掌握Docker的基本原理与实践操作

富Web时代，应用变得越来越强大，与此同时也越来越复杂。集群部署、隔离环境、灰度发布以及动态扩容缺一不可，而容器化则成为中间的必要桥梁。

本节我们就来探索一下Docker的神秘世界，从零到一掌握Docker的基本原理与实践操作。别再守着前端那一亩三分地，是时候该开疆扩土了。

一、讲个故事

为了更好的理解Docker是什么，我们先来讲个故事：

我需要盖一个房子，于是我搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。一顿操作，终于把这个房子盖好了。

结果，住了一段时间，心血来潮想搬到海边去。这时候按以往的办法，我只能去海边，再次搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。

烦恼之际，跑来一个魔法师教会我一种魔法。这种魔法可以把我盖好的房子复制一份，做成「镜像」，放在我的背包里。

等我到了海边，就用这个「镜像」，复制一套房子，拎包入住。

是不是很神奇？对应到我们的项目中来，房子就是项目本身，镜像就是项目的复制，背包就是镜像仓库。如果要动态扩容，从仓库中取出项目镜像，随便复制就可以了。Build once，Run anywhere!

不用再关注版本、兼容、部署等问题，彻底解决了「上线即崩，无休止构建」的尴尬。

二、虚拟机与容器

开始之前，我们来做一些基础知识的储备：

1.虚拟机：虚拟化硬件

虚拟机Virtual Machine指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。在实体计算机中能够完成的工作在虚拟机中都能够实现。

在计算机中创建虚拟机时，需要将实体机的部分硬盘和内存容量作为虚拟机的硬盘和内存容量。每个虚拟机都有独立的CMOS、硬盘和操作系统，可以像使用实体机一样对虚拟机进行操作。在容器技术之前，业界的网红是虚拟机。

虚拟机技术的代表，是VMWare和OpenStack。

2.容器：将操作系统层虚拟化，是一个标准的软件单元

随处运行：容器可以将代码与配置文件和相关依赖库进行打包，从而确保在任何环境下的运行都是一致的。

高资源利用率：容器提供进程级的隔离，因此可以更加精细地设置CPU和内存的使用率，进而更好地利用服务器的计算资源。

快速扩展：每个容器都可作为单独的进程予以运行，并且可以共享底层操作系统的系统资源，这样一来可以加快容器的启动和停止效率。

3.区别与联系

虚拟机虽然可以隔离出很多「子电脑」，但占用空间更大，启动更慢。虚拟机软件可能还要花钱，例如VMWare；

容器技术不需要虚拟出整个操作系统，只需要虚拟一个小规模的环境，类似「沙箱」；

运行空间，虚拟机一般要几GB到 几十GB的空间，而容器只需要MB级甚至KB级；

我们来看一下对比数据：

与虚拟机相比，容器更轻量且速度更快，因为它利用了Linux底层操作系统在隔离的环境中运行。虚拟机的Hypervisor创建了一个非常牢固的边界，以防止应用程序突破它，而容器的边界不那么强大。

物理机部署不能充分利用资源，造成资源浪费。虚拟机方式部署，虚拟机本身会占用大量资源，导致资源浪费，另外虚拟机性能也很差。而容器化部署比较灵活，且轻量级，性能较好。

虚拟机属于虚拟化技术，而 Docker 这样的容器技术，属于轻量级的虚拟化。

三、认识 Docker

1.概念

Docker是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以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，也可以实现虚拟化。容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口。

Docker技术的三大核心概念，分别是：镜像Image、容器Container、仓库Repository。

2.Docker轻量级的原因？

相信你也会有这样的疑惑：为什么Docker启动快？如何做到和宿主机共享内核？

当我们请求Docker运行容器时，Docker会在计算机上设置一个资源隔离的环境。然后将打包的应用程序和关联的文件复制到Namespace内的文件系统中，此时环境的配置就完成了。之后Docker会执行我们预先指定的命令，运行应用程序。

镜像不包含任何动态数据，其内容在构建之后也不会被改变。

四、核心概念

1.Build, Ship and Run（搭建、运输、运行）；

2.Build once, Run anywhere（一次搭建，处处运行）；

3.Docker本身并不是容器，它是创建容器的工具，是应用容器引擎；

4.Docker三大核心概念，分别是：镜像Image，容器Container、仓库Repository；

5.Docker技术使用Linux内核和内核功能（例如Cgroups和namespaces）来分隔进程，以便各进程相互独立运行。

6.由于Namespace和Cgroups功能仅在Linux上可用，因此容器无法在其他操作系统上运行。那么Docker如何在macOS或Windows上运行？Docker实际上使用了一个技巧，并在非Linux操作系统上安装Linux虚拟机，然后在虚拟机内运行容器。

7.镜像是一个可执行包，其包含运行应用程序所需的代码、运行时、库、环境变量和配置文件，容器是镜像的运行时实例。

五、安装 Docker

1.命令行安装

Homebrew的Cask已经支持Docker for Mac，因此可以很方便的使用Homebrew Cask来进行安装，执行如下命令：

brewcaskinstalldocker

更多安装方式，请查看官方文档：

https://www.docker.com/get-started

2.查看版本

docker-v

3.配置镜像加速

设置 Docker Engine 写入配置：

{
"registry-mirrors":[
"http://hub-mirror.c.163.com/",
"https://registry.docker-cn.com"
],
"insecure-registries":[],
"experimental":false,
"debug":true
}

4.安装桌面端

Docker 桌面端

桌面端操作非常简单，先去官网下载。通过Docker桌面端，我们可以方便的操作：

clone：克隆一个项目

build：打包镜像

run：运行实例

share：共享镜像

好了，准备工作就绪，下面可以大展身手了！

六、快速开始

安装完Docker之后，我们先打个实际项目的镜像，边学边用。

1.首先需要大致了解一下我们将会用到的11个命令

2.新建项目

为了快捷，我们直接使用Vue脚手架构建项目：

vuecreatedocker-demo

尝试启动一下：

yarnserve

访问地址：http://localhost:8080/。项目就绪，我们接着为项目打包：

yarnbuild

这时候，项目目录下的Dist就是我们要部署的静态资源了，我们继续下一步。

需要注意：前端项目一般分两类，一类直接Nginx静态部署，一类需要启动Node服务。本节我们只考虑第一种。

3.新建Dockerfile

cddocker-demo&&touchDockerfile

此时的项目目录如下：

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

可以看到我们已经在docker-demo目录下成功创建了Dockerfile文件。

4.准备Nginx镜像

运行你的Docker桌面端，就会默认启动实例，我们在控制台拉取Nginx镜像：

dockerpullnginx

控制台会出现如下信息：

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

如果你出现这样的异常，请确认Docker实例是否正常运行。

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

镜像准备OK，我们在根目录创建Nginx配置文件：

touchdefault.conf

写入：

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.配置镜像

打开Dockerfile，写入如下内容：

FROMnginx
COPYdist//usr/share/nginx/html/
COPYdefault.conf/etc/nginx/conf.d/default.conf

我们逐行解释一下代码：

FROM nginx指定该镜像是基于nginx:latest镜像而构建的；

COPY dist/ /usr/share/nginx/html/命令的意思是将项目根目录下dist文件夹中的所有文件复制到镜像中/usr/share/nginx/html/目录下；

COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf将default.conf复制到etc/nginx/conf.d/default.conf，用本地的default.conf配置来替换Nginx镜像里的默认配置。

6.构建镜像

Docker通过build命令来构建镜像：

dockerbuild-tjartto-docker-demo.

按照惯例，我们解释一下上述代码：

-t参数给镜像命名jartto-docker-demo

.是基于当前目录的Dockerfile来构建镜像

执行成功后，将会输出：

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

镜像制作成功！我们来查看一下容器：

dockerimagels|grepjartto-docker-demo

可以看到，我们打出了一个133MB的项目镜像：

jartto-docker-demolatest7df6efaf9592Aboutaminuteago133MB

镜像也有好坏之分，后续我们将介绍如何优化，这里可以先暂时忽略。

7.运行容器

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

这里解释一下参数：

-d设置容器在后台运行

-p表示端口映射，把本机的3000端口映射到container的80端口（这样外网就能通过本机的3000端口访问了

--name设置容器名docker-vue

jartto-docker-demo是我们上面构建的镜像名字

补充一点：在控制台，我们可以通过docker ps查看刚运行的Container的ID：

dockerps-a

控制台会输出：

CONTAINERIDIMAGECOMMANDCREATEDSTATUSPORTSNAMES
ab1375befb0bjartto-docker-demo"/docker-entrypoint.…"8minutesagoUp7minutes0.0.0.0:3000->80/tcpdocker-vue

如果你使用桌面端，那么打开Docker Dashboard就可以看到容器列表了，如下图：

8.访问项目

因为我们映射了本机3000端口，所以执行：

curl-v-ilocalhost:3000

或者打开浏览器，访问：localhost:3000

9.发布镜像

如果你想为社区贡献力量，那么需要将镜像发布，方便其他开发者使用。

发布镜像需要如下步骤：

登陆[dockerhub](https://hub.docker.com)，注册账号；

命令行执行docker login，之后输入我们的账号密码，进行登录；

推送镜像之前，需要打一个Tag，执行docker tag /:

全流程结束，以后我们要使用，再也不需要「搬石头、砍木头、画图纸、盖房子」了，拎包入住。这也是docker独特魅力所在。

七、常规操作

到这里，恭喜你已经完成了Docker的入门项目！如果还想继续深入，不妨接着往下看看。

1.参数使用

FROM：
#指定基础镜像，所有构建的镜像都必须有一个基础镜像，且FROM命令必须是Dockerfile的第一个命令
FROM[AS]指定从一个镜像构建起一个新的镜像名字
FROM[:][AS]指定镜像的版本Tag
示例：FROM mysql:5.0 AS database

MAINTAINER：
#镜像维护人的信息
MAINTAINER
示例：MAINTAINER Jartto [e-mail]

RUN：
#构建镜像时要执行的命令
RUN
示例：RUN [executable, param1, param2]

ADD：
#将本地的文件添加复制到容器中去，压缩包会解压，可以访问网络上的文件，会自动下载
ADD
示例：ADD *.js /app 添加 js 文件到容器中的 app 目录下

COPY：
#功能和ADD一样，只是复制，不会解压或者下载文件

CMD：
#启动容器后执行的命令，和RUN不一样，RUN是在构建镜像是要运行的命令
当使用dockerrun运行容器的时候，这个可以在命令行被覆盖
示例：CMD [executable, param1, param2]

ENTRYPOINT：
#也是执行命令，和CMD一样，只是这个命令不会被命令行覆盖
ENTRYPOINT[executable,param1,param2]
示例：ENTRYPOINT [donnet, myapp.dll]

LABEL：
#为镜像添加元数据，key-value形式
LABEL==...
示例：LABEL version=1.0 description=这是一个web应用

ENV：
#设置环境变量，有些容器运行时会需要某些环境变量
ENV一次设置一个环境变量
ENV===设置多个环境变量
示例：ENV JAVA_HOME /usr/java1.8/

EXPOSE：
#暴露对外的端口（容器内部程序的端口，虽然会和宿主机的一样，但是其实是两个端口）
EXPOSE
示例：EXPOSE 80
容器运行时，需要用-p映射外部端口才能访问到容器内的端口

VOLUME：
#指定数据持久化的目录，官方语言叫做挂载
VOLUME/var/log
#指定容器中需要被挂载的目录，会把这个目录映射到宿主机的一个随机目录上，实现数据的持久化和同步
VOLUME[/var/log,/var/test.....]
#指定容器中多个需要被挂载的目录，会把这些目录映射到宿主机的多个随机目录上，实现数据的持久化和同步

VOLUME/var/datavar/log
#指定容器中的var/log目录挂载到宿主机上的/var/data目录，这种形式可以手动指定宿主机上的目录

WORKDIR：
#设置工作目录，设置之后，RUN、CMD、COPY、ADD的工作目录都会同步变更
WORKDIR
示例：WORKDIR /app/test

USER：
#指定运行命令时所使用的用户，为了安全和权限起见，根据要执行的命令选择不同用户
USER:[]
示例：USER test

ARG：
#设置构建镜像是要传递的参数
ARG[=]
ARGname=sss

更多操作，请移步官方使用文档：

https://docs.docker.com/

八、最佳实践

在掌握Docker常规操作之后，我们很容易就可以打出自己想要的项目镜像。然而不同的操作打出的镜像也是千差万别。

究竟是什么原因导致镜像差异，我们不妨继续探索。

以下是在应用Docker过程中整理的最佳实践，请尽量遵循如下准则：

Require明确：需要什么镜像

步骤精简：变化较少的Step优先

版本明确：镜像命名明确

说明文档：整个镜像打包步骤可以重现

九、总结

容器化技术必将是云时代不可或缺的技能之一，而Docker只是沧海一粟。随之而来的还有集群容器管理K8s、Service Mesh、Istio等技术。打开Docker的大门，不断抽丝剥茧，逐层深入，你将感受到容器化的无穷魅力。

审核编辑：黄飞