Docker教程：初学者快速入门指南

本文提供了详细的Docker教程，涵盖了从安装和环境搭建到基础命令使用、网络与数据卷管理及容器最佳实践。通过本文，读者可以快速掌握Docker的核心概念和技术要点，轻松应对开发和部署中的各种需求。教程内容丰富，适合不同层次的学习者。

什么是Docker

Docker是一种容器化技术，其核心是一个开源的应用容器引擎。它可以帮助开发者将应用及其依赖关系打包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux、Windows和macOS机器上，实现跨平台的可移植性。容器是完全使用指令（Instruction）生成的，提供了可移植、可重复的运行环境，确保开发、测试、部署等环节的一致性与稳定性。

Docker利用Linux内核的容器技术实现了轻量级的虚拟化。相比传统虚拟机，Docker容器不需要额外的操作系统，可以直接运行在宿主机的内核之上，因此不仅在启动速度上更快，而且在资源消耗上也更为节省，能够轻易地实现高度密集的容器化应用部署。

Docker的优势与应用场景

Docker的优势主要体现在以下几个方面：

• 轻量级与高效性：通过共享操作系统内核，Docker容器的启动速度非常快，几乎可以达到秒级启动。资源占用上也远小于传统虚拟化技术。
• 可移植性：Docker容器可以轻松地在不同环境中移植，包括开发、测试和生产环境，大大提高了开发效率。
• 可扩展性：由于容器的轻量特性，可以在环境中轻易添加或删除容器，适应业务需求的变化。
• 标准化的部署：Docker镜像可以存储在Docker Hub等公共或私有仓库中，开发者可以方便地获取所需的镜像，保证部署的一致性和可靠性。
• 安全性：Docker为每个容器提供了独立的环境，减少了容器间相互干扰的可能性。此外，使用Docker的安全策略可以帮助开发者更好地管理容器的安全性。

Docker的应用场景广泛，包括：

• 应用程序开发与测试：为开发者提供标准化的开发环境，避免环境依赖问题。
• 微服务架构：实现微服务的独立部署和扩展，提升系统灵活性。
• 持续集成与持续部署（CI/CD）：通过自动化构建和发布容器镜像，简化部署流程。
• DevOps实践：加速软件开发、测试、部署的周期，提高团队生产力。
• 云原生应用：支持云原生应用的开发与部署，是云原生应用的基础之一。

安装Docker的系统要求

Docker对操作系统的硬件和软件环境有一定的要求。具体来说，它要求宿主机的操作系统是64位的，并且内核版本要达到3.10以上。这是因为Docker利用了Linux内核提供的多种特性，如cgroups（控制组）用于资源限制，namespaces（命名空间）用于进程隔离等。

对于Linux系统，Docker支持Ubuntu、CentOS、Debian、Fedora等主流发行版。在安装之前，请确保你的Linux内核版本符合要求，可以通过以下命令查看当前内核版本：

uname -r

对于Windows和Mac系统，同样需要确保你的电脑满足一定的硬件要求，如安装了64位操作系统，并且有足够的磁盘空间。

在不同操作系统上安装Docker

Linux系统安装

在Linux系统上，安装Docker通常可以通过Docker官方提供的安装脚本来完成。以下是Ubuntu系统安装Docker的步骤，包括详细的命令输出示例：

1. 更新软件包索引：

   sudo apt-get update

   输出示例：

   Hit:1 http://security.ubuntu.com/ubuntu bionic-security InRelease
   Hit:2 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic InRelease
   ...

2. 安装所需的软件包，这些软件包通常包括apt-transport-https、ca-certificates、curl、software-properties-common：

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

   输出示例：

   Reading package lists... Done
   Building dependency tree
   ...

3. 添加Docker的官方GPG密钥，以确保安装的Docker包是安全的：

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

   输出示例：

   OK

4. 使用软件包管理器添加Docker的官方源：

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

   输出示例：

   Hit:1 http://security.ubuntu.com/ubuntu bionic-security InRelease
   ...

5. 更新包索引，以获取新的Docker源：

   sudo apt-get update

   输出示例：

   Get:1 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic InRelease [247 kB]
   ...

6. 安装Docker CE（社区版）：

   sudo apt-get install docker-ce

   输出示例：

   Reading package lists... Done
   Building dependency tree
   ...

7. 验证安装是否成功，通过运行hello-world镜像：

   sudo docker run hello-world

   输出示例：

   Hello from Docker!
   This message shows that your installation appears to be working correctly.

Windows系统安装

在Windows系统上，安装Docker通常可以通过Docker官方提供的Windows Installer来完成。以下是安装步骤：

1. 下载Docker Desktop for Windows Installer，可以从Docker官方网站下载最新的安装包。

2. 运行安装包，安装过程中默认会安装Docker Desktop、Docker CLI工具以及WLS（Windows Linux Subsystem，WSL2版本），安装完成后会自动启动Docker。

3. 安装完成后检查Docker引擎是否已启动，可以通过docker version命令检查版本信息：

   docker --version

   输出示例：

   Docker version 20.10.0, build 77b6c52

4. 运行hello-world镜像，验证安装是否成功：

   docker run hello-world

   输出示例：

   Hello from Docker!
   This message shows that your installation appears to be working correctly.

MacOS系统安装

在Mac OS系统上，安装Docker同样可以通过Docker官方提供的Mac Installer来完成。以下是安装步骤：

1. 下载Docker Desktop for Mac Installer，可以从Docker官方网站下载最新的安装包。

2. 运行安装包，会自动安装Docker Desktop和Docker CLI工具。

3. 安装完成后检查Docker引擎是否已启动，可以通过docker version命令检查版本信息：

   docker --version

   输出示例：

   Docker version 20.10.0, build 77b6c52

4. 运行hello-world镜像，验证安装是否成功：

   docker run hello-world

   输出示例：

   Hello from Docker!
   This message shows that your installation appears to be working correctly.

Docker镜像管理：pull, push, build

Docker镜像是通过Dockerfile构建出来的可执行文件，用于创建Docker容器。它包含了应用及其所有依赖，是容器的“源代码”。在使用Docker的过程中，镜像的管理（包括拉取、推送、构建等）是至关重要的。

拉取镜像（pull）

使用docker pull命令可以从Docker Hub或者自定义的镜像仓库中下载镜像。

docker pull <仓库名>:<标签>

例如，拉取最新版本的Ubuntu镜像：

docker pull ubuntu:latest

输出示例：

latest: Pulling from library/ubuntu
...

推送镜像（push）

使用docker push命令可以把自定义的镜像上传到Docker Hub或者私有仓库。

docker push <仓库名>:<标签>

例如，推送一个名为myapp:v1的镜像到Docker Hub仓库：

docker push myapp:v1

输出示例：

The push refers to repository [docker.io/myapp]
...

构建镜像（build）

使用docker build命令可以根据Dockerfile创建镜像。

docker build -t <镜像名>:<标签> .

例如，基于Dockerfile构建名为myapp:v1的镜像：

docker build -t myapp:v1 .

输出示例：

Sending build context to Docker daemon 2.048 kB
...

Docker容器管理：run, start, stop, rm

Docker容器是镜像实例化后运行的环境，可以根据需要启动、停止或删除。

运行容器（run）

使用docker run命令启动容器。

docker run -d -p <主机端口>:<容器端口> --name <容器名> <镜像名>:<标签>

例如，运行一个名为webapp的容器，该容器基于nginx:latest镜像，将主机的8080端口映射到容器的80端口：

docker run -d -p 8080:80 --name webapp nginx:latest

输出示例：

2e996b3e5c9c0c00c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0

启动停止容器（start, stop）

使用docker start命令启动已停止的容器。

docker start <容器名或容器ID>

例如，启动名为webapp的容器：

docker start webapp

输出示例：

2e996b3e5c9c

使用docker stop命令停止容器，但不删除它。

docker stop <容器名或容器ID>

例如，停止名为webapp的容器：

docker stop webapp

输出示例：

2e996b3e5c9c

删除容器（rm）

使用docker rm命令删除容器。

docker rm <容器名或容器ID>

例如，删除名为webapp的容器：

docker rm webapp

输出示例：

2e996b3e5c9c

Dockerfile的基本结构和常用指令

Dockerfile是一个文本文件，包含了构建镜像所需的命令和参数。它定义了镜像构建的步骤，包括基于的基础镜像、安装的软件包、环境变量设置、工作目录指定、执行命令等。

基本结构

Dockerfile通常包括以下几个部分：

1. FROM：指定基础镜像。
2. RUN：在容器内执行命令。
3. CMD：设置容器启动时默认执行的命令。
4. ENTRYPOINT：定义容器启动时执行的命令行入口点。
5. EXPOSE：指定容器运行时监听的端口。
6. ENV：设置环境变量。
7. COPY和ADD：将文件复制到镜像中。
8. WORKDIR：设置工作目录。
9. LABEL：给镜像添加元数据标签。

常用指令

• FROM：指定基础镜像。
  • 例子：FROM ubuntu:latest
• RUN：在当前镜像的顶部执行命令。
  • 例子：RUN apt-get update && apt-get install -y curl
• CMD：在容器启动时执行的命令。
  • 例子：CMD ["echo", "Hello, Docker!"]
• ENTRYPOINT：设置容器启动时运行的命令。
  • 例子：ENTRYPOINT ["echo", "entrypoint called"]
• EXPOSE：指定容器侦听的端口。
  • 例子：EXPOSE 8080
• ENV：设置环境变量。
  • 例子：ENV MY_ENV_VAR=myvalue
• COPY和ADD：将文件复制到镜像中。
  • COPY：复制文件或文件夹。
  • ADD：复制文件并支持自动解压缩。
  • 例子：COPY app.js /app/
• WORKDIR：设置工作目录。
  • 例子：WORKDIR /app
• LABEL：添加元数据标签。
  • 例子：LABEL version="1.0" maintainer="admin@example.com"

编写简单的Dockerfile示例

这里我们编写一个简单的Dockerfile，创建一个运行Python应用的镜像。以下是一个完整的Dockerfile构建和运行的示例：

# 指定基础镜像
FROM python:3.8

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 设置环境变量
ENV MY_ENV_VAR=myvalue

# 复制当前目录下的应用文件到镜像
COPY . /app

# 安装依赖
RUN pip install -r requirements.txt

# 暴露容器的端口
EXPOSE 8000

# 设置容器启动时执行的命令
CMD ["python", "app.py"]

使用Docker构建和运行该Dockerfile：

docker build -t myapp:v1 .

输出示例：

Sending build context to Docker daemon 2.048 kB
...
Successfully built 2e996b3e5c9c
Successfully tagged myapp:v1

然后运行构建好的镜像：

docker run -d -p 8000:8000 --name myapp myapp:v1

输出示例：

2e996b3e5c9c0c00c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0

可以通过docker ps查看容器是否运行：

docker ps

输出示例：
``
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
2e996b3e5c9c myapp:v1 "python app.py" 12 seconds ago Up 11 seconds 0.0.0.0:8000->8000/tcp myapp

## Docker网络与数据卷管理

### Docker网络模式介绍

Docker支持多种网络模式，这些模式决定了容器如何与其他容器以及主机进行通信。常见的网络模式包括：

- **Bridge Network**：这是Docker默认的网络模式，容器内的网络端口通过Docker守护进程映射到主机的端口。
- **Host Network**：容器使用主机的网络栈，绕过了Docker的网络抽象层。容器可以直接使用主机的网络接口。
- **Container Network**：容器直接连接到其他容器，共享同一个网络堆栈。这种方式下，容器之间的网络通信非常高效。
- **Overlay Network**：跨主机网络，允许容器在不同的Docker主机之间通信。适合于多主机的环境。
- **Macvlan Network**：将容器接口直接映射到物理网络，容器可以直接使用物理网络接口，用作IP地址。

网络模式的选择依赖于应用的需求，Bridge模式适合大多数的基本应用场景，而其他模式则提供了更高级的功能，适用于特定需求。

### 数据卷的使用与管理

数据卷是Docker用于持久化存储数据的一种机制。与普通容器不同，当容器被停止或删除时，数据卷中的数据不会丢失。数据卷可以被多个容器共享，也可以单独挂载到特定的容器上。

#### 使用数据卷

数据卷可以通过`docker run`命令的`-v`选项指定。例如：

```bash
docker run -v /host/path:/container/path myapp:v1

该命令将主机的/host/path目录挂载到容器的/container/path目录。容器中的任何对/container/path的写操作都会直接写到主机的/host/path目录下，无论容器是创建、重启还是删除，数据都会被保留。

管理数据卷

Docker提供了多个命令来管理和操作数据卷：

• 查看所有数据卷：可以使用docker volume ls命令查看所有数据卷。

  docker volume ls

  输出示例：

  DRIVER    VOLUME NAME
  local     mydata

• 创建数据卷：使用docker volume create命令创建一个新的数据卷。

  docker volume create mydata

  输出示例：

  mydata

• 删除数据卷：使用docker volume rm命令删除指定的数据卷。

  docker volume rm mydata

  输出示例：

  mydata

• 查看数据卷详细信息：使用docker volume inspect命令查看某个数据卷的详细信息。

  docker volume inspect mydata

  输出示例：

  [
  {
    "Driver": "local",
    "Labels": {},
    "Mountpoint": "/var/lib/docker/volumes/mydata/_data",
    "Name": "mydata",
    "Options": {},
    "Scope": "local"
  }
  ]

• 将数据卷挂载到容器：在启动容器时，使用docker run命令的-v选项将数据卷挂载到容器。

  docker run -v mydata:/container/path myapp:v1

  输出示例：

  2e996b3e5c9c0c00c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0c0

数据卷的使用为容器提供了持久化存储的能力，避免了重启容器时数据丢失的问题。同时，数据卷也可以作为容器间共享数据的方式，方便了容器间的数据交互。

容器的高效利用与资源管理

高效利用和管理容器资源是确保Docker环境稳定运行的关键。以下是一些建议：

• 最小化基础镜像：选择适合应用的基础镜像，避免包含不必要的组件。使用官方提供的最小镜像来减少镜像大小。
• 合理设置资源限制：使用--cpu-shares和--memory参数来限制容器的CPU和内存使用。

  docker run --cpu-shares=512 --memory=512m myapp:v1

• 容器重启策略：设置容器的重启策略，确保应用的高可用性。

  docker run --restart=on-failure:5 myapp:v1

• 环境变量：使用环境变量来配置容器，避免直接在Dockerfile中硬编码配置。

  docker run -e PORT=8080 myapp:v1

• 使用健康检查：通过HEALTHCHECK指令确保容器内的应用在运行。

  HEALTHCHECK CMD ["curl", "-f", "http://localhost"]

容器的安全使用建议

安全是使用任何技术时都非常重要的考虑因素。以下是Docker容器安全的一些最佳实践：

• 使用安全的基础镜像：确保基础镜像是来自可信的来源。
• 最小权限原则：以非root用户运行容器应用，避免不必要的权限。
• 限制网络访问：只暴露必要的端口，并使用防火墙限制容器的网络访问。
• 定期更新与补丁：保持Docker和所有镜像的更新，及时修复已知的安全漏洞。
• 使用TLS加密：在容器间通信和与外部服务交互时使用TLS加密。
• 使用安全的Dockerfile：避免在Dockerfile中包含敏感信息，如密钥或密码。
• 镜像签名：使用Docker ContentTrust进行镜像签名和验证，确保镜像的安全性。

通过遵循这些最佳实践，可以大大提高容器环境的安全性，减少潜在的风险。

以上是Docker教程的快速入门指南，涵盖了从安装环境搭建到基础命令的使用，再到高级的网络和数据卷管理，以及容器的最佳实践。希望这些内容能帮助你快速上手并掌握Docker。如果你需要更深入的学习，可以访问慕课网进行更多相关课程的学习。