K8S - 從零構建 Docker 鏡像與容器

一、基礎概念

1.1 鏡像（Image）

“軟件的標準化安裝包” ，包含代碼、環境和配置的只讀模板。

技術解析

鏡像由多個層組成，每層對應一個Dockerfile指令：

應用代碼 → 運行時環境 → 系統工具鏈 → 啟動配置

核心特性

分層存儲（每層對應 Dockerfile指令）
內容尋址（SHA256 哈希防篡改）
不可變性（構建后無法修改）

1.2 容器（Container）

“鏡像的運行時實例，基于鏡像創建的獨立進程，像輕量級隔離的進程沙箱”。

技術解析

容器實例化后，會添加可寫層，并應用進程隔離與資源限制機制：

鏡像 → 可寫層 → 進程隔離（Namespace）→ 資源限制（Cgroups）

核心能力

進程隔離（Linux Namespaces）
資源限制（CPU/內存配額 Cgroups）
臨時存儲（OverlayFS可寫層）

1.3 Dockerfile

“鏡像的構建說明書”，以文本文件形式定義如何組裝鏡像。

技術解析

FROM python:3.8-slim  # 選擇基礎鏡像
WORKDIR /app          # 設置工作目錄
COPY requirements.txt .  
RUN pip install -r requirements.txt  # 安裝依賴
COPY . .              # 復制應用代碼
CMD ["python", "app.py"]  # 設置默認啟動命令

關鍵原則

指令順序影響構建效率
每個 RUN 生成新層（可合并命令減少層數）

核心價值
在這里插入圖片描述

1.4 概念關系圖

Dockerfile → (docker build) → 鏡像 → (docker run) → 容器 → (修改) → 可寫層
可寫層 -x (容器刪除) → 數據丟失

二、構建第一個鏡像

1.環境準備（Mac/Win/Linux通用）

# 安裝Docker
# 官網下載：https://www.docker.com/products/docker-desktop
# 驗證安裝
docker --version
# 預期輸出示例：Docker version 20.10.17, build 100c701

2. 示例代碼

項目結構概覽

my-first-image/           # 項目根目錄
│── app.py               # Flask 應用主程序
│── requirements.txt      # Python 依賴文件
│── Dockerfile           # 構建鏡像的 Dockerfile

步驟1：創建項目文件

app.py

# 新建項目目錄
mkdir ~/my-first-image && cd ~/my-first-image# 創建Python應用文件
cat <<EOF > app.py
from flask import Flask
app = Flask(__name__)@app.route('/')
def hello():return "Hello, 這是我的第一個容器!"if __name__ == '__main__':app.run(host='0.0.0.0', port=5000)
EOF# 生成依賴文件
echo "Flask==2.2.2" > requirements.txt

requirements.txt

Flask==2.2.2

步驟2：編寫 Dockerfile （基礎版，單階段）

# 使用官方Python輕量版鏡像
FROM python:3.8-slim# 設置容器內工作目錄（自動創建）
WORKDIR /app# 1. 先復制依賴文件（利用緩存優化）
COPY requirements.txt .# 2. 安裝依賴
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt# 3. 復制應用代碼
COPY . .# 聲明容器監聽端口（實際映射需通過-p參數）
EXPOSE 5000# 容器啟動命令（JSON格式避免shell解析問題）
CMD ["python", "app.py"]

步驟3：構建鏡像

# 構建鏡像（注意最后的點 . ）
docker build -t my-first-app:v1 .# 查看生成的鏡像
docker images
預期輸出示例：REPOSITORY     TAG    IMAGE ID      SIZE
my-first-app   v1     a1b2c3d4e5    123MB

步驟4：運行容器

# 啟動容器（前臺運行，便于調試）
docker run -p 8000:5000 my-first-app:v1# 新開終端，測試訪問：
curl http://localhost:8000
# 或在瀏覽器訪問：http://localhost:8000

預期輸出：

Hello, 這是我的第一個容器!

關鍵說明：

緩存優化：先單獨復制 requirements.txt安裝依賴，代碼變更時避免重復安裝。
–no-cache-dir：禁用 pip緩存，減少鏡像體積。
EXPOSE：僅為文檔說明，實際端口映射需通過 -p 8000:5000實現。

三、Dockerfile實踐與高效構建

3.1 Dockerfile 三大核心特性

特性1：分層構建（Layer）

title 鏡像層組成
"基礎鏡像" 
"依賴安裝" 
"應用代碼" 
"元數據"

緩存機制：重復構建時未變化的層直接復用緩存。

特性2：聲明式語法

Dockerfile 示例

FROM python:3.8-slim  # 聲明環境
COPY . /app           # 聲明文件
CMD ["python", "app.py"]  # 聲明啟動

特點：描述 “做什么”而非 “怎么做”。

特性3：跨平臺一致性

構建結果與宿主機環境無關
相同 Dockerfile 在任何平臺生成相同鏡像

3.2 核心指令解析

Dockerfile 基礎指令集（結合第二章示例）
在這里插入圖片描述

指令說明

FROM ：必須是 Dockerfile 的第一條有效指令。

最佳實踐：

? 選擇官方維護的基礎鏡像（如 python:3.8-slim）

? 避免使用未經審計的第三方鏡像

? -slim或 alpine版本可減少鏡像體積

WORKDIR

? 會自動創建目錄（如果不存在）。

? 比 RUN cd /app && … 更規范。

COPY

? 比 ADD 更推薦使用（除非需要自動解壓功能）。

? 受 .dockerignore 文件影響。

RUN

? 每個 RUN 指令都會創建一個新的鏡像層。

? 建議合并相關命令（如 apt-get update && apt-get install）。

CMD

生產環境建議
在這里插入圖片描述

3.3 基礎鏡像選擇指南

1. 官方鏡像倉庫推薦

# 通用搜索語法（所有語言適用）
docker search --filter "is-official=true" [技術棧關鍵詞]# 示例：
docker search --filter "is-official=true" node
docker search --filter "is-official=true" golang

官方鏡像特征：

? 命名規范：[技術棧]:[版本]-[變體]

# 標準格式示例：
docker pull node:18-bullseye-slim    # Node.js 官方鏡像
docker pull golang:1.20-alpine       # Go 官方鏡像
docker pull nginx:1.25-alpine        # Nginx 官方鏡像

2. 主流語言推薦基礎鏡像

| 語言       | 開發環境鏡像          | 生產環境鏡像              |
|------------|---------------------|-------------------------|
| Python     | `python:3.10`       | `python:3.10-slim`      |
| Node.js    | `node:18`           | `node:18-alpine`        |
| Java       | `eclipse-temurin:17`| `eclipse-temurin:17-jre`|

3. 鏡像變體對比

A[鏡像變體] --> B[完整版]
A --> C[精簡版]
A --> D[最小版]
B -->|含gcc/make等| E[500MB+]
C -->|僅運行時依賴| F[100-300MB]
D -->|musl libc| G[5-50MB]

選擇原則

### 選擇原則（新手友好版）
1. 生產環境優先選擇 `-slim` 或 `-alpine````bash# 正確示例docker pull python:3.10-slim
# 開發調試 使用完整版， 臨時使用（勿用于生產）
docker pull python:3.10

常用命令

# 查看鏡像架構
docker manifest inspect python:3.9 | grep architecture# 拉取指定平臺鏡像
docker pull --platform=linux/amd64 nginx:alpine

3.4 容器生命周期管理命令集

1. 鏡像管理命令

# 構建鏡像（注意最后的點表示當前目錄）
docker build -t myapp:v1 .# 查看鏡像列表（grep 過濾）
docker images | grep python# 查看鏡像構建歷史
docker history myapp:v1# 刪除鏡像（-f 強制刪除）
docker rmi -f myapp:v1# 給鏡像打標簽
docker tag myapp:v1 registry.example.com/myapp:v1# 推送鏡像到倉庫
docker push registry.example.com/myapp:v1

2. 容器操作命令

創建與啟動# 創建并運行容器（-d 后臺運行，-p 端口映射）
docker run -d -p 8080:80 --name mynginx nginx:alpine# 只創建不運行容器
docker create --name my_redis redis:6# 啟動已創建的容器
docker start my_redis

運行中管理

# 查看運行中的容器（-a 顯示所有，-q 只顯示 ID）
docker ps -a
docker ps -q# 進入容器交互模式（推薦 /bin/sh，更輕量）
docker exec -it mynginx /bin/sh# 查看實時日志（--tail 顯示最后 N 行）
docker logs -f --tail=100 mynginx
停止與刪除# 優雅停止容器（發送 SIGTERM）
docker stop mynginx# 強制停止容器（發送 SIGKILL）
docker kill my_redis# 刪除容器（-f 強制刪除運行中的容器）
docker rm -f mynginx
3. 系統管理命令# 查看容器資源使用（CPU/內存/網絡）
docker stats# 查看容器詳細信息
docker inspect mynginx# 宿主機和容器之間拷貝文件
docker cp ./local_file mynginx:/container_path
docker cp mynginx:/container_path ./local_dir

4. 一鍵清理命令

# 清理所有停止的容器（-f 強制）
docker container prune -f# 清理所有懸空鏡像
docker image prune -f# 徹底清理（包括未使用的鏡像和緩存）
docker system prune -a

5. 生產環境組合命令

# 批量停止并刪除所有容器
docker stop $(docker ps -aq) && docker rm $(docker ps -aq)# 刪除所有 <none> 鏡像（懸空鏡像）
docker rmi $(docker images -f "dangling=true" -q)# 重啟所有容器（先 stop 再 start）
docker stop $(docker ps -q) && docker start $(docker ps -aq)
6. 注意事項# 重要數據必須掛載 volume（示例）
docker run -v /host/path:/container/path mysql# 設置資源限制（示例）
docker run --memory="1g" --cpus="2" myapp# 使用非 root 用戶運行（在 Dockerfile 中添加）
RUN useradd -m appuser && chown -R appuser /app
USER appuser

四、總結

4.1 核心概念關系

A[Dockerfile] --> B[鏡像]
B --> C[容器]
C --> D[Pod]
D --> E[Deployment]