Docker

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Docker技术详解：从入门到实践

一、Docker概述

1.1 什么是Docker

Docker是一个开源的应用容器引擎，基于Go语言开发，遵循Apache2.0协议开源。它允许开发者将应用及其依赖打包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux或Windows机器上，也可以实现虚拟化。

1.2 Docker与传统虚拟机的区别

特性Docker容器传统虚拟机
启动时间秒级分钟级
性能接近原生较差
系统资源占用少占用多
隔离性进程级别系统级别
镜像大小通常为MB级通常为GB级
可移植性强较弱

1.3 Docker的核心概念

  1. 镜像(Image)：Docker镜像是一个只读模板，包含创建Docker容器的指令
  2. 容器(Container)：容器是镜像的可运行实例
  3. 仓库(Registry)：用于存放镜像的地方，分为公共仓库和私有仓库
  4. Dockerfile：文本文件，包含创建镜像所需的所有命令

二、Docker架构与组件

2.1 Docker架构图

2.2 核心组件

  1. Docker Client：用户与Docker交互的客户端
  2. Docker Daemon：Docker服务端，负责创建、运行、监控容器
  3. Docker Images：容器运行的只读模板
  4. Docker Containers：镜像的运行实例
  5. Docker Registry：镜像仓库服务

三、Docker安装与配置

3.1 在不同系统上的安装

Linux系统安装示例(Ubuntu):

# 卸载旧版本
sudo apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

# 安装依赖
sudo apt-get update
sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl gnupg lsb-release

# 添加Docker官方GPG密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg

# 设置稳定版仓库
echo "deb [arch=amd64 signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 安装Docker引擎
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

# 验证安装
sudo docker run hello-world

3.2 配置Docker

  1. 用户组配置：将当前用户加入docker组，避免每次使用sudo
sudo usermod -aG docker $USER
  1. 镜像加速器配置：修改/etc/docker/daemon.json
{
  "registry-mirrors": ["https://registry.docker-cn.com"]
}
  1. 重启Docker服务
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

四、Docker基本操作

4.1 镜像操作

# 搜索镜像
docker search ubuntu

# 拉取镜像
docker pull ubuntu:20.04

# 列出本地镜像
docker images

# 删除镜像
docker rmi ubuntu:20.04

# 导出镜像
docker save -o ubuntu.tar ubuntu:20.04

# 导入镜像
docker load -i ubuntu.tar

4.2 容器操作

# 运行容器
docker run -it --name my_ubuntu ubuntu:20.04 /bin/bash

# 列出运行中的容器
docker ps

# 列出所有容器
docker ps -a

# 启动/停止/重启容器
docker start my_ubuntu
docker stop my_ubuntu
docker restart my_ubuntu

# 进入运行中的容器
docker exec -it my_ubuntu /bin/bash

# 删除容器
docker rm my_ubuntu

# 查看容器日志
docker logs my_ubuntu

# 查看容器资源使用情况
docker stats my_ubuntu

五、Dockerfile详解

5.1 Dockerfile指令

  1. FROM：指定基础镜像
  2. RUN：执行命令
  3. COPY/ADD：复制文件
  4. CMD：容器启动命令
  5. ENTRYPOINT：入口点
  6. ENV：设置环境变量
  7. ARG：构建参数
  8. VOLUME：定义匿名卷
  9. EXPOSE：声明端口
  10. WORKDIR：指定工作目录
  11. USER：指定当前用户
  12. HEALTHCHECK：健康检查
  13. LABEL：添加元数据

5.2 示例Dockerfile

# 使用官方Python运行时作为基础镜像
FROM python:3.8-slim

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 将当前目录内容复制到容器的/app中
COPY . /app

# 安装requirements.txt中指定的包
RUN pip install --trusted-host pypi.python.org -r requirements.txt

# 暴露端口80
EXPOSE 80

# 定义环境变量
ENV NAME World

# 容器启动时运行app.py
CMD ["python", "app.py"]

5.3 构建镜像

docker build -t my-python-app .

六、Docker网络

6.1 Docker网络模式

  1. bridge：默认网络模式，为每个容器分配IP
  2. host：容器直接使用宿主机的网络
  3. none：容器没有网络接口
  4. overlay：用于Swarm集群
  5. macvlan：为容器分配MAC地址

6.2 网络操作

# 列出网络
docker network ls

# 创建网络
docker network create my-network

# 运行容器时指定网络
docker run -it --network=my-network --name container1 ubuntu
docker run -it --network=my-network --name container2 ubuntu

# 连接/断开网络
docker network connect my-network container3
docker network disconnect my-network container3

# 删除网络
docker network rm my-network

七、Docker数据管理

7.1 数据卷(Volume)

# 创建数据卷
docker volume create my-vol

# 列出数据卷
docker volume ls

# 查看数据卷详情
docker volume inspect my-vol

# 使用数据卷
docker run -d --name my-app -v my-vol:/app nginx

# 删除数据卷
docker volume rm my-vol

7.2 挂载主机目录

# 挂载主机目录到容器
docker run -d --name my-app -v /path/on/host:/path/in/container nginx

# 只读挂载
docker run -d --name my-app -v /path/on/host:/path/in/container:ro nginx

八、Docker Compose

8.1 什么是Docker Compose

Docker Compose是一个用于定义和运行多容器Docker应用程序的工具。通过一个YAML文件来配置应用的服务，然后使用一个命令即可创建并启动所有服务。

8.2 docker-compose.yml示例

version: '3'
services:
  web:
    image: nginx:alpine
    ports:
      - "80:80"
    volumes:
      - ./html:/usr/share/nginx/html
    networks:
      - my-network
    depends_on:
      - db

  db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_PASSWORD: example
    volumes:
      - postgres_data:/var/lib/postgresql/data
    networks:
      - my-network

volumes:
  postgres_data:

networks:
  my-network:
    driver: bridge

8.3 Compose常用命令

# 启动服务
docker-compose up -d

# 停止服务
docker-compose down

# 查看运行状态
docker-compose ps

# 查看日志
docker-compose logs

# 构建或重新构建服务
docker-compose build

# 执行命令
docker-compose exec web bash

九、Docker在生产环境中的实践

9.1 最佳实践

  1. 使用官方镜像：优先选择官方镜像，确保安全性和稳定性
  2. 多阶段构建：减少最终镜像大小
  3. 最小化镜像：使用Alpine等小型基础镜像
  4. 合理使用缓存：将不常变化的指令放在前面
  5. 使用.dockerignore：排除不必要的文件
  6. 限制资源使用：设置CPU、内存限制
  7. 日志管理：配置日志驱动和日志轮转

9.2 多阶段构建示例

# 第一阶段：构建应用
FROM golang:1.16 AS builder
WORKDIR /app
COPY . .
RUN go build -o myapp .

# 第二阶段：运行应用
FROM alpine:latest  
WORKDIR /root/
COPY --from=builder /app/myapp .
CMD ["./myapp"]

9.3 安全实践

  1. 避免使用root用户运行容器
  2. 定期更新基础镜像
  3. 扫描镜像中的漏洞
  4. 限制容器能力
  5. 使用只读文件系统
  6. 配置资源限制

十、Docker与CI/CD集成

10.1 与Jenkins集成

  1. 在Jenkins服务器上安装Docker
  2. 使用Docker作为构建环境
  3. 在Jenkinsfile中使用Docker
pipeline {
    agent {
        docker {
            image 'maven:3.8.1-jdk-11'
            args '-v $HOME/.m2:/root/.m2'
        }
    }
    stages {
        stage('Build') {
            steps {
                sh 'mvn clean package'
            }
        }
    }
}

10.2 与GitLab CI集成

image: docker:19.03.12

services:
  - docker:19.03.12-dind

build:
  stage: build
  script:
    - docker build -t my-app .
    - docker run my-app /script/to/run/tests

十一、Docker常见问题与解决方案

11.1 常见问题

  1. 容器启动失败：检查日志，查看错误信息
  2. 端口冲突：修改映射端口或停止占用端口的服务
  3. 磁盘空间不足：清理无用镜像和容器
  4. 网络连接问题：检查网络配置和防火墙设置
  5. 性能问题：调整资源限制，优化Dockerfile

11.2 常用排查命令

bash复制# 查看容器日志
docker logs <container_id>

# 检查容器配置
docker inspect <container_id>

# 查看资源使用情况
docker stats

# 清理无用数据
docker system prune

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