Docker基礎入門（一）

初識Docker

什么是Docker

Docker是一個快速交付應用、運行應用的技術：

可以將程序及其依賴、運行環境一起打包為一個鏡像，可以遷移到任意Linux操作系統
運行時利用沙箱機制形成隔離容器，各個應用互不干擾
啟動、移除都可以通過一行命令完成，方便快捷

應用部署的環境問題

大型項目組件較多，運行環境也較為復雜，部署時會碰到一些問題

依賴關系復雜，容易出現兼容性問題
開發、測試、生產環境有差異

例如一個項目中，部署時需要依賴于node.js、Redis、RabbitMQ、MySQL等，這些服務部署時所需要的函數庫、依賴項各不相同，甚至會有沖突。給部署帶來了極大的困難。

Docker解決依賴兼容問題

Docker為了解決依賴的兼容問題的，采用了兩個手段：

將應用的Libs（函數庫）、Deps（依賴）、配置與應用一起打包
將每個應用放到一個隔離容器去運行，避免互相干擾

這樣打包好的應用包中，既包含應用本身，也保護應用所需要的Libs、Deps，無需再在操作系統上安裝這些，自然就不存在不同應用之間的兼容問題了。

雖然解決了不同應用的兼容問題，但是開發、測試等環境會存在差異，操作系統版本也會有差異，怎么解決這些問題呢？

Docker解決操作系統環境差異

要解決不同操作系統環境差異問題，必須先了解操作系統結構。以一個Ubuntu操作系統為例，結構如下：

結構包括：

計算機硬件：例如CPU、內存、磁盤等
系統內核：所有Linux發行版的內核都是Linux，例如CentOS、Ubuntu、Fedora等。內核可以與計算機硬件交互，對外提供內核指令，用于操作計算機硬件。
系統應用：將內核指令封裝為函數，以便程序員調用，用戶程序基于系統函數庫實現功能。

應用于計算機交互的流程如下：

1）應用調用操作系統應用（函數庫），實現各種功能

2）系統函數庫是對內核指令集的封裝，會調用內核指令

3）內核指令操作計算機硬件

Ubuntu和CentOS都是基于Linux內核，無非是系統應用不同，提供的函數庫有差異，此時，如果將一個Ubuntu版本的MySQL應用安裝到CentOS系統，MySQL在調用Ubuntu函數庫時，會發現找不到或者不匹配，就會報錯了：

Docker如何解決大型項目依賴關系復雜，不同組件依賴的兼容性問題？

Docker允許開發中將應用、依賴、函數庫、配置一起打包，形成可移植鏡像
Docker應用運行在容器中，使用沙箱機制，相互隔離

Docker如何解決開發、測試、生產環境的差異問題？

Docker將用戶程序與所需要調用的系統(比如Ubuntu)函數庫一起打包
Docker鏡像中包含完整運行環境，包括系統函數庫，僅依賴系統的Linux內核，因此可以在任意Linux操作系統上運行

Docker與虛擬機的區別

Docker可以讓一個應用在任何操作系統中非常方便的運行。而以前我們接觸的虛擬機，也能在一個操作系統中，運行另外一個操作系統，保護系統中的任何應用。兩者有什么差異呢？

虛擬機（virtual machine）是在操作系統中模擬硬件設備，然后運行另一個操作系統，比如在 Windows 系統里面運行 Ubuntu 系統，這樣就可以運行任意的Ubuntu應用了。而Docker僅僅是封裝函數庫，并沒有模擬完整的操作系統。

Docker和虛擬機的差異總結：

docker是一個系統進程；虛擬機是在操作系統中的操作系統
docker體積小、啟動速度快、性能好；虛擬機體積大、啟動速度慢、性能一般。

Docker架構

鏡像和容器

Docker中有幾個重要的概念：

**鏡像（**Image）：Docker將應用程序及其所需的依賴、函數庫、環境、配置等文件打包在一起，稱為鏡像。

容器（Container）：鏡像中的應用程序運行后形成的進程就是容器，只是Docker會給容器做隔離，對外不可見。

一切應用最終都是代碼組成，都是硬盤中的一個個的字節形成的文件。只有運行時，才會加載到內存，形成進程。

鏡像，就是把一個應用在硬盤上的文件、及其運行環境、部分系統函數庫文件一起打包形成的文件包，這個文件包是只讀的；

容器，就是將這些文件中編寫的程序、函數加載到內存中運行，形成進程，只不過要隔離起來。因此一個鏡像可以啟動多次，形成多個容器進程。

例如你下載了一個QQ，如果我們將QQ在磁盤上的運行文件及其運行的操作系統依賴打包，形成QQ鏡像。然后你就可以啟動多次，雙開、甚至三開。

DockerHub

開源應用程序非常多，打包這些應用往往是重復的勞動。為了避免這些重復勞動，人們就會將自己打包的應用鏡像，例如Redis、MySQL鏡像放到網絡上，共享使用，就像GitHub的代碼共享一樣。

DockerHub：DockerHub是一個官方的Docker鏡像的托管平臺。這樣的平臺稱為Docker Registry。
國內也有類似于DockerHub 的公開服務，比如網易云鏡像服務、阿里云鏡像庫等。

我們一方面可以將自己的鏡像共享到DockerHub，另一方面也可以從DockerHub拉取鏡像。

Docker架構

我們要使用Docker來操作鏡像、容器，就必須要安裝Docker。

Docker是一個CS架構的程序，由兩部分組成：

服務端(server)：Docker守護進程，負責處理Docker指令，管理鏡像、容器等
客戶端(client)：通過命令或RestAPI向Docker服務端發送指令。可以在本地或遠程向服務端發送指令。

使用Docker

鏡像相關命令

首先來看下鏡像的名稱組成：

鏡像名稱一般分兩部分組成：[repository]:[tag]。
在沒有指定tag時，默認是latest，代表最新版本的鏡像

這里的mysql就是repository，5.7就是tag，合一起就是鏡像名稱，代表5.7版本的MySQL鏡像。

常見的鏡像操作命令：

docker images	#查看鏡像
docker rmi 		#刪除鏡像
docker pull		#拉取
docker push		#推送
docker save 	#保存到文件
docker load		#從文件加載

命令具體的參數可以使用--help查看。

案例

從DockerHub中拉取一個nginx鏡像并查看

1）首先去鏡像倉庫搜索nginx鏡像，比如DockerHub:

2）根據查看到的鏡像名稱，通過命令：docker pull nginx，拉取自己需要的鏡像

3）通過命令：docker images 查看拉取到的鏡像

利用docker save將nginx鏡像導出磁盤，然后再通過load加載回來

1）利用docker xx --help命令查看docker save和docker load的語法

可以看到命令的格式為：

#docker save格式
docker save -o [保存的目標文件名稱] [鏡像名稱]#docker load格式
docker load -i [加載的目標文件名稱]

2）使用docker save導出鏡像到磁盤

運行命令：

docker save -o nginx.tar nginx:latest

3）使用docker load加載鏡像

先刪除本地的nginx鏡像：

docker rmi nginx:latest

然后運行命令，加載本地文件：

docker load -i nginx.tar

容器相關命令

其中：

docker run：創建并運行一個容器，處于運行狀態
- 常見參數：
  - --name：指定容器名稱
  - -p：指定端口映射
  - -d：讓容器后臺運行
docker pause：讓一個運行的容器暫停
docker unpause：讓一個容器從暫停狀態恢復運行
docker stop：停止一個運行的容器
docker start：讓一個停止的容器再次運行
docker rm：刪除一個容器
- 不能刪除運行中的容器，除非添加 -f 參數強制刪除
- 容器狀態：
  - 運行：進程正常運行
  - 暫停：進程暫停，CPU不再運行，并不釋放內存
  - 停止：進程終止，回收進程占用的內存、CPU等資源
docker logs：查看容器日志
- 添加 -f 參數可以持續查看日志
docker ps：查看容器狀態
- 添加-a參數查看所有狀態的容器
docker exec -it [容器名] [要執行的命令]
- exec命令可以進入容器修改文件，PS：但是在容器內修改文件是不推薦的

案例

創建并運行nginx容器的命令：

docker run --name [容器名稱] -p 80:80 -d [鏡像名稱]

這里的-p參數，是將容器端口映射到宿主機端口。

默認情況下，容器是隔離環境，我們直接訪問宿主機的80端口，肯定訪問不到容器中的nginx。

現在，將容器的80與宿主機的80關聯起來，當我們訪問宿主機的80端口時，就會被映射到容器的80，這樣就能訪問到nginx了：

案例

進入Nginx容器，修改HTML文件內容，添加“Hello World!”

1）進入我們剛剛創建的nginx容器的命令為：

docker exec -it myniginx bash

命令解讀：

docker exec ：進入容器內部，執行一個命令
-it : 給當前進入的容器創建一個標準輸入、輸出終端，允許我們與容器交互
myniginx：要進入的容器的名稱
bash：進入容器后執行的命令，bash是一個linux終端交互命令

2）進入nginx的HTML所在目錄 /usr/share/nginx/html

cd /usr/share/nginx/html

容器內部會模擬一個獨立的Linux文件系統，看起來如同一個linux服務器一樣，nginx的環境、配置、運行文件全部都在這個文件系統中，包括我們要修改的html文件：

3）修改index.html的內容

容器內沒有vi命令，無法直接修改，我們用下面的命令來修改：

sed -i -e 's#Welcome to nginx#Hello Wolrd!#g' -e 's#<head>#<head><meta charset="utf-8">#g' index.html

數據卷(volume)

容器與數據耦合的問題

在之前的nginx案例中，修改nginx的html頁面時，需要進入nginx內部。并且因為沒有編輯器，修改文件也很麻煩。這就是因為容器與數據（容器內文件）耦合帶來的后果。

要解決這個問題，必須將數據與容器解耦，這就要用到數據卷了。

什么是數據卷？

數據卷是一個虛擬目錄，指向宿主機文件系統中的某個目錄。其作用是將容器與數據分離，解耦合，方便操作容器內數據，保證數據安全

一旦完成數據卷掛載，對容器的一切操作都會作用在數據卷對應的宿主機目錄了。這樣，我們操作宿主機的/var/lib/docker/volumes/html目錄，就等于操作容器內的/usr/share/nginx/html目錄了

數據卷操作命令

數據卷操作的基本語法如下：

docker volume [COMMAND]

docker volume命令是數據卷操作，根據命令后跟隨的command來確定下一步的操作：

create 創建一個volume
inspect 顯示一個或多個volume的信息
ls 列出所有的volume
prune 刪除未使用的volume
rm 刪除一個或多個指定的volume

案例

創建一個數據卷，并查看數據卷在宿主機的目錄位置

① 創建數據卷

docker volume create html

② 查看所有數據

docker volume ls

③ 查看數據卷詳細信息卷

docker volume inspect html

可以看到，我們創建的html這個數據卷關聯的宿主機目錄為/var/lib/docker/volumes/html/_data目錄。

④刪除數據卷

docker volume prune		#刪除未使用的數據卷
docker volume rm 數據卷名稱		#刪除指定數據卷

掛載數據卷

我們在創建容器時，可以通過 -v 參數來掛載一個數據卷到某個容器內目錄，命令格式如下：

docker run --name [容器名稱] -v [數據卷名稱]:[目錄] -p 8080:80 [鏡像名稱]
例：
docker run --name mynginx -v html:/root/html -p 8080:80 [鏡像名稱]

這里的-v就是掛載數據卷的命令：

-v html:/root/html ：把html數據卷掛載到容器內的/root/html這個目錄中，如果容器運行時volume不存在，會自動被創建出來

案例

創建一個nginx容器，修改容器內的html目錄內的index.html內容

分析：上個案例中，我們進入nginx容器內部，已經知道nginx的html目錄所在位置/usr/share/nginx/html ，我們需要把這個目錄掛載到html這個數據卷上，方便操作其中的內容。

提示：運行容器時使用 -v 參數掛載數據卷

步驟：

① 創建容器并掛載數據卷到容器內的HTML目錄

docker run --name mn -v html:/usr/share/nginx/html -p 80:80 -d nginx# 查看html數據卷的位置
docker volume inspect html

② 進入html數據卷所在位置，并修改HTML內容

# 進入該目錄
cd /var/lib/docker/volumes/html/_data
# 修改文件
vi index.html

**注意：**我在Windows下的Ubuntu中不能直接進入到/var/lib/docker/volumes/html/_data這個目錄

根據網上的辦法執行以下指令進入到vm內部：

docker run -it --privileged --pid=host debian nsenter -t 1 -m -u -n -i sh

–privileged : 表示允許該容器訪問宿主機中的各種設備
–pid=host : 表示允許容器共享宿主機的進程命名空間（namespace），許容器看到宿主機中的各種進程
nsenter : 是一個小工具 ns=namespace、enter=進入
nsenter -t 1 -m -u -n -i sh
- -t 1: 表示要進入哪個pid，1表示整個操作系統的主進程id
- -m: 進入mount namespace，掛載點
- -u: 進入UTS namespace
- -n: 進入network namespace，網絡
- -i: 進入IPC namespace，進程間通信
- sh: 表示運行/bin/sh

掛載目錄

【案例】創建并運行一個MySQL容器，將宿主機目錄直接掛載到容器

-v[宿主機目錄]:[容器內目錄]
-v[宿主機文件]:[容器內文件]

導入mysql鏡像
創建目錄/tmp/mysql/data
創建目錄/tmp/mysql/conf，hmy.cnf文件上傳到/tmp/mysql/conf
去DockerHub查閱資料，創建并運行MySQL容器，要求：

? ①掛載/tmp/mysql/data到mysql容器內數據存儲目錄

? ②掛載/tmp/mysql/conf/hmy.cnf到mysql容器的配置文件

? ③設置MySQL密碼

docker run --name mysql \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \
-p 3307:3306 \
-d \
-v /tmp/mysql/conf:/etc/mysql/conf.d \
-v /tmp/mysql/data:/var/lib/mysql \
mysql:latest

數據卷掛載與目錄直接掛載的區別

數據卷掛載耦合度低，由docker來管理目錄，但是目錄較深，不好找
目錄掛載耦合度高，需要我們自己管理目錄，不過目錄容易尋找查看

Dockerfile自定義鏡像

鏡像結構

鏡像是將應用程序及其需要的系統函數庫、環境、配置、依賴打包而成。

鏡像是分層結構，每一層稱為一個Layer

BaseImage層：包含基本的系統函數庫、環境變量、文件系統；
Entrypoint：入口，是鏡像中應用啟動的命令；
其它：在BaseImage基礎上添加依賴、安裝程序、完成整個應用的安裝和配置。

Dockerfile

Dockerfile就是一個文本文件，其中包含一個個的指令(Instruction)，用指令來說明要執行什么操作以此來構建鏡像。每一個指令都會形成一層Layer。常用指令：

指令	說明	示例
FROM	指定基礎鏡像	FROM centos:6
ENV	設置環境變量	ENV key value
COPY	拷貝本地文件到鏡像的指定目錄	COPY ./mysql-5.7.rpm /tmp
RUN	執行Linux的shell命令，一般是安裝過程的命令	RUN yum install gcc
EXPOSE	指定容器運行時監聽的端口，是給鏡像使用者看的	EXPOSE 8080
ENTRYPOINT	鏡像中應用的啟動命令，容器運行時調用	ENTRYPOINT java -jar xx.jar

更新詳細語法說明，請參考官網文檔： https://docs.docker.com/engine/reference/builder

注意：

Dockerfile的本質是一個文件，通過指令描述鏡像的構建過程；
Dockerfile第一行必須是FROM，從一個基礎鏡像來構建;
基礎鏡像可以是基本操作系統，如Ubuntu。也可以是其他人制作好的鏡像，例如：java:8-alpine。

構建Java項目

基本步驟

新建一個空文件夾docker-demo，并將docker-demo.jar、jdk8.tar.gz和Dockerfile拷貝到該目錄下。Dockerfile文件內容：

# 指定基礎鏡像
FROM ubuntu:16.04
# 配置環境變量，JDK的安裝目錄
ENV JAVA_DIR=/usr/local# 拷貝jdk
COPY ./jdk8.tar.gz $JAVA_DIR/# 安裝JDK
RUN cd $JAVA_DIR \&& tar -xf ./jdk8.tar.gz \&& mv ./jdk1.8.0_144 ./java8# 配置環境變量
ENV JAVA_HOME=$JAVA_DIR/java8
ENV PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin#########################以上步驟都是在安裝jdk#############################Java項目包
COPY ./docker-demo.jar /tmp/app.jar
# 暴露端口
EXPOSE 8090
# 入口，java項目的啟動命令
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar

運行命令：

docker build -t javaweb:1.0 .

基于openjdk:8-alpine

基于openjdk:8-alpine鏡像，將一個Java項目構建為鏡像

實現思路如下：

新建一個空的目錄，然后在目錄中新建一個文件，命名為Dockerfile
拷貝docker-demo.jar到這個目錄中

編寫Dockerfile文件：

# 指定基礎鏡像
FROM openjdk:8-alpine# 將docker-demo.jar拷貝到鏡像中
COPY ./docker-demo.jar /tmp/app.jar# 暴露端口
EXPOSS 8090
# 入口，Java項目的啟動命令
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar