Docker 概念與容器化技術

Docker 是一種容器化平臺，能夠將應用程序及其依賴項打包成一個容器，確保在任何環境中都能一致運行。容器化技術通過操作系統級別的虛擬化，為應用程序提供了一個獨立的運行環境。

容器化技術的核心優勢

1. 一致性：Docker 容器確保了開發、測試和生產環境的一致性，減少了環境差異帶來的問題。
2. 隔離性：每個容器都是獨立運行的，互不影響，提升了系統的安全性和穩定性。
3. 便攜性：Docker 鏡像可以在任何支持 Docker 的環境中運行，無需額外配置。
4. 高效性：Docker 容器共享宿主機的內核，資源占用更少，啟動速度更快。

Docker 架構概述

Docker 的架構包括以下幾個核心組件：

1. Docker Client：用戶與 Docker 交互的接口，用于發送命令。
2. Docker Daemon：后臺運行的進程，負責創建、運行和管理容器。
3. Docker Hub：Docker 鏡像的中央倉庫，用戶可以從中拉取或推送鏡像。

Docker 鏡像

Docker 鏡像是容器運行的基礎，一個只讀的模板，包含了構建容器所需的代碼、配置文件和依賴項。

鏡像的結構

Docker 鏡像由多個層組成，每一層都是只讀的，通過聯合文件系統（UnionFS）疊加在一起，形成最終的文件系統。這種分層結構使得鏡像的構建、存儲和傳輸更加高效。

鏡像的命名規則

Docker 鏡像的命名格式為：倉庫名/鏡像名:標簽。其中：

• 倉庫名：鏡像所屬的倉庫，通常是用戶名或組織名。
• 鏡像名：鏡像的名稱，通常是應用程序或服務的名稱。
• 標簽：用于標識鏡像的版本或特定配置，默認為 latest。

構建 Docker 鏡像

Docker 鏡像可以通過 Dockerfile 構建。Dockerfile 是一個文本文件，包含了一系列構建鏡像的指令。

Dockerfile 示例

# 使用官方 Python 鏡像作為基礎
FROM python:3.9-slim# 設置工作目錄
WORKDIR /app# 復制當前目錄的 requirements.txt 到工作目錄
COPY requirements.txt .# 安裝依賴項
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt# 復制應用程序代碼
COPY . .# 暴露端口
EXPOSE 8000# 設置環境變量
ENV PYTHONUNBUFFERED=1# 運行命令
CMD ["python", "app.py"]

構建鏡像命令

docker build -t my-python-app:latest .

鏡像的存儲與分發

Docker 鏡像可以存儲在本地，也可以推送到 Docker 倉庫（如 Docker Hub）中，以便在其他環境中使用。

查看本地鏡像

docker images

刪除鏡像

docker rmi <image-id>

Docker 容器

Docker 容器是從 Docker 鏡像創建的運行實例，每個容器都是一個獨立的進程，擁有自己的文件系統、網絡棧和進程空間。

創建與運行容器

從鏡像創建容器并運行

docker run -it --name my-container my-image:latest /bin/bash

• -it：允許交互式 shell。
• --name：指定容器名稱。
• /bin/bash：容器啟動時執行的命令。

后臺運行容器

docker run -d --name my-container my-image:latest

• -d：后臺運行。

容器的生命周期管理

查看運行中的容器

docker ps

停止容器

docker stop my-container

啟動容器

docker start my-container

重啟容器

docker restart my-container

刪除容器

docker rm my-container

容器的資源限制

Docker 提供了多種方式來限制容器的資源使用，例如 CPU、內存等。

限制 CPU 資源

docker run -it --cpus=2 my-image:latest

限制內存資源

docker run -it --memory=512m my-image:latest

容器的網絡配置

Docker 提供了多種網絡模式，包括：

1. bridge：默認模式，容器運行在獨立的網絡棧中，通過 Docker 的網橋進行通信。
2. host：容器使用宿主機的網絡棧。
3. none：容器沒有網絡棧，適用于不需要網絡通信的場景。

示例：暴露端口

docker run -p 8000:8000 my-image:latest

• -p：將容器的 8000 端口映射到宿主機的 8000 端口。

Docker 倉庫

Docker 倉庫是存儲和分發 Docker 鏡像的地方，常用的有 Docker Hub 和私有倉庫。

Docker Hub

Docker Hub 是 Docker 官方提供的公共倉庫，用戶可以在其中拉取和推送鏡像。

從 Docker Hub 拉取鏡像

docker pull python:3.9-slim

推送鏡像到 Docker Hub

docker tag my-image:latest <your-username>/my-image:latest
docker push <your-username>/my-image:latest

私有倉庫

私有倉庫可以用于存儲內部的鏡像，確保安全性和控制權。

使用 Docker Registry

Docker Registry 是一個官方提供的私有倉庫鏡像，可以用于搭建私有倉庫。

docker run -d -p 5000:5000 --name registry registry:2

推送鏡像到私有倉庫

docker tag my-image:latest localhost:5000/my-image:latest
docker push localhost:5000/my-image:latest