Docker核心概念与实战指南

Docker基础概念

Docker概述： Docker是一种成熟高效的软件部署技术，利用容器化技术为应用程序封装独立的运行环境。每个运行环境即为一个容器 ，承载容器运行的计算机称为宿主机。

Dcoker 组成

容器与虚拟机的区别：

Docker容器与虚拟机对比

特性	Docker容器	虚拟机
内核	共享宿主机内核	独立完整的内核
资源占用	轻量级，占用空间小	需要更多资源，占用空间大
启动速度	秒级启动	分钟级启动
隔离性	进程级隔离	完整的系统级隔离
性能	接近原生性能	存在虚拟化开销

镜像与容器的类比

概念	定义	类比
镜像	容器的只读模板，包含运行环境和配置	类似软件安装包或糕点模具
容器	镜像的运行实例，包含应用和运行时状态	类似安装好的软件或模具制作的糕点
共享性	镜像可跨环境分发和复用	模具可重复使用或分享给他人
持久性	镜像不可变，需重新构建以更新	容器运行时状态可变，但重启后恢复镜像状态

Docker仓库 (Registry)：

• 定义： 用于存放和分享Docker镜像的场所。

• Docker Hub： Docker的官方公共仓库，存储了大量用户分享的Docker镜像。

Docker安装

运行环境： Docker通常基于Linux容器化技术。在Windows和Mac电脑上，Docker通过虚拟化一个Linux子系统来运行。

推荐环境： Linux系统宿主机是最佳的Docker实战环境。

Linux系统安装：

1. 访问getdocker.com获取安装脚本。

2. 执行安装脚本（例如，通过curl -fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh下载脚本，然后执行sudo sh get-docker.sh）。

3. 安装完成后，若非root用户，需在所有docker命令前添加sudo以获取管理员权限。

Windows系统安装：

1. 启用Windows功能： 勾选"Virtual Machine Platform"（虚拟机平台）和"适用于Linux的Windows子系统"（WSL）。

2. 重启电脑： 根据提示完成重启。

3. 安装WSL：

// 以管理员身份打开命令提示符（CMD）。
wsl --set-default-version 2 // 将WSL默认版本设为2。

wsl --update // 安装WSL（国内网络建议添加`--web-download`参数减少下载失败）。

4. 下载并安装Docker Desktop： 从官方网站下载对应CPU架构的安装包（Windows通常为AMD64），按提示完成安装。

5. 启动Docker Desktop： 需保持Docker Desktop软件运行。

6. 验证安装： 在Windows终端输入docker --version，若能打印版本号则表示安装成功。

Mac系统安装：

1. 根据Mac电脑的芯片类型（Intel或Apple Silicon）下载对应的Docker Desktop安装包。

2. 按提示完成安装。

命令行使用： 尽管Docker Desktop提供可视化界面，但命令行在各操作系统上通用性更强，因此教程主要通过命令行讲解。

Docker镜像管理命令

下载镜像

// 从Docker仓库下载镜像到本地。
docker pull

镜像构成： 一个完整的镜像名称包含四部分：[registry_address/][namespace/]image_name[:tag]

1. registry_address: Docker仓库的注册表地址。docker.io表示Docker Hub官方仓库，可省略。

2. namespace: 命名空间，通常是作者或组织名称。library是Docker官方仓库的命名空间，可省略。

3. image_name: 镜像的名称。

4. tag: 镜像的标签名，通常表示版本号。latest表示最新版本，可省略。

示例：

 docker pull nginx: 从Docker Hub官方仓库下载最新版Nginx镜像。
 docker pull n8n/n8n: 从N8n的私有仓库下载N8n镜像。

Registry (注册表) 与 Repository (镜像库)：

1. Registry： 整个Docker Hub网站可视为一个Registry。

2. Repository： 一个Repository（如Nginx）存储了同一个镜像的不同版本。

网络问题解决方案 (镜像站配置)：

1. Linux： 修改/etc/docker/daemon.json文件，添加"registry-mirrors": ["https://<your-mirror-address>"]，然后重启Docker服务（sudo systemctl restart docker）。

2. Windows/Mac： 在Docker Desktop的设置中，进入"Docker Engine"配置项，在registry-mirrors中添加镜像站地址，点击"Apply & Restart"。

常用命令

列出本地镜像

显示所有已下载到本地的Docker镜像信息，包括镜像名称、标签、镜像ID、创建时间和大小。

docker images

删除镜像

• 功能： 删除本地的Docker镜像。

• 参数： 可指定镜像名称或ID。

docker rmi

镜像CPU架构 (--platform)

1. 背景： Docker镜像作为软件，在不同的CPU架构下（如AMD64、ARM64）有不同的版本。

2. 默认行为： docker pull命令默认会自动选择最适合当前宿主机CPU架构的镜像。

3. 特殊情况：

   • 对于某些低功耗迷你主机（如香橙派），其CPU架构通常为ARM64，需确认所需镜像是否提供ARM64版本。

   • Mac电脑（ARM64架构）的Docker Desktop会使用QEMU模拟X86-64指令集，以兼容部分AMD64镜像，但可能存在兼容性或性能开销。

Docker容器管理命令

创建并运行容器 (最重要命令)

• 功能： 使用指定的镜像创建并运行一个容器。

• 自动拉取： 如果本地不存在指定镜像，docker run会先自动拉取镜像，再创建并运行容器。

docker run

启动镜像

docker run [OPTIONS] IMAGE [COMMAND] [ARG...]
// 例子： 启动mysql镜像
docker run -p 3306:3306 -d --name mysql -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 mysql:8.0

参数：

• -p 本机端口和容器启动端口映射
• -d 后台运行
• --name 容器名称
• -e 镜像启动参数
  注意：详见基础参数👇
  
  

关闭镜像

docker stop bab80f58269d

查看正在运行的容器。

docker ps
输出信息包括：`Container ID`（容器唯一ID）、`Image`（基于哪个镜像创建）、`Names`（容器名称）

查看所有容器（包括正在运行和已停止的）。

docker ps -a

基础参数

-d(DetachedMode)：

功能：让容器在后台执行，不阻塞当前终端窗口。

效果：控制台只打印容器ID，容器日志不会直接输出到终端。

-p(PortMapping/端口映射)：

背景：Docker容器运行在独立的虚拟网络环境中，默认无法直接从宿主机访问容器内部网络。

功能：将宿主机的端口映射到容器内部的端口。

语法：

-p<宿主机端口>:<容器内部端口>（先外后内）

示例 ：-p 80:80将宿主机的80端口转发到容器内的80端口。

-v(VolumeMounting/挂载卷)：

功能：将宿主机的文件目录与容器内的文件目录进行绑定。

目的：实现数据的持久化保存。当容器被删除时，容器内的数据也会被删除，但挂载卷可确保数据保存在宿主机上。

类型：绑定挂载(BindMount)：直接将宿主机目录路径写入命令。

语法：

-v<宿主机目录路径>:<容器内部目录路径>。

注意：宿主机目录内容会覆盖容器内对应目录的原始内容。

卷管理命令：

命名卷挂载(NamedVolume)：让Docker自动创建一个存储空间，并为其命名。

创建命名卷：

docker volume  create<卷名称>

使用命名卷：

-v<卷名称>:<容器内部目录路径>。

特点：命名卷在第一次使用时，Docker会将容器的文件夹内容同步到命名卷进行初始化（绑定挂载无此功能）。

docker volume ls:列出所有创建过的卷。

docker volume inspect<卷名称>:查看卷的详细信息，包括在宿主机的真实目录。

docker volume rm<卷名称>:删除一个卷。

docker volume prune:删除所有未被任何容器使用的卷。

-e(EnvironmentVariables/环境变量)：

功能：向容器内部传递环境变量。

语法：

-e <KEY>=<VALUE>

用途：常用于配置数据库账号密码等。

查找：可在DockerHub镜像文档或开源项目的GitHub仓库中查找可用的环境变量。

--name(自定义容器名称)：

功能：为容器指定一个自定义的、在宿主机上唯一的名称。

好处：方便记忆和管理。

-it(Interactive&TTY/交互式终端)：

功能：让控制台进入容器内部，获得一个交互式的命令行环境。

用途：临时调试容器，执行Linux命令。

语法：

docker  run-it<镜像名称>/bin/bash`(或`/bin/sh`)

--rm(运行结束后自动删除)：

功能：当容器停止时，自动将其从宿主机上删除。

常用组合 ：与-it联用，用于临时调试场景。

--restart(重启策略)：

功能：配置容器停止时的重启行为。

常用策略：

always:只要容器停止（包括内部错误崩溃、宿主机断电等），就会立即重启。

unless-stopped:除非手动停止容器，否则都会尝试重启。对于生产环境非常有用，可自动重启因意外停止的容器，而手动停止的容器不会再重启。

容器启停与管理

docker stop<容器ID或名称>：停止一个正在运行的容器。

docker start<容器ID或名称>：重新启动一个已停止的容器。

参数保留：使用stop和start启停容器时，之前docker run时设置的端口映射、挂载卷、环境变量等参数都会被Docker记录并保留，无需重新设置。

docker inspect<容器ID或名称>：查看容器的详细配置信息。输出内容复杂，可借助AI辅助分析。

docker create<镜像名称>：只创建容器，但不立即启动。若要启动，需后续执行docker start命令。

*###容器内部操作与调试

docker logs<容器ID或名称>：查看容器的运行日志。

-f：滚动查看日志，实时刷新。

Docker技术原理简述：

Cgroups(ControlGroups)：用于限制和隔离进程的资源使用（CPU、内存、网络带宽等），确保容器资源消耗不影响宿主机或其他容器。

Namespaces：用于隔离进程的资源视图，使得容器只能看到自己内部的进程ID、网络资源和文件目录，而看不到宿主机的。

本质：Docker容器本质上是一个特殊的进程，但进入容器内部后，其表现如同一个独立的操作系统。

docker exec-在容器内部执行命令：

功能：在一个正在运行的Docker容器内部执行Linux命令。

语法：

bash docker exec<容器ID或名称><命令>

示例 ： bash docker execmy_nginxps-ef //查看容器内进程。

进入交互式环境 ：docker exec-it<容器ID或名称>/bin/sh（或/bin/bash）可进入容器内部获得交互式命令行环境，进行文件系统查看、进程管理或深入调试。

注意：容器内部通常是极简操作系统，可能缺失vi等常用工具，需要自行安装（如Debian系容器使用aptupdate和aptinstallvim）。

Dockerfile - 构建镜像的蓝图

Dockerfile是一个文本文件，详细列出了如何制作Docker镜像的步骤和指令，可类比为制作模具的图纸。

基本结构与指令：

• FROM <基础镜像>: 所有Dockerfile的第一行，选择一个基础镜像，表示新镜像在此基础上构建。

• WORKDIR <目录路径>: 设置镜像内的工作目录，后续命令在此目录下执行。

• COPY <源路径> <目标路径>: 将宿主机的文件或目录拷贝到镜像内的指定路径。

• RUN <命令>: 在镜像构建过程中执行的命令（例如安装依赖）。

• EXPOSE <端口号>: 声明镜像提供服务的端口（仅为声明，非强制，实际端口映射仍由-p参数决定）。

• CMD <命令>: 容器运行时默认执行的启动命令。一个Dockerfile只能有一个CMD指令。

• ENTRYPOINT <命令>: 与CMD类似，但优先级更高，不易被docker run命令覆盖。

docker build - 构建镜像：

• 功能： 根据Dockerfile构建Docker镜像。

• 语法： docker build -t <镜像名称>[:<版本号>] <Dockerfile所在目录>。

• 示例： docker build -t docker-test . (在当前目录构建名为docker-test的镜像)。

镜像推送至Docker Hub：

1. 登录Docker Hub： docker login。

2. 重新标记镜像： docker tag <本地镜像名称> <你的用户名>/<镜像名称>[:<版本号>]。推送时镜像名称必须包含用户名作为命名空间。

3. 推送镜像： docker push <你的用户名>/<镜像名称>[:<版本号>]。

4. 验证： 在Docker Hub网站上可搜索到已推送的镜像，其他用户即可通过docker pull下载使用。

Docker网络模式

Bridge (桥接模式)

默认模式： 所有容器默认连接到此网络。

内部IP： 每个容器被分配一个内部IP地址（通常是172.17.x.x开头）。

通信： 同一Bridge网络内的容器可以通过内部IP地址互相访问。容器网络与宿主机网络默认隔离，需通过端口映射（-p）才能从宿主机访问。

自定义子网：

• 创建： docker network create <子网名称>。

• 加入： docker run --network <子网名称> ...。

• 优势：

  • 同一子网内的容器可以使用容器名称互相访问（Docker内部DNS机制）。

  • 不同子网之间默认隔离。

Host (主机模式)

功能： Docker容器直接共享宿主机的网络命名空间。

IP地址： 容器直接使用宿主机的IP地址。

**端口：** 无需端口映射（`-p`），容器内的服务直接运行在宿主机的端口上，通过宿主机的IP和端口即可访问。

用途： 解决一些复杂的网络问题。

语法：

docker run --network host ...

None (无网络模式)

功能： 容器不连接任何网络，完全隔离。

语法： docker run --network none ...。

网络管理命令：

• docker network ls: 列出所有Docker网络（包括默认的bridge、host、none以及自定义子网）。

• docker network rm <网络名称>: 删除自定义子网（默认网络不可删除）。

Docker Compose - 多容器编排

背景： 当一个完整的应用由多个模块（如前端、后端、数据库）组成时，若将所有模块打包成一个巨大容器，会导致故障蔓延、伸缩性差。若每个模块独立容器化，则管理多个容器（创建、网络配置）会增加复杂性。

解决方案： Docker Compose是一种轻量级的容器编排技术，用于管理多个容器的创建和协同工作。

核心： 使用YAML文件（通常命名为docker-compose.yml）定义多服务应用。

YAML文件结构： 可视为多个docker run命令按照特定格式组织在一个文件中。

• services: 顶级元素，每个服务对应一个容器。

• 服务名称（如mongodb）: 对应docker run中的--name，作为容器名的一部分。

• image: 对应docker run中的镜像名。

• environment: 对应docker run的-e参数。

• volumes: 对应docker run的-v参数。

• ports: 对应docker run的-p参数。

网络： Docker Compose会自动为每个Compose文件创建一个默认子网，文件中定义的所有容器都会自动加入此子网，并可通过服务名称互相访问。

• depends_on: 定义容器的启动顺序，确保依赖服务先启动。

AI辅助： 可借助AI工具生成等价的Docker Compose文件。
Docker Compose命令：

• docker compose up: 启动YAML文件中定义的所有服务（容器）。

• docker compose down: 停止并删除由Compose文件定义的所有服务和网络。

• docker compose stop: 仅停止服务，不删除容器。

• docker compose start: 启动已停止的服务。

• docker compose -f <文件名.yml> up: 指定非标准文件名的Compose文件进行操作。

适用场景： Docker Compose适合个人使用和单机运行的轻量级容器编排需求。

与Kubernetes对比： Kubernetes是企业级服务器集群和大规模容器编排的解决方案，功能更为复杂。

总结

以上内容涵盖了Docker的核心概念、在不同操作系统上的安装方法、常用的镜像与容器管理命令、Dockerfile的编写与镜像构建流程、Docker的多种网络模式，以及轻量级多容器编排工具Docker Compose的使用。这些是理解和应用Docker的关键知识点。