掌握 Docker 已成為軟件開發中的一項關鍵技能。本教程探討了容器化的世界，包括其核心概念、優缺點，以及開始使用容器化的分步指南。

無論是 Docker 的新手，還是希望復習基礎知識的更有經驗的開發人員，本指南都能滿足需求。

什么是 Docker？

Docker 利用容器化來簡化應用程序部署、擴展和管理。開發人員可以將應用程序及其依賴項捆綁到獨立的容器中，從而確保在各種計算環境中實現一致的性能。

Docker 在簡化應用程序部署和管理方面至關重要，因為它將應用程序封裝在容器中。這通過提供可靠且統一的運行時環境解決了臭名昭著的“它可以在我的機器上運行”問題。

Docker 基礎知識

詳細了解 Docker 對于充分利用其創建高效、可擴展且一致的應用程序環境的潛力至關重要。

集裝箱

容器化是 Docker 的基石。它涉及將應用程序及其環境封裝到一個自包含的單元中。這種級別的隔離保證了應用程序無論在何處部署，都能始終如一地運行。

與需要在虛擬機 （VM） 上運行完整操作系統的傳統虛擬化不同，Docker 容器共享主機的內核，使其輕量級且高效。這使它們更輕、更高效。

Docker 使用 Linux 命名空間來提供稱為容器的隔離工作區。命名空間創建隔離的環境，使容器的進程、網絡設置和文件系統與主機和其他容器分開。

Docker 還利用 cgroups 來限制和監控資源使用情況，例如容器的 CPU、內存、磁盤 I/O 和網絡帶寬。這樣，沒有一個容器可以壟斷或耗盡系統的資源。

圖像創建

Docker 鏡像是創建容器的基礎模板。它們將應用程序代碼與無縫運行所需的任何庫和依賴項打包在一起。

Dockerfile 是一個配置文件，概述了創建 Docker 映像的必要操作，可讓 自動執行映像創建過程，以實現一致性和可重復性。它從基礎映像開始，然后通過執行一系列指定的命令來添加層。這些層將被緩存，如果層未更改，則后續構建速度更快。

聯網

Docker 的網絡功能允許相同或不同主機上的容器無縫通信。有三種主要的聯網模式：

• 橋接網絡：默認網絡驅動程序，使容器能夠使用 IP 地址相互交互
• 主機網絡：消除容器和 Docker 主機網絡之間的分離，允許它們共享相同的網絡接口
• 疊加網絡： 支持在不同 Docker 守護進程上運行的 Swarm 服務之間進行通信，從而實現跨節點的無縫交互

Volumes

Docker 中的數據持久性是通過卷處理的，卷允許將數據存儲在容器的可寫層之外;這樣，可以確保在更新或銷毀容器時不會丟失數據。

假設有一個數據庫容器和一個應用程序容器，它們都需要訪問同一個數據卷。卷可確保多個容器可以一致地訪問和修改相同的數據。

可擴展性

使用 Docker 可以簡單地水平擴展應用程序以處理更高的負載。將 Kubernetes 與 Docker 容器結合使用，我們可以設置水平 Pod 自動擴展程序 （HPA），以根據 CPU 使用率或其他性能指標動態調整容器實例的數量。

CI/CD 集成

將 Docker 與 CI/CD 管道集成，通過增強持續集成和部署工作流來加快部署周期。通過容器化應用程序， 可以保證在持續集成期間驗證的代碼與生產中運行的代碼相同。

傳統應用程序現代化

容器化舊式應用程序允許 在不重寫代碼的情況下對其進行現代化改造。這為較舊的應用程序帶來了可擴展性、可移植性和高效資源利用的優勢。

現代化的優勢包括：

• 節省成本：通過在共享基礎設施上運行容器來降低硬件成本。
• 改進的部署：使用現代 CI/CD 管道實現一致的部署。
• 增強的安全性：更新基礎映像以包含安全補丁，而無需更改應用程序代碼。

有關更詳細的 Docker 定義和術語，請查看 Incredibuild 的 Docker 詞匯表。

Docker：優點和缺點

在完全采用 Docker 之前，權衡其優缺點對于確保它最適合需求至關重要。

優勢

讓我們探討上表中列出的 Docker 的優點。

可移植性

容器具有高度的可移植性，可在支持 Docker 的任何系統上無縫運行，這增加了部署的靈活性。我們可以一次構建，然后在任何地方運行，無論是在本地還是在云中。換句話說，使用 Docker 容器化的應用程序可以部署在 AWS、Azure、Google Cloud 或任何其他云提供商上，而無需修改。

資源利用率

容器共享主機內核，不需要完整的操作系統。這使得它們資源高效且輕量級，與虛擬機相比，所需的開銷要少得多，而虛擬機可能需要數 GB 的 RAM 來運行操作系統。

這種效率允許多個 Docker 容器在相同的資源約束下運行，從而在單個系統上實現更高密度的應用程序。

可擴展性

容器化通過根據需要輕松增加或減少容器實例的數量來簡化應用程序擴展。Kubernetes 等自動化工具可以根據需求管理擴展。以電子商務網站為例;在購物高峰期，IT 部門可以通過添加更多容器副本來輕松擴展，以保持性能和可靠性。

跨環境的一致性

Docker 保證所有環境（即開發、測試和生產）的一致性，從而最大限度地減少意外行為。在整個開發管道中使用相同的 Docker 鏡像可以減少由不一致環境引起的錯誤，從而縮短開發周期。

應用程序隔離

應用程序獨立運行，減少沖突。依賴項封裝在容器中，防止版本沖突。例如，在同一主機上運行數據庫服務器的多個版本而不受到干擾，可以同時測試不同的版本。

局限性

Docker 也有其缺點。我們將介紹上表中的問題，并提供一些緩解每個問題的建議。

學習曲線

Docker 需要付出一些努力來理解其容器化概念。聯網、存儲和編排可能是困難的話題。

最佳實踐：

• 培訓和文檔：花時間瀏覽官方 Docker 文檔和教程。
• 社區支持： 與 Docker 社區互動，獲取指導和最佳實踐。

數據持久性挑戰

管理持久性數據可能很復雜。容器本質上是短暫的，因此必須仔細規劃數據存儲策略。

最佳實踐：

• 使用卷：使用 Docker 卷進行持久存儲。
• 外部數據庫：考慮在容器外部運行數據庫，或者將有狀態容器編排與 Kubernetes 結合使用。

網絡復雜性

在容器之間設置網絡可能具有挑戰性，尤其是在多個主機或復雜拓撲之間。

最佳實踐：

• 編排工具：采用 Kubernetes 或 Docker Swarm 等解決方案來簡化復雜網絡配置的管理。
• 網絡插件：利用 Docker 的網絡驅動程序和插件創建自定義網絡配置。

有限的 GUI 支持

Docker 主要依賴于命令行界面。雖然存在 GUI（如 Docker Desktop），但高級功能通常需要熟練掌握 CLI。

最佳實踐： 熟悉 Docker CLI 命令，以充分利用 Docker 并有效地管理容器。

安全注意事項

由于容器依賴于主機內核，因此管理不當可能會引入潛在的安全漏洞。

最佳實踐：

• 更新基礎映像：定期執行此操作，確保 擁有最新的安全更新。
• 最低權限：將容器配置為僅使用它們絕對需要的權限運行，避免以 root 用戶身份運行，以最大限度地降低安全風險。
• 安全掃描：使用安全掃描工具檢測容器鏡像中的漏洞。

Docker 說明：分步指南

準備好動手使用 Docker 了嗎？我們將引導 完成安裝 Docker、構建映像和管理容器的過程。本指南將使 可以輕松地立即開始在項目中使用 Docker。

第 1 步：安裝 Docker

首先直接從其官方網站下載適用于操作系統的 Docker。然后，按照為操作系統量身定制的分步安裝指南進行操作：

• 在 macOS 上： 安裝適用于 Mac 的 Docker Desktop。
• 在 Linux 上： 使用適用于 Ubuntu 的 apt 等軟件包管理器 （sudo apt-get install docker.io）

第 2 步：了解 Docker 命令

Docker 使用命令行界面 （CLI）。雖然有許多命令可供探索，但以下是幫助入門的三個基本命令：

# docker run: Run a container from an image.docker run hello-world# docker build: Build an image from a Dockerfile.docker build -t my_image .# docker pull: Download pre-built container image from registry.docker pull nginx docker

步驟 3：創建 Dockerfile

Dockerfile 定義應用程序的環境，指定依賴項和配置。以下 Dockerfile 通過解釋容器映像的每一層來打包 Node.js 應用程序：

# Sets the base image to Node.js version 14.FROM node:14# Sets the working directory inside the container.WORKDIR /usr/src/app# Copies package.json and package-lock.json for dependency installation.COPY package*.json ./# Installs Node.js dependencies.RUN npm install# Copy application’s source code to container imageCOPY . .# Documents that the container listens on port 3000.EXPOSE 3000# Defines the command to run the application.CMD [“node”, “server.js”]

步驟 4：構建 Docker 鏡像

docker build 命令將根據 Dockerfile 生成鏡像：

docker build -t my-node-app .

在這里，“-t my-node-app” 使用名稱 my-node-app 標記圖像，而 “.（點）“ 指定構建上下文（當前目錄）。

第 5 步：運行 Docker 容器

使用 docker run 命令從映像啟動容器：

docker run -p 8080：3000 我的節點應用程序

在此示例中，-p 8080：3000 標志將容器的端口 3000 映射到主機上的端口 8080。

然后，可以在 http://localhost:8080 訪問該應用程序，來自 server.js 的日志將出現在終端中。

步驟 6：管理容器

可以使用各種命令來有效地管理容器，包括列出、停止和刪除等操作。

列出所有正在運行的容器：

docker ps

列出所有正在運行和已停止的容器：

docker ps -a

Stop a container:

docker stop [container_id]

Remove a container:

docker rm [container_id]

Remove all stopped containers:

docker container prune Docker

第 7 步：推送到容器注冊表

要與他人共享容器映像或將其部署到生產環境，需要將它們推送到容器注冊表。以下命令將指導你完成標記和上傳 Docker 映像。

為注冊表標記映像：

docker 標簽 my-node-app 用戶名/my-node-app

登錄到 Docker 注冊表帳戶（例如 Docker Hub）進行身份驗證：

docker login docker

Push the image:

docker 推送用戶名/my-node-app

對于私有注冊表，請包括注冊表 URL：

Docker 標記 My-Node 應用程序 registry.example.com/username/my-node-app

結論

在本教程中，我們介紹了 Docker 的基本知識，從了解其基礎知識到在容器中部署應用程序。

通過在現代開發中采用 Docker， 可以解鎖更快的部署周期、更可靠的應用程序和簡化的工作流程。如前所述，Docker 不僅僅是一個工具，它還體現了現代軟件開發的變革性方法，可提供一致性、可擴展性和效率。

無論 是剛開始學習 Docker 還是精通其功能，它都是在微服務和云原生架構的日益普及中保持競爭力的重要工具。

為了進一步增強應用程序開發流程，請考慮探索 Incredibuild 的開發加速平臺。它通過加快構建時間和優化資源使用來補充 Docker，從而將工作流效率再提升一個層次

Docker 適合初學者嗎？

絕對適合！Docker 是一個強大的工具，但其核心概念可供初學者使用。最好先從小規模和簡單開始，然后再處理更高級的應用程序。

Docker 最適合做什么？

Docker 在開發、測試和生產工作流中維護統一的環境方面大放異彩。它最適合用于：

• 使用依賴項打包應用程序
• 啟用微服務架構
• 改進部署工作流
• 促進持續集成和部署

Docker 是容器還是 VM？

Docker 是一個容器化平臺，而不是虛擬機。VM 模擬整個操作系統，而容器共享主機系統的內核，從而使它們更加輕量級。

它們的主要區別在于：

• 性能：憑借其最小的開銷，容器可以享受接近原生的性能。
• 隔離級別： VM 以資源使用為代價提供更強大的隔離。
• 啟動時間：容器在幾秒鐘內啟動，而 VM 可能需要幾分鐘。