Docker入门指南：轻松搭建和管理容器化应用

本文全面介绍了Docker的基础概念和应用，包括Docker的定义、主要特点以及与虚拟机的区别。文中详细讲解了Docker的安装步骤、环境配置以及如何管理镜像和容器。此外，还探讨了Docker的网络与存储配置，以及最佳实践和持续集成部署策略。

一、Docker简介

1.1 Docker是什么

Docker 是一个开源的应用容器引擎，它让开发者可以将应用及其依赖关系打包到一个可移植的容器中，并发布到任何安装了 Docker 引擎的操作系统上。容器使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口。

1.2 Docker的主要特点

Docker 具有以下主要特点：

• 轻量级：相比虚拟机，Docker 容器的启动速度快，资源占用少。
• 可移植性：Docker 可以在任何安装了 Docker 引擎的操作系统上运行。
• 可重复性：通过 Dockerfile 来维护和部署应用，确保环境的一致性。
• 模块化：支持多个容器间的协同工作和通信。
• 易于维护：支持版本管理和更新，简化了系统的维护和升级。

1.3 Docker与虚拟机的区别

Docker 与虚拟机的主要区别在于它们的运行方式和资源利用率：

• 运行方式：Docker 是基于 Linux 容器技术实现的一种轻量级虚拟化，虚拟机则需要宿主机操作系统和一个完整的 Guest OS 来运行。
• 资源利用率：Docker 容器共享宿主机的内核，因此资源开销较小；而虚拟机需要完整的 Guest OS，导致资源开销较大。
• 启动速度：Docker 容器启动速度比虚拟机快很多，因为无需启动一个完整的操作系统。
• 隔离性：Docker 容器在隔离性上不如虚拟机，但通过命名空间和 cgroups 技术，仍能提供较好的隔离效果。

二、Docker安装与环境配置

2.1 安装Docker

Docker 的安装步骤根据操作系统的不同而有所差异。以下以 Ubuntu 和 MacOS 为例。

Ubuntu 安装步骤

1. 更新系统的软件包列表：

   sudo apt-get update

2. 安装必要的依赖包：

   sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

3. 添加 Docker 的官方 GPG 密钥：

   curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

4. 添加 Docker 的仓库：

   sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"

5. 更新包列表：

   sudo apt-get update

6. 安装 Docker：

   sudo apt-get install docker-ce

MacOS 安装步骤

1. 下载并安装 Docker Desktop：
   • 访问 Docker 官方网站的下载页面：https://www.docker.com/products/docker-desktop
   • 选择 macOS 版本并下载安装包。
2. 按照安装向导完成安装。

2.2 Docker的环境配置

Docker 安装完成后，需要进行一些基本的环境配置：

1. 设置 Docker 的环境变量：
   • 修改 ~/.bashrc 或 ~/.zshrc 文件，添加以下内容：

     export PATH=/usr/local/bin:$PATH

   • 使环境变量生效：

     source ~/.bashrc

2. 设置 Docker 镜像源为加速器，以提高下载速度：
   • 创建或修改 /etc/docker/daemon.json 文件，添加以下内容：

     {
      "registry-mirrors": ["https://registry.docker-cn.com"]
     }

   • 重启 Docker 服务：

     sudo systemctl restart docker

2.3 验证安装是否成功

可以通过以下命令验证 Docker 是否安装成功：

docker --version

输出信息如下：

Docker version 20.10.0, build 773c5f3

如果输出版本信息，说明 Docker 安装成功。

三、Docker镜像管理

3.1 什么是Docker镜像

Docker镜像是构建容器的基础，它是包含所有依赖库和配置的应用程序模板。每个镜像定义了一个容器的运行环境，包括文件系统、环境变量和执行指令等。

3.2 从Docker Hub拉取镜像

Docker Hub 是 Docker 官方提供的镜像仓库，用户可以从这里下载官方和社区维护的镜像。

• 拉取官方镜像：

  docker pull ubuntu

• 拉取指定版本的镜像：

  docker pull ubuntu:18.04

3.3 构建自己的Docker镜像

通过 Dockerfile 来构建自己的镜像：

• 创建一个 Dockerfile 文件：

  FROM ubuntu:18.04
  RUN apt-get update
  RUN apt-get install -y python3
  CMD ["python3", "-m", "http.server"]

• 使用 Dockerfile 构建镜像：

  docker build -t my-python-app .

3.4 删除不必要的镜像

释放磁盘空间可以删除不再需要的镜像：

• 查看所有镜像：

  docker images

• 删除指定镜像：

  docker rmi <image-id>

• 删除所有未使用的镜像：

  docker image prune

四、Docker容器管理

4.1 创建与启动容器

通过运行镜像来启动容器：

• 启动容器并进入交互模式：

  docker run -it ubuntu bash

• 启动容器并在后台运行：

  docker run -d ubuntu /bin/bash

• 使用自定义环境变量启动容器：

  docker run -e MY_VAR=value ubuntu bash

4.2 进入正在运行的容器

进入正在运行的容器，可以进行交互操作：

• 查看正在运行的容器：

  docker ps

• 进入运行中的容器：

  docker exec -it <container-id> /bin/bash

4.3 停止与删除容器

停止和删除容器，管理容器生命周期：

• 停止容器：

  docker stop <container-id>

• 删除容器：

  docker rm <container-id>

• 删除所有未运行的容器：

  docker container prune

• 删除所有未运行的容器并强制删除：

  docker container prune -f

4.4 查看容器状态

查看容器的状态，了解容器运行情况：

• 查看所有容器：

  docker ps -a

• 查看容器日志：

  docker logs <container-id>

• 查看容器内部进程：

  docker top <container-id>

五、Docker网络与存储

5.1 Docker网络配置

Docker 支持多种网络模式，包括桥接网络和主机网络等。

• 桥接网络：

  docker network create my_bridge_network

• 连接容器到自定义网络：

  docker run --network my_bridge_network -it ubuntu bash

5.2 Docker数据卷管理

数据卷提供持久化存储，不依赖于容器生命周期。

• 创建数据卷：

  docker volume create my_volume

• 查看所有数据卷：

  docker volume ls

• 连接容器到数据卷：

  docker run -v my_volume:/app ubuntu bash

5.3 容器间通信

容器间通信可以通过网络配置和数据卷来实现。

• 连接多个容器到同一网络：

  docker run --name my_web_container --network my_bridge_network -it nginx bash
  docker run --name my_db_container --network my_bridge_network -it mysql bash

• 从一个容器访问另一个容器的服务：

  docker exec -it my_web_container ping my_db_container

5.4 共享数据卷

共享数据卷可以实现容器间数据同步。

• 创建并挂载数据卷：

  docker run -v /host/path:/container/path -it ubuntu bash

• 复制数据到共享数据卷：

  docker cp /host/path/file.txt my_container:/container/path/file.txt

六、Docker最佳实践

6.1 Dockerfile编写技巧

Dockerfile 是构建镜像的脚本，以下是一些编写技巧：

• 多阶段构建：

  FROM golang:1.13 AS builder
  WORKDIR /app
  COPY . /app
  RUN go build -o app .
  
  FROM alpine
  COPY --from=builder /app/app /app
  CMD ["/app"]

• 使用 ARG 和 ENV：

  ARG MY_VAR=unspecified
  ENV MY_ENV_VAR=specified

6.2 Docker安全使用指南

安全使用 Docker 是非常重要的，以下是一些建议：

• 使用最少特权：

  FROM ubuntu:18.04
  RUN useradd -u 1000 -s /bin/false myuser
  USER myuser

• 限制容器的资源使用：

  FROM ubuntu:18.04
  RUN echo 'cgroup_enable=memory swapaccount=1' > /etc/default/grub
  RUN update-grub
  ENV DOCKER_DEFAULT_RUNTIME=runc
  ENV DOCKER_DEFAULT_CGROUP=systemd

6.3 使用Compose简化多容器应用部署

Docker Compose 提供了一种定义和运行多容器应用的方式，通过一个 docker-compose.yml 文件来配置应用的多个服务。

• 创建一个 docker-compose.yml 文件：

  version: '3'
  services:
  web:
    build: ./web
    ports:
      - "5000:5000"
  db:
    build: ./db
    volumes:
      - db_data:/var/lib/mysql
  volumes:
  db_data:

• 使用 Docker Compose 启动应用：

  docker-compose up

• 使用 Docker Compose 停止应用：

  docker-compose down

6.4 容器化应用的持续集成与部署

持续集成与部署（CI/CD）是现代软件开发的重要组成部分，通过自动化测试和部署流程提高开发效率。

• 配置 CI/CD 管道：

  jobs:
  build:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
    - uses: actions/checkout@v2
    - name: Build Docker Image
      run: docker build -t myapp .
    - name: Push Docker Image
      run: docker push myapp

• 使用 Docker Hub 进行自动部署：
  • 在 Docker Hub 上创建自动部署触发器。
  • 配置触发器，当 Docker Hub 接收到来自 CI/CD 管道的新构建时，自动部署新的应用版本。