Docker 容器（一）

Docker

• 一、Docker是什么
• • 1.什么是Docker
  • 2.Docker特点
  • 3.比较虚拟机和容器
• 二、Docker安装
• • 1.Docker​​三大核心组件​​
  • 2.安装步骤（Ubuntu）
  • 3.阿里云镜像加速
• 三、Docker镜像
• • 1.什么是镜像
  • 2.UnionFS（联合文件系统）
  • 3.Docker镜像加载原理
  • 4.提交容器镜像

一、Docker是什么

1.什么是Docker

Docker 是一种轻量级的容器化技术​​，它允许开发者将应用程序及其所有依赖（如代码、运行时环境、系统工具、库等）打包成一个标准化的、可移植的"容器"（Container），并在任何支持 Docker 的平台上快速部署和运行。

2.Docker特点

1. 轻量级与高效性​​

   ​​基于容器技术​​：与传统虚拟机（VM）不同，Docker 容器共享宿主机的操作系统内核，无需启动完整的操作系统，因此​​资源占用更少​​ （MB级 vs. VM的GB级）、​​启动更快​​（秒级 vs. VM的分钟级）。

   ​​高性能​​：接近原生运行效率，适合高密度部署（如微服务架构）。

2. 环境一致性（一次构建，处处运行）​​

   ​​镜像（Image）机制​​：将应用及其依赖（如Java/MySQL等）打包成标准化的镜像，确保​​开发、测试、生产环境完全一致​​，避免"在我机器上能跑"的问题。

   ​​跨平台运行​​：镜像可在任何支持 Docker 的系统中运行（Linux/Windows/macOS），实现真正的​​跨平台移植​​。

3. 快速部署与扩展​​

   ​​一键部署​​：通过 docker run命令即可启动容器，无需手动配置环境，大幅简化运维。

   弹性伸缩​​：结合 Kubernetes 或 Swarm，可快速扩展容器实例以应对流量高峰。

4. 隔离性与安全性​​

   ​​进程级隔离​​：每个容器拥有独立的文件系统、网络和进程空间，通过 Namespaces和 Cgroups实现资源隔离，避免应用间冲突。

   安全沙箱​​：容器内进程无法直接影响宿主机或其他容器（但安全性弱于VM，依赖宿主机内核安全）。

5. 微服务与DevOps友好​​

   ​​微服务架构​​：每个服务可独立打包为容器，实现模块化开发和部署。

   ​​CI/CD支持​​：镜像版本化管理，无缝集成 Jenkins/GitLab CI 等工具，提升持续交付效率。

6. 开源与生态丰富​​

   ​​基于Go语言开发​​：轻量且高性能，社区活跃。

   强大工具链​​：提供 Docker Compose（多容器编排）、Docker Hub（镜像仓库）、Kubernetes 集成等生态支持。

3.比较虚拟机和容器

1. ​​虚拟化层级​​

   ​​Docker​​：利用宿主机的内核，通过Namespaces和Cgroups隔离进程和资源，​​无独立操作系统​​。

   ​​VM​​：通过Hypervisor（如VMware、KVM）虚拟出CPU、内存等硬件，每个VM需运行完整的Guest OS（如CentOS、Windows）。

2. ​​资源效率​​

   ​​Docker​​：多个容器共享 宿主机内核，无重复OS开销，资源利用率高，适合高密度部署。

   ​​VM​​：每个VM独占虚拟硬件和OS，资源浪费明显（例如运行10个VM需启动10个OS内核）。

3. ​​启动速度​​

   ​​Docker​​：秒级启动（直接调用宿主机内核）。

   ​​VM​​：分钟级启动（需加载完整OS）。

4. ​​隔离性与安全性​​

   ​​Docker​​：进程级隔离，安全性较弱（若宿主机内核漏洞会影响所有容器）。

   ​​VM​​：硬件级隔离，安全性更强（一个VM被攻破不影响其他VM）。

5. ​​适用场景​​

   ​​Docker​​：微服务、CI/CD、快速伸缩、DevOps（追求轻量和效率）。

   ​​VM​​：强隔离需求（如多租户云平台）、运行不同OS的应用（如Windows/Linux混合环境）。

二、Docker安装

1.Docker​​三大核心组件​​

Docker 镜像（Image）​

镜像是一个​​只读模板​​，包含运行应用所需的代码、运行时环境、库和配置。

一个镜像可创建很多个容器。

Docker 容器（Container）

容器是镜像的​​运行实例​​，类似于轻量级的虚拟机。每个容器都是相互隔离的、保证安全的平台。

Docker 仓库（Registry）​

用于存储和分发 Docker 镜像的服务器，类似代码仓库。

2.安装步骤（Ubuntu）

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（1）卸载旧版本

在安装 Docker Engine 之前，您需要卸载任何冲突的软件包。

运行以下命令以卸载所有冲突的包：

for pkg in docker.io docker-doc docker-compose docker-compose-v2 podman-docker containerd runc; do sudo apt-get remove $pkg; done

（2）安装Docker Engine

①设置 Docker 的存储库。apt

# Add Docker's official GPG key:
#更新本地 APT 软件包索引
sudo apt-get update
#安装 ca-certificates（用于 HTTPS 连接验证）和 curl（用于下载文件），确保系统支持安全下载
sudo apt-get install ca-certificates curl
#创建目录 /etc/apt/keyrings，权限设置为 0755（所有者可读写执行，其他用户可读执行），用于存储 GPG 密钥
sudo install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings
#使用 curl下载 Docker 的官方 GPG 密钥，保存到 /etc/apt/keyrings/docker.asc。
# -fsSL：静默模式（不显示进度），跟随重定向，忽略 SSL 证书错误（因已通过 ca-certificates验证）。
# -o：指定输出文件路径。
sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg -o /etc/apt/keyrings/docker.asc   
#将密钥文件权限设置为所有用户可读（a+r），确保 APT 可以访问该密钥
sudo chmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.asc

# Add the repository to Apt sources:
echo \
  "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.asc] https://download.docker.com/linux/ubuntu \
  $(. /etc/os-release && echo "${UBUNTU_CODENAME:-$VERSION_CODENAME}") stable" | \
  sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
  # 再次更新 APT 软件包索引，使新添加的 Docker 软件源生效。
sudo apt-get update

#外网不能ping通可使用阿里云镜像仓库
# 1. 安装依赖工具
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y ca-certificates curl

# 2. 添加 Docker 的 GPG 密钥（阿里云镜像）
sudo install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings
sudo curl -fsSL https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu/gpg -o /etc/apt/keyrings/docker.asc
sudo chmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.asc

# 3. 添加阿里云 Docker CE 镜像源
echo \
  "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.asc] https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu \
  $(. /etc/os-release && echo "$VERSION_CODENAME") stable" | \
  sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 4. 更新 APT 并安装 Docker
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin

②安装 Docker 包。

sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin

③通过运行映像来验证安装是否成功：hello-world

sudo docker run hello-world

3.阿里云镜像加速

在 阿里云控制台 访问容器镜像服务，即可打开镜像加速器。

三、Docker镜像

1.什么是镜像

**Docker 镜像（Image）**​​ 是一个​​只读的模板​​，包含运行某个应用程序所需的​​代码、运行时环境、依赖库、环境变量和配置文件​​。镜像是 Docker 容器的静态基础，容器则是镜像的运行实例

2.UnionFS（联合文件系统）

Union 文件系统（Union File System，简称 UnionFS）是一种​​分层、轻量级的文件系统​​，它将多个​​只读层（read-only layers）​​和一个​​可写层（writable layer）​​组合成一个单一的文件系统视图。

底层为只读层，上层为可写层，合并视图为用户看到的最终文件系统。

在Docker容器中的应用

（1）镜像分层存储​

Docker 镜像由多个​​文件系统​​组成，每层对应一个 Dockerfile 指令（如 RUN、COPY）。

（2）容器可写层​​

当启动容器时，Docker 在镜像的只读层之上添加一个​​可写层​​（容器层）。

所有文件修改（如创建、删除、更新）均发生在可写层，不影响镜像本身。

3.Docker镜像加载原理

BootFS （内核启动的必需品）

在 Docker 的镜像分层架构中，BootFS 是 ​​最底层的基础文件系统​​，直接依赖宿主机的 Linux 内核。

内核启动阶段​​：BootFS 是 Linux 内核启动时挂载的​​临时根文件系统​​，提供最基本的工具（如 init、modprobe）和驱动，用于加载真正的根文件系统（如 ext4、xfs）。

RootFS

RootFS（Root File System，根文件系统）是 ​​Linux 系统启动后挂载的最终文件系统​​，包含操作系统运行所需的​​所有用户空间文件和目录​​（如 /bin、/etc、/usr）。在 Docker 中，RootFS 是 ​​镜像的核心组成部分​​，直接决定了容器的运行环境。

BootFS vs. RootFS​

对比项	BootFS	RootFS
用途	内核启动时的临时文件系统	容器/系统的永久根文件系统
是否必需	传统 Linux 必需，Docker 容器中省略	Docker 容器的必需层（如 ubuntu:22.04）
典型内容	/boot/vmlinuz（内核）、/boot/initrd	/bin、/etc、/usr等用户空间文件
生命周期	内核启动后卸载	容器运行时持续存在

Docker 镜像分层的好处​

• 节省存储空间：多个镜像可以复用相同的基础层（如 ubuntu:22.04），避免重复存储。
• 加速镜像构建与分发：如果 Dockerfile的某一层未变化（如 RUN apt-get update），直接复用缓存，跳过重复操作。
• 环境一致性：镜像构建后，每层内容只读，确保开发、测试、生产环境完全一致。
• 持多阶段构建：在最终镜像中仅保留必要层，丢弃中间层（如编译工具）。
• 快速容器启动：容器启动时直接挂载镜像的现有层（无需解压完整文件系统）。
• 安全与审计：每层有唯一的哈希值，确保镜像内容未被篡改（如 sha256:abcd...）。

4.提交容器镜像

docker commit命令用于将 ​​正在运行的容器​​ 的当前状态保存为一个 ​​新的镜像​​。适用于临时修改容器后需要持久化的场景（但推荐优先使用 Dockerfile构建镜像）。

docker commit [OPTIONS] <容器ID或名称> <新镜像名>[:标签]

常用选项

选项	说明
-a或 --author	指定镜像作者（如 -a "Your Name"）
-m或 --message	添加提交信息（类似 Git commit）
-p或 --pause	在提交时暂停容器（默认行为）

（1）慎用 docker commit​​

提交的镜像​​缺乏透明性​​（无法追溯修改步骤），推荐优先使用 Dockerfile构建可复现的镜像。

提交的镜像可能包含​​冗余文件​​（如缓存、临时文件），导致体积膨胀。

（2）清理无用数据​​

提交前建议在容器内清理缓存：

apt-get clean && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

与 Dockerfile对比

方式	优势	劣势
docker commit	快速保存临时修改	无法版本控制，难以维护
Dockerfile	可复现、易维护、支持自动化构建	需手动编写构建步骤