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Docker 入門教程

2013年發佈至今, Docker 一直廣受矚目,被認為可能會改變軟體行業。
但是,許多人並不清楚 Docker 到底是什麼,要解決什麼問題,好處又在哪裡?本文就來詳細解釋,幫助大家理解它,還帶有簡單易懂的實體,教你如何將它用於日常開發。

一、環境配置的難題

軟體開發最大的麻煩事之一,就是環境配置。用戶計算機的環境都不相同,你怎麼知道自家的軟體,能在那些機器跑起來?
用戶必須保證兩件事:操作系統的設置,各種庫和組件的安裝。只有它們都正確,軟體才能運行。舉例來說,安裝一個 Python 應用,計算機必須有 Python 引擎,還必須有各種依賴,可能還要配置環境變數。
如果某些老舊的模塊與當前環境不兼容,那就麻煩了。開發者常常會說:”它在我的機器可以跑了”(It works on my machine),言下之意就是,其他機器很可能跑不了。
環境配置如此麻煩,換一臺機器,就要重來一次,曠日費時。很多人想到,能不能從根本上解決問題,軟體可以帶環境安裝?也就是說,安裝的時候,把原始環境一模一樣地複製過來。

二、虛擬機

虛擬機(virtual machine)就是帶環境安裝的一種解決方案。它可以在一種操作系統裡面運行另一種操作系統,比如在 Windows 系統裡面運行 Linux 系統。應用程式對此毫無感知,因為虛擬機看上去跟真實系統一模一樣,而對於底層系統來說,虛擬機就是一個普通檔案,不需要了就刪掉,對其他部分毫無影響。
雖然用戶可以通過虛擬機還原軟體的原始環境。但是,這個方案有幾個缺點。
  1. 資源占用多

    虛擬機會獨占一部分記憶體和硬碟空間。它運行的時候,其他程式就不能使用這些資源了。哪怕虛擬機裡面的應用程式,真正使用的記憶體只有 1MB,虛擬機依然需要幾百 MB 的記憶體才能運行。

  2. 冗餘步驟多

    虛擬機是完整的操作系統,一些系統級別的操作步驟,往往無法跳過,比如用戶登錄。

  3. 啟動慢

    啟動操作系統需要多久,啟動虛擬機就需要多久。可能要等幾分鐘,應用程式才能真正運行。

三、Linux 容器

由於虛擬機存在這些缺點,Linux 發展出了另一種虛擬化技術:Linux 容器(Linux Containers,縮寫為 LXC)。


Linux 容器不是模擬一個完整的操作系統,而是對行程進行隔離。或者說,在正常行程的外面套了一個保護層。對於容器裡面的行程來說,它接觸到的各種資源都是虛擬的,從而實現與底層系統的隔離。


由於容器是行程級別的,相比虛擬機有很多優勢。


  1. 啟動快

    容器裡面的應用,直接就是底層系統的一個行程,而不是虛擬機內部的行程。所以,啟動容器相當於啟動本機的一個行程,而不是啟動一個操作系統,速度就快很多。

  2. 資源占用少

    容器只占用需要的資源,不占用那些沒有用到的資源;虛擬機由於是完整的操作系統,不可避免要占用所有資源。另外,多個容器可以共享資源,虛擬機都是獨享資源。

  3. 體積小

    容器只要包含用到的組件即可,而虛擬機是整個操作系統的打包,所以容器檔案比虛擬機檔案要小很多。

總之,容器有點像輕量級的虛擬機,能夠提供虛擬化的環境,但是成本開銷小得多。

四、Docker 是什麼?

Docker 屬於 Linux 容器的一種封裝,提供簡單易用的容器使用接口。它是目前最流行的 Linux 容器解決方案。
Docker 將應用程式與該程式的依賴,打包在一個檔案裡面。運行這個檔案,就會生成一個虛擬容器。程式在這個虛擬容器里運行,就好像在真實的物理機上運行一樣。有了 Docker,就不用擔心環境問題。
總體來說,Docker 的接口相當簡單,用戶可以方便地創建和使用容器,把自己的應用放入容器。容器還可以進行版本管理、複製、分享、修改,就像管理普通的代碼一樣。

五、Docker 的用途

Docker 的主要用途,目前有三大類。
  1. 提供一次性的環境。比如,本地測試他人的軟體、持續集成的時候提供單元測試和構建的環境。

  2. 提供彈性的雲服務。因為 Docker 容器可以隨開隨關,很適合動態擴容和縮容。

  3. 組建微服務架構。通過多個容器,一臺機器可以跑多個服務,因此在本機就可以模擬出微服務架構。

六、Docker 的安裝

Docker 是一個開源的商業產品,有兩個版本:社區版(Community Edition,縮寫為 CE)和企業版(Enterprise Edition,縮寫為 EE)。企業版包含了一些收費服務,個人開發者一般用不到。下麵的介紹都針對社區版。
Docker CE 的安裝請參考官方文件。
  • Mac:https://docs.docker.com/docker-for-mac/install/

  • Windows:https://docs.docker.com/docker-for-windows/install/

  • Ubuntu:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/ubuntu/

  • Debian:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/debian/

  • CentOS:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/centos/

  • Fedora:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/fedora/

  • 其他 Linux 發行版:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/binaries/

安裝完成後,運行下麵的命令,驗證是否安裝成功。
$ docker version
# 或者
$ docker info
Docker 需要用戶具有 sudo 權限,為了避免每次命令都輸入sudo,可以把用戶加入 Docker 用戶組(官方文件[1])。
$ sudo usermod -aG docker $USER
Docker 是服務器——客戶端架構。命令列運行Docker命令的時候,需要本機有 Docker 服務。如果這項服務沒有啟動,可以用下麵的命令啟動(官方文件[2])。
# service 命令的用法
$ sudo service docker start
# systemctl 命令的用法
$ sudo systemctl start docker

七、image 檔案

Docker 把應用程式及其依賴,打包在 image 檔案裡面。只有通過這個檔案,才能生成 Docker 容器。image 檔案可以看作是容器的模板。Docker 根據 image 檔案生成容器的實體。同一個 image 檔案,可以生成多個同時運行的容器實體。
image 是二進制檔案。實際開發中,一個 image 檔案往往通過繼承另一個 image 檔案,加上一些個性化設置而生成。舉例來說,你可以在 Ubuntu 的 image 基礎上,往裡面加入 Apache 服務器,形成你的 image。
# 列出本機的所有 image 檔案。
$ docker image ls
# 刪除 image 檔案
$ docker image rm [imageName]
image 檔案是通用的,一臺機器的 image 檔案拷貝到另一臺機器,照樣可以使用。一般來說,為了節省時間,我們應該儘量使用別人製作好的 image 檔案,而不是自己製作。即使要定製,也應該基於別人的 image 檔案進行加工,而不是從零開始製作。
為了方便共享,image 檔案製作完成後,可以上傳到網上的倉庫。Docker 的官方倉庫 Docker Hub 是最重要、最常用的 image 倉庫。此外,出售自己製作的 image 檔案也是可以的。

八、實體:hello world

下麵,我們通過最簡單的 image 檔案”hello world[3]”,感受一下 Docker。
首先,運行下麵的命令,將 image 檔案從倉庫抓取到本地。
$ docker image pull library/hello-world
上面代碼中,docker image pull 是抓取 image 檔案的命令。library/hello-world 是 image 檔案在倉庫裡面的位置,其中 library 是 image 檔案所在的組,hello-world是 image 檔案的名字。
由於 Docker 官方提供的 image 檔案,都放在 library[4] 組裡面,所以它的是預設組,可以省略。因此,上面的命令可以寫成下麵這樣。
$ docker image pull hello-world
抓取成功以後,就可以在本機看到這個 image 檔案了。
$ docker image ls
現在,運行這個 image 檔案。
$ docker container run hello-world
docker container run命令會從 image 檔案,生成一個正在運行的容器實體。
註意,docker container run命令具有自動抓取 image 檔案的功能。如果發現本地沒有指定的 image 檔案,就會從倉庫自動抓取。因此,前面的docker image pull命令並不是必需的步驟。
如果運行成功,你會在屏幕上讀到下麵的輸出。
$ docker container run hello-world
Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
... ...
輸出這段提示以後,hello world就會停止運行,容器自動終止。
有些容器不會自動終止,因為提供的是服務。比如,安裝運行 Ubuntu 的 image,就可以在命令列體驗 Ubuntu 系統。
$ docker container run -it ubuntu bash
對於那些不會自動終止的容器,必須使用docker container kill 命令手動終止。
$ docker container kill [containID]

九、容器檔案

image 檔案生成的容器實體,本身也是一個檔案,稱為容器檔案。也就是說,一旦容器生成,就會同時存在兩個檔案: image 檔案和容器檔案。而且關閉容器並不會刪除容器檔案,只是容器停止運行而已。
# 列出本機正在運行的容器
$ docker container ls
# 列出本機所有容器,包括終止運行的容器
$ docker container ls --all
上面命令的輸出結果之中,包括容器的 ID。很多地方都需要提供這個 ID,比如上一節終止容器運行的docker container kill命令。
終止運行的容器檔案,依然會占據硬碟空間,可以使用docker container rm命令刪除。
$ docker container rm [containerID]
運行上面的命令之後,再使用docker container ls –all命令,就會發現被刪除的容器檔案已經消失了。

十、Dockerfile 檔案

學會使用 image 檔案以後,接下來的問題就是,如何可以生成 image 檔案?如果你要推廣自己的軟體,勢必要自己製作 image 檔案。
這就需要用到 Dockerfile 檔案。它是一個文本檔案,用來配置 image。Docker 根據 該檔案生成二進制的 image 檔案。
下麵通過一個實體,演示如何編寫 Dockerfile 檔案。

十一、實體:製作自己的 Docker 容器

下麵我以 koa-demos[5] 專案為例,介紹怎麼寫 Dockerfile 檔案,實現讓用戶在 Docker 容器裡面運行 Koa 框架。
作為準備工作,請先下載原始碼[6]。
$ git clone https://github.com/ruanyf/koa-demos.git
$ cd koa-demos
11.1 編寫 Dockerfile 檔案
首先,在專案的根目錄下,新建一個文本檔案.dockerignore,寫入下麵的內容[7]。
.git
node_modules
npm-debug.log
上面代碼表示,這三個路徑要排除,不要打包進入 image 檔案。如果你沒有路徑要排除,這個檔案可以不新建。
然後,在專案的根目錄下,新建一個文本檔案 Dockerfile,寫入下麵的內容[8]。
FROM node:8.4
COPY . /app
WORKDIR /app
RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org
EXPOSE 3000
上面代碼一共五行,含義如下。
  • FROM node:8.4:該 image 檔案繼承官方的 node image,冒號表示標簽,這裡標簽是8.4,即8.4版本的 node。

  • COPY . /app:將當前目錄下的所有檔案(除了.dockerignore排除的路徑),都拷貝進入 image 檔案的/app目錄。

  • WORKDIR /app:指定接下來的工作路徑為/app。

  • RUN npm install:在/app目錄下,運行npm install命令安裝依賴。註意,安裝後所有的依賴,都將打包進入 image 檔案。

  • EXPOSE 3000:將容器 3000 端口暴露出來, 允許外部連接這個端口。

11.2 創建 image 檔案
有了 Dockerfile 檔案以後,就可以使用docker image build命令創建 image 檔案了。
$ docker image build -t koa-demo .
# 或者
$ docker image build -t koa-demo:0.0.1 .
上面代碼中,-t引數用來指定 image 檔案的名字,後面還可以用冒號指定標簽。如果不指定,預設的標簽就是latest。最後的那個點表示 Dockerfile 檔案所在的路徑,上例是當前路徑,所以是一個點。
如果運行成功,就可以看到新生成的 image 檔案koa-demo了。
$ docker image ls
11.3 生成容器
docker container run命令會從 image 檔案生成容器。
$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash
# 或者
$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1 /bin/bash
上面命令的各個引數含義如下:
  • -p引數:容器的 3000 端口映射到本機的 8000 端口。

  • -it引數:容器的 Shell 映射到當前的 Shell,然後你在本機視窗輸入的命令,就會傳入容器。

  • koa-demo:0.0.1:image 檔案的名字(如果有標簽,還需要提供標簽,預設是 latest 標簽)。

  • /bin/bash:容器啟動以後,內部第一個執行的命令。這裡是啟動 Bash,保證用戶可以使用 Shell。

如果一切正常,運行上面的命令以後,就會傳回一個命令列提示符。
root@66d80f4aaf1e:/app#
這表示你已經在容器裡面了,傳回的提示符就是容器內部的 Shell 提示符。執行下麵的命令。
root@66d80f4aaf1e:/app# node demos/01.js
這時,Koa 框架已經運行起來了。打開本機的瀏覽器,訪問 http://127.0.0.1:8000,網頁顯示”Not Found”,這是因為這個 demo[9] 沒有寫路由。
這個例子中,Node 行程運行在 Docker 容器的虛擬環境裡面,行程接觸到的檔案系統和網絡接口都是虛擬的,與本機的檔案系統和網絡接口是隔離的,因此需要定義容器與物理機的端口映射(map)。
現在,在容器的命令列,按下 Ctrl + c 停止 Node 行程,然後按下 Ctrl + d (或者輸入 exit)退出容器。此外,也可以用 docker container kill 終止容器運行。
# 在本機的另一個終端視窗,查出容器的 ID
$ docker container ls

#
停止指定的容器運行
$ docker container kill [containerID]
容器停止運行之後,並不會消失,用下麵的命令刪除容器檔案。
# 查出容器的 ID
$ docker container ls --all
# 刪除指定的容器檔案
$ docker container rm [containerID]
也可以使用docker container run命令的–rm引數,在容器終止運行後自動刪除容器檔案。
$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash
11.4 CMD 命令
上一節的例子裡面,容器啟動以後,需要手動輸入命令node demos/01.js。我們可以把這個命令寫在 Dockerfile 裡面,這樣容器啟動以後,這個命令就已經執行了,不用再手動輸入了。
FROM node:8.4
COPY . /app
WORKDIR /app
RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org
EXPOSE 3000
CMD node demos/01.js
上面的 Dockerfile 裡面,多了最後一行CMD node demos/01.js,它表示容器啟動後自動執行node demos/01.js。
你可能會問,RUN命令與CMD命令的區別在哪裡?簡單說,RUN命令在 image 檔案的構建階段執行,執行結果都會打包進入 image 檔案;CMD命令則是在容器啟動後執行。另外,一個 Dockerfile 可以包含多個RUN命令,但是只能有一個CMD命令。
註意,指定了CMD命令以後,docker container run命令就不能附加命令了(比如前面的/bin/bash),否則它會改寫CMD命令。現在,啟動容器可以使用下麵的命令。
$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1
11.5 發佈 image 檔案
容器運行成功後,就確認了 image 檔案的有效性。這時,我們就可以考慮把 image 檔案分享到網上,讓其他人使用。
首先,去 hub.docker.com 或 cloud.docker.com 註冊一個賬戶。然後,用下麵的命令登錄。
$ docker login
接著,為本地的 image 標註用戶名和版本。
$ docker image tag [imageName] [username]/[repository]:[tag]
# 實體
$ docker image tag koa-demos:0.0.1 ruanyf/koa-demos:0.0.1
也可以不標註用戶名,重新構建一下 image 檔案。
$ docker image build -t [username]/[repository]:[tag] .
最後,發佈 image 檔案。
$ docker image push [username]/[repository]:[tag]
發佈成功以後,登錄 hub.docker.com,就可以看到已經發佈的 image 檔案。

十二、其他有用的命令

Docker 的主要用法就是上面這些,此外還有幾個命令,也非常有用。
(1)docker container start
前面的docker container run命令是新建容器,每運行一次,就會新建一個容器。同樣的命令運行兩次,就會生成兩個一模一樣的容器檔案。如果希望重覆使用容器,就要使用docker container start命令,它用來啟動已經生成、已經停止運行的容器檔案。
$ docker container start [containerID]
(2)docker container stop
前面的docker container kill命令終止容器運行,相當於向容器裡面的主行程發出 SIGKILL 信號。而docker container stop命令也是用來終止容器運行,相當於向容器裡面的主行程發出 SIGTERM 信號,然後過一段時間再發出 SIGKILL 信號。
$ bash container stop [containerID]
這兩個信號的差別是,應用程式收到 SIGTERM 信號以後,可以自行進行收尾清理工作,但也可以不理會這個信號。如果收到 SIGKILL 信號,就會強行立即終止,那些正在進行中的操作會全部丟失。
(3)docker container logs
docker container logs命令用來查看 docker 容器的輸出,即容器裡面 Shell 的標準輸出。如果docker run命令運行容器的時候,沒有使用-it引數,就要用這個命令查看輸出。
$ docker container logs [containerID]
(4)docker container exec
docker container exec命令用於進入一個正在運行的 docker 容器。如果docker run命令運行容器的時候,沒有使用-it引數,就要用這個命令進入容器。一旦進入了容器,就可以在容器的 Shell 執行命令了。
$ docker container exec -it [containerID] /bin/bash
(5)docker container cp
docker container cp命令用於從正在運行的 Docker 容器裡面,將檔案拷貝到本機。下麵是拷貝到當前目錄的寫法。
$ docker container cp [containID]:[/path/to/file] .
相關鏈接:
  1. https://docs.docker.com/install/linux/linux-postinstall/#manage-docker-as-a-non-root-user

  2. https://docs.docker.com/config/daemon/systemd/

  3. https://hub.docker.com/r/library/hello-world/

  4. https://hub.docker.com/r/library/

  5. http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/08/koa.html

  6. https://github.com/ruanyf/koa-demos/archive/master.zip

  7. https://github.com/ruanyf/koa-demos/blob/master/.dockerignore

  8. https://github.com/ruanyf/koa-demos/blob/master/Dockerfile

  9. https://github.com/ruanyf/koa-demos/blob/master/demos/01.js

原文鏈接:http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/02/docker-tutorial.html

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