容器ID> <新镜像名>

17.导出容器为tar文件

sudo docker export <容器ID> -o <文件名>.tar

18.导入tar文件为镜像

sudo docker import <文件名>.tar <新镜像名>

19.保存镜像为tar文件

sudo docker save -o <文件名>.tar <镜像名>

20.从tar文件加载镜像

sudo docker load -i <文件名>.tar

21.查看Docker的系统信息

sudo docker info

3.3安装Docker Compose

除了基本的Docker命令，Docker Compose也是一个重要的工具，允许用户定义和管理多容器Docker应用。

1.下载Docker Compose

sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/1.29.2/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose

2.应用可执行权限

sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

3.验证安装是否成功

docker-compose --version

3.4使用Docker Compose

1.创建一个docker-compose.yml文件

version: '3'
services:
  web:
    image: nginx
    ports:
      - "80:80"
  redis:
    image: redis

2.启动所有服务

sudo docker-compose up -d

3.查看服务状态

sudo docker-compose ps

sudo docker-compose ps

4.停止所有服务

sudo docker-compose down

5.查看服务日志

sudo docker-compose logs

通过以上步骤，你可以在Linux下成功安装、配置并使用Docker进行应用容器化管理。Docker的灵活性和强大的功能使其成为现代应用开发和部署的重要工具。

四、初学者常见的问题

1. 什么是Docker镜像和容器，二者有什么区别？

疑惑描述： 很多初学者会混淆镜像（Image）和容器（Container）的概念。
解答：

• Docker镜像是一个只读的模板，包含了运行应用程序所需的所有文件和配置。镜像是静态的。你还记得机器猫用的那台照相机吗，用这台照相机把想要的东西拍下来，然后将拍摄下来的照片放在地上，加热水在照片上等3秒钟，就会把这个东西微缩模型造出来。这个照片你就可以理解为Docker镜像。而那个生成的3D模型就是Docker镜像。你也可以对比类和类的实例对象一样，镜像是类，容器是类的实例。
• Docker容器是镜像的一个运行实例，是动态的。容器包含镜像的内容，并且在容器内可以运行应用、修改文件等。

2. Docker容器如何实现隔离，为什么比虚拟机更高效？

疑惑描述： 初学者可能不理解容器和虚拟机的隔离机制以及它们的性能差异。

解答：

• 隔离机制： Docker容器利用操作系统的内核功能（如cgroups和namespaces）来实现进程和资源的隔离。每个容器运行在其独立的环境中，但共享宿主机的操作系统内核。
• 性能： 因为容器不需要像虚拟机那样加载一个完整的操作系统，它们启动速度更快，占用的资源更少。虚拟机需要虚拟化一个完整的硬件环境和操作系统，而容器只虚拟化应用层和其依赖。

3.如何持久化数据，避免数据在容器删除后丢失？

**疑惑描述：**容器本身是短暂的，数据如何在容器重启或删除后保留？

解答：

• 数据卷（Volumes）：Docker提供了数据卷来实现持久化数据。数据卷独立于容器的生命周期，即使容器被删除，数据卷中的数据依然保留。

docker run -v /host/path:/container/path myimage

• 绑定挂载（Bind Mounts）：将宿主机上的目录挂载到容器中，类似于数据卷，但更灵活。

4.Dockerfile是什么，它如何工作？

疑惑描述： 很多初学者不知道如何创建和使用Dockerfile。

解答：

• Dockerfile是一个文本文件，包含一系列指令，用于描述如何构建Docker镜像。
• 每个指令在镜像上执行一个操作，如安装软件、复制文件、设置环境变量等。
• 一个简单的Dockerfile示例：

FROM ubuntu:latest
RUN apt-get update && apt-get install -y python3
COPY . /app
WORKDIR /app
CMD ["python3", "app.py"]

• 使用docker build -t myimage .命令根据Dockerfile构建镜像。

五、docker技术的优势的实例

假设我们有一个使用Flask开发的Web应用，数据库使用MySQL。我们将比较在开发和测试、生产环境中，使用Docker和不使用Docker技术的区别，重点突出Docker在环境隔离和依赖管理方面的优点。

5.1 不使用Docker的开发和部署

开发和测试环境

1.安装依赖

• 开发者需要在本地安装Python和Flask。
• 安装MySQL数据库。
• 使用requirements.txt安装Flask和其他Python依赖。
• 配置虚拟环境（例如venv）以隔离项目的依赖。
• 配置MySQL数据库（例如数据库名、用户、密码）。

2.运行应用

python app.py

3.可能遇到的问题

• 不同开发者的环境配置可能不同，导致代码在某些开发者的环境中运行失败。
• MySQL版本不一致可能导致数据库兼容性问题。
• 依赖包版本冲突，特别是在多个项目共用一个环境时。

生产环境

1.部署依赖

• 在服务器上安装Python和Flask。
• 安装和配置MySQL数据库。
• 使用requirements.txt安装Flask和其他Python依赖。
• 确保生产环境的配置和开发环境一致。

2.运行应用

• 配置和启动Flask应用，可能使用gunicorn等WASGI服务器。
• 确保MySQL数据库服务正常运行。

3.可能遇到的问题

• 生产环境和开发环境之间的配置差异导致应用不兼容。
• 手动安装和配置依赖，容易出错且耗时。
• 版本不一致和环境依赖问题，导致生产环境下的应用运行异常。

5.2 使用Docker的开发和部署

开发和测试环境

1.创建Dockerfile

FROM python:3.9-slim

WORKDIR /app

COPY requirements.txt requirements.txt
RUN pip install -r requirements.txt

COPY . .

CMD ["python", "app.py"]

2.创建docker-compose.yml

version: '3.8'

services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "5000:5000"
    depends_on:
      - db
    environment:
      - FLASK_ENV=development
      - DATABASE_URI=mysql://user:password@db/dbname

  db:
    image: mysql:5.7
    restart: always
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: rootpassword
      MYSQL_DATABASE: dbname
      MYSQL_USER: user
      MYSQL_PASSWORD: password
    ports:
      - "3306:3306"

3.启动开发环境

docker-compose up

4.优势

• 所有开发者使用相同的Docker镜像和容器，确保环境一致性。
• 依赖和配置在Dockerfile和docker-compose.yml中定义，避免手动安装和配置。
• 容器化的MySQL确保数据库版本一致，不同项目之间互不影响。

生产环境

1. 配置Docker镜像和Compose文件

• 使用相同的Dockerfile和docker-compose.yml文件，可以在生产环境中部署。
• 生产环境可能需要调整一些配置，如环境变量和数据库连接信息。

2. 构建和启动容器

docker-compose -f docker-compose.prod.yml up -d --build

3. 优势

• 镜像构建一次，可以在不同环境中使用，保证开发、测试、生产环境的一致性。

• 容器化的部署简化了依赖管理和环境配置，减少出错的可能性。

• 易于扩展和缩减服务，通过Docker Compose可以轻松管理多容器应用。

  5.3 总结

• 不使用Docker： 依赖手动安装和配置，容易出现环境不一致、依赖冲突等问题，增加开发和部署的复杂性和风险。

• 使用Docker： 通过容器技术实现环境隔离和依赖管理，确保开发、测试、生产环境的一致性，简化部署过程，提高效率和可靠性。

• Docker的优势在于提供了一个可移植、轻量级的运行环境，确保应用在任何地方都能一致运行，从而极大地减少了环境差异带来的问题。