Docker精讲：基本安装，简单命令及核心概念

不止会JS2024-09-30 11:28

docker服务部署

docker是一个容器管理工具，其内部容器才是具体服务，所以我们在安装docker时不需要有太多定制内容，只需要通过yum安装即可

1. 更新系统包
复制代码 
#更新现有依赖包，防止现有依赖包版本过低影响docker安装
yum update
2. 安装依赖包
复制代码 
yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2
3. 添加Docker的yum源
复制代码 
yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
#如果上面的官方docker源速度过慢，可以下载下面的阿里云docker源
yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
4. 安装Docker
复制代码 
yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io
5. 配置docker镜像源
复制代码 
vim /etc/docker/daemon.json
#修改为如下内容
{
  "registry-mirrors": [
    "https://docker.registry.cyou",
    "https://docker-cf.registry.cyou",
    "https://dockercf.jsdelivr.fyi",
    "https://docker.jsdelivr.fyi",
    "https://dockertest.jsdelivr.fyi",
    "https://mirror.aliyuncs.com",
    "https://dockerproxy.com",
    "https://mirror.baidubce.com",
    "https://docker.m.daocloud.io",
    "https://docker.nju.edu.cn",
    "https://docker.mirrors.sjtug.sjtu.edu.cn",
    "https://docker.mirrors.ustc.edu.cn",
    "https://mirror.iscas.ac.cn",
    "https://docker.rainbond.cc"
  ]
}

如果上面的镜像源不可用，可以进入如下文章查看最新的更新

docker镜像源来源

yum配置的镜像源是让yum具有下载docker的能力，不会影响docker拉取镜像的速度，加速docker下载镜像的过程需要配置docker镜像源。

6. 启动Docker并设置开机启动
复制代码 
systemctl enable docker
7. 验证Docker是否安装成功
复制代码 
docker --version

容器化介绍

容器化通过将被部署的应用程序，放入包含其依赖的所有环境的容器中。通过操作系统提供的某些能力，让容器环境同外部实现环境隔离，可以在一台主机中，独立于其他服务，部署在一个独立的虚拟环境中。

什么是容器？

我们可以把容器想象成一个虚拟机，其外在表现和虚拟机极其相似，比如说，容器通常由其自己的文件系统，有其自己的虚拟网卡，虚拟网卡和真实网卡之间通过网桥连接（类似于虚拟机NAT模式）。其部署环境也独立于真实环境之外。

容器和虚拟机的区别

虽然在外在表现和虚拟机类似，不过其底层实现和虚拟机却是天差地别。

虚拟机通过分配真实的硬件资源，包括CPU，内存，磁盘等，打造一个真实的硬件环境。这样虽然能够实现环境隔离，不过对于资源分配不好把控，是对资源的浪费。

比如说，如果我想部署一个Kafka和一个redis在两个主机中，如果通过虚拟机来进行环境隔离，Kafka内存波动较大，我就需要给Kafka极大的内存资源，不过当Kafka内存占用较小时，由于分配的是固定的内存资源。剩余的资源也无法给redis使用。

并且虚拟机是模仿真实的主机环境，真实主机具有的环境虚拟机一应俱全，这就导致会引入大量的当前服务无需的依赖，这也是对资源的浪费。

虚拟机镜像虽然也可以在不同平台之间保持一致运行环境，但在虚拟机镜像的迁移和管理方面会较为复杂。

那么容器化如何解决了这些问题呢？

首先，容器的隔离实现是通过直接调用linux内核中的核心方法，不使用linux各种发行版的方法（如CentOS，Ubuntu等等）。所以只要是基于Linux的操作系统，容器都可以提供相同的环境，并且迁移方便。

并且容器不分配实际硬件资源，其运行环境和普通的程序运行时一样，都是在真实主机环境中运行。不同的的是其会调用linux操作系统的功能来实现容器之间的隔离。

容器的隔离实现

一个容器的实现主要通过LInux操作系统，提供的命名空间和控制组来实现和外界环境的隔离，生成一个独立的虚拟环境。

命名空间（NameSpace）

命名空间是 Linux 提供的一种机制，它将系统的全局资源划分为独立的组，使每个进程只能看到和访问它自己的资源。Docker 使用命名空间来实现容器之间的隔离，使得每个容器都认为自己是独立运行的。常用的命名空间类型包括：

  • PID 命名空间（PID Namespace）：隔离进程 ID，允许进程在容器中拥有自己的进程树和 PID 1。
  • 网络命名空间（Network Namespace）：隔离网络设备、IP 地址、路由表等，使容器有自己的网络栈。
  • 挂载命名空间（Mount Namespace）：隔离文件系统挂载点，使进程有自己独立的文件系统视图。
  • UTS 命名空间（UTS Namespace）：隔离主机名和域名，使容器有自己的主机名。
  • IPC 命名空间（IPC Namespace）：隔离信号量、消息队列等进程间通信机制。
  • 用户命名空间（User Namespace）：允许进程有自己的用户 ID 和组 ID 映射，提供更细粒度的权限隔离。
  • 时间命名空间（Time Namespace）：隔离系统时钟，允许不同命名空间内的进程看到不同的时间。

说了这么多，命名空间到底是什么啊？

实际上命名空间就是linux操作系统内核中的一个结构体，我们上面提到的每个命名空间都有一个自己的结构体，其中保存了命名空间的信息。而我们将一个主机内容添加进命名空间，本质上就是将记录主机内容信息的一个结构体的一个属性，保存对应命名空间结构体的地址。我们以最常见的进程举例：

在操作系统中，保存进程信息的结构叫PCB（进程控制块），当我们在PID命名空间中创建进程时，操作系统会创建两个PID，分别是真实PID和容器PID，保存进程信息的PCB也会将一个属性保存当前命名空间结构体的地址，这证明当前进程数据当前结构体，当多个进程都保存相同的命名空间结构体时，他们就是一个命名空间的进程，可以互相访问。

PCB中还保存了另外一个结构体，用于保存当前进程的所有容器层级和容器PID以及其他信息等等。在命名空间中还可以创建另一个命名空间，一个进程可以保存在多个互相嵌套的命名空间中。所以进程会保存多个容器PID以及层级信息。

通过这两个结构体，进程可以完成通过命名空间实现环境隔离，以及真实PID和容器PID的映射。

再比如网络命名空间本质上也是一个结构体，并且真实网卡和容器内虚拟网卡由虚拟交换机和veth pair来实现真实网课和虚拟网卡的连接。其他的不一一细讲了，大概理解命名空间本质概念就好。

控制组（cgroups）

我们仍然使用Kafka和redis的部署案例。通过容器化部署，可以防止在Kafka低内存消耗时，分配给其的内存资源被浪费。不过在Kafka接收消息量较大时又会出现另一个问题，如果放任其无限制扩展内容，势必会导致redis没有生存空间，所以我们在让其可以弹性利用内存的同时，我们也要对其最大值进程限制。

控制组（cgroups） 是 Linux 内核的一种功能，允许系统管理员或用户对一组进程的资源使用情况进行限制、隔离和监控。它在容器技术、虚拟化、云计算以及多用户系统中非常有用，提供了对 CPU、内存、磁盘 I/O、网络带宽等系统资源的精细控制。

cgroups 的主要功能和用途：

1. 资源限制（Resource Limiting）

cgroups 允许你对进程组的资源使用进行限制，以防止某些进程消耗过多的系统资源，影响其他进程或系统的性能。例如：

  • CPU 限制：可以为一组进程分配 CPU 资源的最大使用比例，从而避免某个进程独占 CPU。
  • 内存限制：可以限制一组进程能够使用的内存量，防止某些进程消耗过多的内存导致系统崩溃。
  • I/O 限制：可以限制进程访问磁盘或其他存储设备的速率，确保 I/O 操作的公平性，防止某些进程造成 I/O 瓶颈。

2. 资源隔离（Resource Isolation）

通过 cgroups，可以对不同的进程组进行资源隔离，确保一个进程组的资源使用不会影响到其他进程组。这对容器化环境特别有用：

  • 每个容器可以被分配固定数量的资源，如 CPU 核心、内存、I/O 速率等，保证不同容器之间的资源隔离和公平使用。
  • 资源隔离还可以用于虚拟机或多用户系统，确保不同的用户或服务不会相互干扰。

3. 资源计费与统计（Resource Accounting）

cgroups 可以实时跟踪和统计某个进程组使用的资源量，包括 CPU 时间、内存使用、网络带宽消耗、I/O 操作等。这对系统监控、调优以及计费系统非常有用。例如：

  • 可以统计某个容器或进程组使用了多少 CPU 时间和内存。
  • 在云服务中，可以用 cgroups 的资源统计功能来进行按量计费，记录每个虚拟机或容器的资源消耗。

4. 优先级控制（Priority Control）

cgroups 可以为不同的进程组设置资源使用的优先级，确保高优先级的任务能够优先获得资源。例如：

  • 在 CPU 竞争时，可以优先让某些关键任务使用更多的 CPU 时间，确保关键任务的响应时间。
  • 对于内存和 I/O 资源，也可以设置不同的权重，以保证系统中的重要进程获得优先资源。

优先级控制通过控制进程权重比例，CPU会根据权重比例分配时间片。不过我认为这个功能实际上是多余的，高并发应用会通过创建线程来抢占CPU资源，在我看来无需CPU通过分配时间片来进行控制，这样控制反而会造成不好的结果，比如说某些进程偶尔需要进行高并发，创建多个线程以提高性能，但由于控制组对其权重进行了限制，导致其虽然占用了更多的内存，但性能却没有明显提升。（个人思考，有别的想法也可以说出来一起讨论）

5. 进程管理和分组（Process Grouping and Management）

cgroups 提供了将多个进程分组管理的机制。每个进程组可以有不同的资源限制和策略，可以随时动态调整：

  • 在容器化环境中，cgroups 管理着每个容器中的进程，确保容器内部的所有进程都受到相同的资源限制。
  • cgroups 还允许系统管理员动态向某个进程组添加或移除进程，便于灵活管理系统资源。

docker容器相关命令

  1. 启动容器：

    docker run -d -p <主机端口>:<容器端口> --name <容器名> <镜像>
    #-d为后台启动，对于一些有自己的启动命令的服务。如nginx，我们可以直接-d，而对于一些没有启动命令的服务，我们还要给他一个持续运行的命令防止其在后台关闭进程
    #-p为端口映射，如果外部需要访问服务，那么我们则需要将容器内端口映射到真实环境的端口
    #--name 给运行的容器起名字 最后的镜像是运行容器的镜像
    #我们也可以直接 docker run <服务名:版本> 这样会自动去远程仓库拉取镜像

  2. 停止容器：

    docker stop <容器名/容器ID>

  3. 启动已停止的容器：

    docker start <容器名/容器ID>

  4. 查看运行中的容器：

    docker ps

  5. 查看所有容器（包括停止的）：

    docker ps -a

  6. 删除容器：

    docker rm <容器名/容器ID>

  7. 进入正在运行的容器：

    docker exec -it <容器名/容器ID> /bin/bash

  8. 查看容器日志：

    docker logs <容器名/容器ID>

  9. 重启容器：

    docker restart <容器名/容器ID>

联合文件系统

多个容器内部的服务所依赖的环境中，必定有重合的部分，不如java开发的服务，底层一定是要依赖于jdk，对于js开发的后端服务，必须依赖node环境，部分服务依赖于数据库如mysql来存储服务数据，docker容器环境直接调用操作系统底层系统调用，对于部分依赖于某个操作系统发行版的服务，其还需要centos，等等等等。

大量服务之间依赖相同环境，如果我们对其进行完全隔离，势必要在一个主机上安装多个相同依赖环境的服务，这是对于主机内存的极大浪费。然而如果我们想要对其进行复用时，多个服务对于同一个依赖的差异性又是一个问题，比如说我可能依赖mysql，但是我的mysql的配置可能和你不同。那么对于这种需求，操作系统采用了联合文件系统的方式对多个相同依赖环境进行复用，并完善差异化。

联合文件系统，将多个文件抽象成层的概念，其中我们所依赖的服务被一层一层的罗列起来，而容器内的服务则是要一层一层的访问这些服务，这些层全部都是只读层，无法进行更改。对于这些只读层的变更内容，则是放在第一层作为可写层，其中可写层的内容会对这些只读层的内容进行覆盖，最终的结构如下图：

这是对联合文件系统的抽象理解，其实本质上来说，就是多个容器对同一个环境进行使用，然后自己对差异的那日容进行维护，并对原环境覆盖，其中复用环境是相对简单的事情，最具意义的就是可写层的实现，可以对环境内容进行修改并覆盖，这是实现联合文件系统的关键。

镜像（image）

想要了解容器化，那就一定少不了镜像的概念。在了解完联合文件系统后，镜像的概念也变得非常简单了。对于容器内部所依赖的环境信息，以及对于环境信息修改的内容，以及容器内服务本身等关于服务容器化运行相关的信息记录，就是镜像，我们可以把镜像理解为容器的模板，对于一个服务的容器化运行，由docker按照镜像的模板来进行部署。

镜像相关命令

  1. 列出本地镜像：

    docker images

  2. 拉取镜像：

    docker pull <镜像名>:<标签>

  3. 构建镜像：

    docker build -t <镜像名>:<标签> .

  4. 删除镜像：

    docker rmi <镜像ID/镜像名>

  5. 查看镜像的历史记录：

    docker history <镜像ID/镜像名>

数据卷挂载

对于容器内产生的需要持久化存储的数据，一旦删除容器后，数据也将不复存在，虽然容器并没有显示的将磁盘内数据进行删除，不过这片磁盘数据只被容器内部的文件系统所引用，一旦这个容器消失，文件系统也将不再，那么这个数据即使存储在磁盘中，相较于操作系统而言，也是没有这个数据，无法访问。

为了能够持久化存储数据，docker采用了一种数据卷的方式来实现。数据卷将容器需要持久化存储的数据不再保存在其内部文件中，而是保存在外部的主机文件中，而原容器内的文件则是保存了外部主机文件的一个引用，实现数据卷挂载，这样不仅实现了数据的持久化存储，对于一些配置的修改也可以直接修改主机文件，而不是进入容器内部，更加方便。

数据卷相关命令

  1. 列出所有数据卷
bash 复制代码 
docker volume ls
  1. 创建数据卷
bash 复制代码 
docker volume create <卷名>
  1. 查看数据卷的详细信息
bash 复制代码 
docker volume inspect <卷名>
  1. 挂载数据卷到容器
bash 复制代码 
docker run -d -v <卷名>:<容器内路径> <镜像>
  1. 删除数据卷
bash 复制代码 
docker volume rm <卷名>

删除指定的数据卷。需要确保数据卷没有被任何正在运行的容器使用。

  1. 清理未使用的数据卷
bash 复制代码 
docker volume prune

注意 ：这个操作是不可逆的，请谨慎使用。

  1. 挂载本地目录（绑定挂载）

    docker run -d -v /宿主机路径:/容器内路径 <镜像>

  2. 列出特定数据卷

    docker volume ls -f name=<关键词>

端口映射

同虚拟机一样，虚拟机在桥接模式下，其端口只能被当前主机访问。之前我们说过，docker和虚拟机这种桥接模式比较类似，所以在默认情况下，只能被当前主机访问。

不过既然是部署服务，自然不能局限于当前主机，所以我们可以通过一些命令，来讲端口映射到主机端口中，实现外部客户端访问此服务的目的。

端口映射相关命令

  1. 基本端口映射

    docker run -d -p <宿主机端口>:<容器端口> <镜像>

  • -d：后台运行容器（可选）。
  • -p <宿主机端口>:<容器端口>：将宿主机端口映射到容器的端口。

例子：

复制代码 
docker run -d -p 8080:80 nginx

这条命令会将宿主机的 8080 端口映射到容器中的 80 端口（Nginx 的默认端口），这样你可以通过 http://localhost:8080 访问容器中的 Nginx 服务。

  1. 映射多个端口

    docker run -d -p <宿主机端口1>:<容器端口1> -p <宿主机端口2>:<容器端口2> <镜像>

可以使用 -p 多次来映射多个端口。

例子：

复制代码 
docker run -d -p 8080:80 -p 8443:443 nginx

这会将宿主机的 8080 端口映射到容器的 80 端口，将宿主机的 8443 端口映射到容器的 443 端口（Nginx 的 HTTPS 端口）。

  1. 随机映射宿主机端口

    docker run -d -P <镜像>

使用大写的 -P（或 --publish-all），Docker 会将容器内暴露的所有端口随机映射到宿主机的端口上。

例子：

复制代码 
docker run -d -P nginx

这会随机将容器中暴露的 80 和 443 端口映射到宿主机的可用端口。

你可以使用 docker ps 来查看映射后的宿主机端口：

复制代码 
docker ps

  1. 指定绑定的宿主机 IP 地址

    docker run -d -p <宿主机IP>:<宿主机端口>:<容器端口> <镜像>

默认情况下，Docker 将绑定到宿主机上的所有 IP 地址（0.0.0.0），你也可以指定要绑定的 IP 地址。

例子：

复制代码 
docker run -d -p 127.0.0.1:8080:80 nginx

这会将宿主机的 127.0.0.1（即 localhost）的 8080 端口映射到容器的 80 端口。只有宿主机本地才能访问这个端口，而外部无法访问。

  1. 查看端口映射

    docker port <容器ID/容器名>

显示容器内端口与宿主机端口的映射关系。

例子：

复制代码 
docker port my_nginx

这会列出名为 my_nginx 容器的所有端口映射信息。

  1. 修改正在运行的容器的端口映射

Docker 不支持在容器运行时 直接修改端口映射。如果需要更改端口映射，需要停止容器 并重新运行：

复制代码 
bashCopy codedocker stop <容器ID/容器名>
docker rm <容器ID/容器名>
docker run -d -p <新端口映射> <镜像>

其他命令

  1. 查看 Docker 信息：

    docker info

  2. 查看 Docker 版本：

    docker version

  3. 查看系统中的事件日志：

    docker events

  4. 导出容器为镜像：

    docker commit <容器ID> <镜像名>:<标签>

  5. 清理未使用的镜像、卷、网络和容器：

    docker system prune

。

  1. 修改正在运行的容器的端口映射

Docker 不支持在容器运行时 直接修改端口映射。如果需要更改端口映射，需要停止容器 并重新运行：

复制代码 
bashCopy codedocker stop <容器ID/容器名>
docker rm <容器ID/容器名>
docker run -d -p <新端口映射> <镜像>

其他命令

  1. 查看 Docker 信息：

    docker info

  2. 查看 Docker 版本：

    docker version

  3. 查看系统中的事件日志：

    docker events

  4. 导出容器为镜像：

    docker commit <容器ID> <镜像名>:<标签>

  5. 清理未使用的镜像、卷、网络和容器：

    docker system prune

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