Docker 精通系列

• Docker 精通之入門
• Docker 精通之微服務
• Docker 精通之常用命令
• Docker 精通之 Dockerfile

2013年發布至今，?Docker?一直廣受矚目，被認為可能會改變軟件行業。

但是，許多人并不清楚 Docker 到底是什么，要解決什么問題，好處又在哪里？本文就來詳細解釋，幫助大家理解它，還帶有簡單易懂的實例，教你如何將它用于日常開發。

一、環境配置的難題

軟件開發最大的麻煩事之一，就是環境配置。用戶計算機的環境都不相同，你怎么知道自家的軟件，能在那些機器跑起來？

用戶必須保證兩件事：操作系統的設置，各種庫和組件的安裝。只有它們都正確，軟件才能運行。舉例來說，安裝一個 Python 應用，計算機必須有 Python 引擎，還必須有各種依賴，可能還要配置環境變量。

如果某些老舊的模塊與當前環境不兼容，那就麻煩了。開發者常常會說："它在我的機器可以跑了"（It works on my machine），言下之意就是，其他機器很可能跑不了。

環境配置如此麻煩，換一臺機器，就要重來一次，曠日費時。很多人想到，能不能從根本上解決問題，軟件可以帶環境安裝？也就是說，安裝的時候，把原始環境一模一樣地復制過來。

二、虛擬機

虛擬機（virtual machine）就是帶環境安裝的一種解決方案。它可以在一種操作系統里面運行另一種操作系統，比如在 Windows 系統里面運行 Linux 系統。應用程序對此毫無感知，因為虛擬機看上去跟真實系統一模一樣，而對于底層系統來說，虛擬機就是一個普通文件，不需要了就刪掉，對其他部分毫無影響。

雖然用戶可以通過虛擬機還原軟件的原始環境。但是，這個方案有幾個缺點：

（1）資源占用多。虛擬機會獨占一部分內存和硬盤空間。它運行的時候，其他程序就不能使用這些資源了。哪怕虛擬機里面的應用程序，真正使用的內存只有 1MB，虛擬機依然需要幾百 MB 的內存才能運行。

（2）冗余步驟多。虛擬機是完整的操作系統，一些系統級別的操作步驟，往往無法跳過，比如用戶登錄。

（3）啟動慢。啟動操作系統需要多久，啟動虛擬機就需要多久。可能要等幾分鐘，應用程序才能真正運行。

三、Linux 容器

由于虛擬機存在這些缺點，Linux 發展出了另一種虛擬化技術：Linux 容器（Linux Containers，縮寫為 LXC）。

Linux 容器不是模擬一個完整的操作系統，而是對進程進行隔離。或者說，在正常進程的外面套了一個保護層。對于容器里面的進程來說，它接觸到的各種資源都是虛擬的，從而實現與底層系統的隔離。由于容器是進程級別的，相比虛擬機有很多優勢：

（1）啟動快。容器里面的應用，直接就是底層系統的一個進程，而不是虛擬機內部的進程。所以，啟動容器相當于啟動本機的一個進程，而不是啟動一個操作系統，速度就快很多。

（2）資源占用少。容器只占用需要的資源，不占用那些沒有用到的資源；虛擬機由于是完整的操作系統，不可避免要占用所有資源。另外，多個容器可以共享資源，虛擬機都是獨享資源。

（3）體積小。容器只要包含用到的組件即可，而虛擬機是整個操作系統的打包，所以容器文件比虛擬機文件要小很多。

總之，容器有點像輕量級的虛擬機，能夠提供虛擬化的環境，但是成本開銷小得多。

四、Docker 是什么？

Docker 屬于 Linux 容器的一種封裝，提供簡單易用的容器使用接口。它是目前最流行的 Linux 容器解決方案。

Docker 將應用程序與該程序的依賴，打包在一個文件里面。運行這個文件，就會生成一個虛擬容器。程序在這個虛擬容器里運行，就好像在真實的物理機上運行一樣。有了 Docker，就不用擔心環境問題。

總體來說，Docker 的接口相當簡單，用戶可以方便地創建和使用容器，把自己的應用放入容器。容器還可以進行版本管理、復制、分享、修改，就像管理普通的代碼一樣。

五、Docker 的用途

Docker 的主要用途，目前有三大類。

（1）提供一次性的環境。比如，本地測試他人的軟件、持續集成的時候提供單元測試和構建的環境。

（2）提供彈性的云服務。因為 Docker 容器可以隨開隨關，很適合動態擴容和縮容。

（3）組建微服務架構。通過多個容器，一臺機器可以跑多個服務，因此在本機就可以模擬出微服務架構。

六、Docker 的安裝

Docker 是一個開源的商業產品，有兩個版本：社區版（Community Edition，縮寫為 CE）和企業版（Enterprise Edition，縮寫為 EE）。企業版包含了一些收費服務，個人開發者一般用不到。下面的介紹都針對社區版。

Docker CE 的安裝請參考官方文檔。

• Mac
• Windows
• Ubuntu
• Debian
• CentOS
• Fedora
• 其他 Linux 發行版

安裝完成后，運行下面的命令，驗證是否安裝成功。

$ docker version # 或者 $ docker info

Docker 需要用戶具有 sudo 權限，為了避免每次命令都輸入sudo，可以把用戶加入 Docker 用戶組（官方文檔）。?

$ sudo usermod -aG docker $USER

Docker 是服務器----客戶端架構。命令行運行docker命令的時候，需要本機有 Docker 服務。如果這項服務沒有啟動，可以用下面的命令啟動（官方文檔）?

# service 命令的用法
$ sudo service docker start# systemctl 命令的用法
$ sudo systemctl start docker

六、image 文件

Docker 把應用程序及其依賴，打包在 image 文件里面。只有通過這個文件，才能生成 Docker 容器。image 文件可以看作是容器的模板。Docker 根據 image 文件生成容器的實例。同一個 image 文件，可以生成多個同時運行的容器實例。

image 是二進制文件。實際開發中，一個 image 文件往往通過繼承另一個 image 文件，加上一些個性化設置而生成。舉例來說，你可以在 Ubuntu 的 image 基礎上，往里面加入 Apache 服務器，形成你的 image。

# 列出本機的所有 image 文件。
$ docker image ls# 刪除 image 文件
$ docker image rm [imageName]

image 文件是通用的，一臺機器的 image 文件拷貝到另一臺機器，照樣可以使用。一般來說，為了節省時間，我們應該盡量使用別人制作好的 image 文件，而不是自己制作。即使要定制，也應該基于別人的 image 文件進行加工，而不是從零開始制作。

為了方便共享，image 文件制作完成后，可以上傳到網上的倉庫。Docker 的官方倉庫?Docker Hub?是最重要、最常用的 image 倉庫。此外，出售自己制作的 image 文件也是可以的。

七、實例：hello world

下面，我們通過最簡單的 image 文件"hello world"，感受一下 Docker。

需要說明的是，國內連接 Docker 的官方倉庫很慢，還會斷線，需要將默認倉庫改成國內的鏡像網站，具體的修改方法在下一篇文章的第一節。

首先，運行下面的命令，將 image 文件從倉庫抓取到本地。

$ docker image pull library/hello-world
# docker image pull是抓取 image 文件的命令。library/hello-world是 image 文件在倉庫里面的位置，其中library是 image 文件所在的組，hello-world是 image 文件的名字

由于 Docker 官方提供的 image 文件，都放在library組里面，所以它的是默認組，可以省略。因此，上面的命令可以寫成下面這樣。

$ docker image pull hello-world

抓取成功以后，就可以在本機看到這個 image 文件了。

$ docker image ls

現在，運行這個 image 文件。

$ docker container run hello-world
# docker container run具有自動抓取 image 文件的功能。如果發現本地沒有指定的 image 文件，就會從倉庫自動抓取。因此，前面的docker image pull命令并不是必需的步驟。然后生成一個正在運行的容器實例。

如果運行成功，你會在屏幕上讀到下面的輸出。

$ docker container run hello-worldHello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
... ...

輸出這段提示以后，hello world就會停止運行，容器自動終止。

有些容器不會自動終止，因為提供的是服務。比如，安裝運行 Ubuntu 的 image，就可以在命令行體驗 Ubuntu 系統。

$ docker container run -it ubuntu bash

對于那些不會自動終止的容器，必須使用docker container kill?命令手動終止。

$ docker container kill [containID]

八、容器文件

image 文件生成的容器實例，本身也是一個文件，稱為容器文件。也就是說，一旦容器生成，就會同時存在兩個文件： image 文件和容器文件。而且關閉容器并不會刪除容器文件，只是容器停止運行而已。

# 列出本機正在運行的容器
$ docker container ls# 列出本機所有容器，包括終止運行的容器
$ docker container ls --all

上面命令的輸出結果之中，包括容器的 ID。很多地方都需要提供這個 ID，比如上一節終止容器運行的docker container kill命令。

終止運行的容器文件，依然會占據硬盤空間，可以使用docker container rm命令刪除。

$ docker container rm [containerID]

運行上面的命令之后，再使用docker container ls --all命令，就會發現被刪除的容器文件已經消失了。

九、Dockerfile 文件

學會使用 image 文件以后，接下來的問題就是，如何可以生成 image 文件？如果你要推廣自己的軟件，勢必要自己制作 image 文件。

這就需要用到 Dockerfile 文件。它是一個文本文件，用來配置 image。Docker 根據 該文件生成二進制的 image 文件。

下面通過一個實例，演示如何編寫 Dockerfile 文件。

十、實例：制作自己的 Docker 容器

下面我以?koa-demos?項目為例，介紹怎么寫 Dockerfile 文件，實現讓用戶在 Docker 容器里面運行 Koa 框架。

作為準備工作，請先下載源碼。

$ git clone https://github.com/ruanyf/koa-demos.git
$ cd koa-demos

10.1 編寫 Dockerfile 文件

首先，在項目的根目錄下，新建一個文本文件.dockerignore，寫入下面的內容。

.git
node_modules
npm-debug.log

上面代碼表示，這三個路徑要排除，不要打包進入 image 文件。如果你沒有路徑要排除，這個文件可以不新建。

然后，在項目的根目錄下，新建一個文本文件 Dockerfile，寫入下面的內容。

FROM node:8.4
COPY . /app
WORKDIR /app
RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org
EXPOSE 3000

上面代碼一共五行，含義如下。

• FROM node:8.4：該 image 文件繼承官方的 node image，冒號表示標簽，這里標簽是8.4，即8.4版本的 node。
• COPY . /app：將當前目錄下的所有文件（除了.dockerignore排除的路徑），都拷貝進入 image 文件的/app目錄。
• WORKDIR /app：指定接下來的工作路徑為/app。
• RUN npm install：在/app目錄下，運行npm install命令安裝依賴。注意，安裝后所有的依賴，都將打包進入 image 文件。
• EXPOSE 3000：將容器 3000 端口暴露出來， 允許外部連接這個端口。

10.2 創建 image 文件

有了 Dockerfile 文件以后，就可以使用docker image build命令創建 image 文件了。

$ docker image build -t koa-demo .
# 或者
$ docker image build -t koa-demo:0.0.1 .

上面代碼中，-t參數用來指定 image 文件的名字，后面還可以用冒號指定標簽。如果不指定，默認的標簽就是latest。最后的那個點表示 Dockerfile 文件所在的路徑，上例是當前路徑，所以是一個點。

如果運行成功，就可以看到新生成的 image 文件koa-demo了。

$ docker image ls

10.3 生成容器

docker container run命令會從 image 文件生成容器。

$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash
# 或者
$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1 /bin/bash

上面命令的各個參數含義如下：

• -p參數：容器的 3000 端口映射到本機的 8000 端口。
• -it參數：容器的 Shell 映射到當前的 Shell，然后你在本機窗口輸入的命令，就會傳入容器。
• koa-demo:0.0.1：image 文件的名字（如果有標簽，還需要提供標簽，默認是 latest 標簽）。
• /bin/bash：容器啟動以后，內部第一個執行的命令。這里是啟動 Bash，保證用戶可以使用 Shell。

如果一切正常，運行上面的命令以后，就會返回一個命令行提示符。

root@66d80f4aaf1e:/app#

這表示你已經在容器里面了，返回的提示符就是容器內部的 Shell 提示符。執行下面的命令。

root@66d80f4aaf1e:/app# node demos/01.js

這時，Koa 框架已經運行起來了。打開本機的瀏覽器，訪問 http://127.0.0.1:8000，網頁顯示"Not Found"，這是因為這個?demo?沒有寫路由。

這個例子中，Node 進程運行在 Docker 容器的虛擬環境里面，進程接觸到的文件系統和網絡接口都是虛擬的，與本機的文件系統和網絡接口是隔離的，因此需要定義容器與物理機的端口映射（map）。

現在，在容器的命令行，按下 Ctrl + c 停止 Node 進程，然后按下 Ctrl + d （或者輸入 exit）退出容器。此外，也可以用docker container kill終止容器運行。

# 在本機的另一個終端窗口，查出容器的 ID
$ docker container ls# 停止指定的容器運行
$ docker container kill [containerID]

容器停止運行之后，并不會消失，用下面的命令刪除容器文件。

# 查出容器的 ID
$ docker container ls --all# 刪除指定的容器文件
$ docker container rm [containerID]

也可以使用docker container run命令的--rm參數，在容器終止運行后自動刪除容器文件

$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash

10.4 CMD 命令

上一節的例子里面，容器啟動以后，需要手動輸入命令node demos/01.js。我們可以把這個命令寫在 Dockerfile 里面，這樣容器啟動以后，這個命令就已經執行了，不用再手動輸入了。

FROM node:8.4
COPY . /app
WORKDIR /app
RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org
EXPOSE 3000
CMD node demos/01.js

上面的 Dockerfile 里面，多了最后一行CMD node demos/01.js，它表示容器啟動后自動執行node demos/01.js。

你可能會問，RUN命令與CMD命令的區別在哪里？簡單說，RUN命令在 image 文件的構建階段執行，執行結果都會打包進入 image 文件；CMD命令則是在容器啟動后執行。另外，一個 Dockerfile 可以包含多個RUN命令，但是只能有一個CMD命令。

注意，指定了CMD命令以后，docker container run命令就不能附加命令了（比如前面的/bin/bash），否則它會覆蓋CMD命令。現在，啟動容器可以使用下面的命令。

$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1

10.5 發布 image 文件

容器運行成功后，就確認了 image 文件的有效性。這時，我們就可以考慮把 image 文件分享到網上，讓其他人使用。

首先，去?hub.docker.com?或?cloud.docker.com?注冊一個賬戶。然后，用下面的命令登錄。

$ docker login

接著，為本地的 image 標注用戶名和版本。

$ docker image tag [imageName] [username]/[repository]:[tag]
# 實例
$ docker image tag koa-demos:0.0.1 ruanyf/koa-demos:0.0.1

也可以不標注用戶名，重新構建一下 image 文件。

$ docker image build -t [username]/[repository]:[tag] .

最后，發布 image 文件。

$ docker image push [username]/[repository]:[tag]

發布成功以后，登錄 hub.docker.com，就可以看到已經發布的 image 文件。

十一、其他有用的命令

docker 常用命令

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