富 Web 时代，应用变得越来越强大，与此同时也越来越复杂。集群部署、隔离环境、灰度发布以及动态扩容缺一不可，而容器化则成为中间的必要桥梁。

本文我们就来探索一下 Docker 的神秘世界，从零到一掌握 Docker 的基本原理与实践操作。别再守着后端那一亩三分地，是时候该开疆扩土了。

讲个故事

为了更好的理解 Docker 是什么，我们先来讲个故事：

我需要盖一个房子，于是我搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。一顿操作，终于把这个房子盖好了。

结果，住了一段时间，心血来潮想搬到海边去。这时候按以往的办法，我只能去海边，再次搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。

烦恼之际，跑来一个魔法师教会我一种魔法。这种魔法可以把我盖好的房子复制一份，做成「镜像」，放在我的背包里。

等我到了海边，就用这个「镜像」，复制一套房子，拎包入住。

是不是很神奇？对应到我们的项目中来，房子就是项目本身，镜像就是项目的复制，背包就是镜像仓库。

如果要动态扩容，从仓库中取出项目镜像，随便复制就可以了。Build once，Run anywhere!

不用再关注版本、兼容、部署等问题，彻底解决了「上线即崩，无休止构建」的尴尬。

虚拟机与容器

开始之前，我们来做一些基础知识的储备：

①虚拟机：虚拟化硬件

虚拟机 Virtual Machine 指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。在实体计算机中能够完成的工作在虚拟机中都能够实现。

在计算机中创建虚拟机时，需要将实体机的部分硬盘和内存容量作为虚拟机的硬盘和内存容量。

每个虚拟机都有独立的 CMOS、硬盘和操作系统，可以像使用实体机一样对虚拟机进行操作。在容器技术之前，业界的网红是虚拟机。

虚拟机技术的代表，是 VMWare 和 OpenStack。

②容器：将操作系统层虚拟化，是一个标准的软件单元

其特点如下：

  • 随处运行：容器可以将代码与配置文件和相关依赖库进行打包，从而确保在任何环境下的运行都是一致的。

  • 高资源利用率：容器提供进程级的隔离，因此可以更加精细地设置 CPU 和内存的使用率，进而更好地利用服务器的计算资源。

  • 快速扩展：每个容器都可作为单独的进程予以运行，并且可以共享底层操作系统的系统资源，这样一来可以加快容器的启动和停止效率。

区别与联系：

  • 虚拟机虽然可以隔离出很多「子电脑」，但占用空间更大，启动更慢。虚拟机软件可能还要花钱，例如 VMWare。

  • 容器技术不需要虚拟出整个操作系统，只需要虚拟一个小规模的环境，类似「沙箱」。

  • 运行空间，虚拟机一般要几 GB 到 几十 GB 的空间，而容器只需要 MB 级甚至 KB 级。

我们来看一下对比数据：

虚拟机属于虚拟化技术，而 Docker 这样的容器技术，属于轻量级的虚拟化。

与虚拟机相比，容器更轻量且速度更快，因为它利用了 Linux 底层操作系统在隔离的环境中运行。

虚拟机的 Hypervisor 创建了一个非常牢固的边界，以防止应用程序突破它，而容器的边界不那么强大。

认识 Docker

Docker 是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的 Linux 机器上，也可以实现虚拟化。容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口。

Docker 技术的三大核心概念，分别是：

  • 镜像 Image

  • 容器 Container

  • 仓库 Repository

Docker 轻量级的原因是什么？相信你也会有这样的疑惑：为什么 Docker 启动快？如何做到和宿主机共享内核？

当我们请求 Docker 运行容器时，Docker 会在计算机上设置一个资源隔离的环境。

然后将打包的应用程序和关联的文件复制到 Namespace 内的文件系统中，此时环境的配置就完成了。之后 Docker 会执行我们预先指定的命令，运行应用程序。

镜像不包含任何动态数据，其内容在构建之后也不会被改变。

核心概念

核心概念如下：

  • Build，Ship and Run（搭建、运输、运行）。

  • Build once，Run anywhere（一次搭建，处处运行）。

  • Docker 本身并不是容器，它是创建容器的工具，是应用容器引擎。

  • Docker 三大核心概念，分别是：镜像 Image，容器 Container、仓库 Repository。

  • Docker 技术使用 Linux 内核和内核功能（例如 Cgroups 和 namespaces）来分隔进程，以便各进程相互独立运行。

  • 由于 Namespace 和 Cgroups 功能仅在 Linux 上可用，因此容器无法在其他操作系统上运行。那么 Docker 如何在 macOS 或 Windows 上运行？Docker 实际上使用了一个技巧，并在非 Linux 操作系统上安装 Linux 虚拟机，然后在虚拟机内运行容器。

  • 镜像是一个可执行包，其包含运行应用程序所需的代码、运行时、库、环境变量和配置文件，容器是镜像的运行时实例。

更多关于 Docker 的原理，可以查看《Docker 工作原理及容器化简易指南》，这里不再赘述：

http://dockone.io/article/8788

安装 Docker

①命令行安装

Homebrew 的 Cask 已经支持 Docker for Mac，因此可以很方便的使用 Homebrew Cask 来进行安装，执行如下命令：

brew cask install docker

更多安装方式，请查看官方文档：

https://www.docker.com/get-started

②查看版本

命令如下：

docker -v

③配置镜像加速

设置 Docker Engine 写入配置：

{
  registry-mirrors: [
    http://hub-mirror.c.163.com/,    https://registry.docker-cn.com  ],
  insecure-registries:[],
  experimental: false,
  debug: true
}

④安装桌面端

桌面端操作非常简单，先去官网下载[1]。通过 Docker 桌面端，我们可以方便的操作：

  • clone：克隆一个项目。

  • build：打包镜像。

  • run：运行实例。

  • share：共享镜像。

好了，准备工作就绪，下面可以大展身手了！

快速开始

安装完 Docker 之后，我们先打个实际项目的镜像，边学边用。

①首先需要大致了解一下我们将会用到的 11 个命令

如下图：

②新建项目

为了快捷，我们直接使用 Vue 脚手架构建项目：

vue create docker-demo

尝试启动一下：

yarn serve

访问地址：http://localhost:8080/。项目就绪，我们接着为项目打包：

yarn build

这时候，项目目录下的 Dist 就是我们要部署的静态资源了，我们继续下一步。

需要注意：前端项目一般分两类，一类直接 Nginx 静态部署，一类需要启动 Node 服务。本节我们只考虑第一种。关于 Node 服务，后文我会详细说明。

③新建 Dockerfile

命令如下：

cd docker-demo && touch Dockerfile

此时的项目目录如下：

.
├── Dockerfile├── README.md├── babel.config.js├── dist├── node_modules├── package.json├── public├── src└── yarn.lock

可以看到我们已经在 docker-demo 目录下成功创建了 Dockerfile 文件。

④准备 Nginx 镜像

运行你的 Docker 桌面端，就会默认启动实例，我们在控制台拉取 Nginx 镜像：

docker pull nginx

控制台会出现如下信息：

Using default tag: latestlatest: Pulling from library/nginx8559a31e96f4: Pull complete8d69e59170f7: Pull complete3f9f1ec1d262: Pull completed1f5ff4f210d: Pull complete1e22bfa8652e: Pull completeDigest: sha256:21f32f6c08406306d822a0e6e8b7dc81f53f336570e852e25fbe1e3e3d0d0133Status: Downloaded newer image for nginx:latestdocker.io/library/nginx:latest

如果你出现这样的异常，请确认 Docker 实例是否正常运行。

Cannot connect to the Docker daemon at unix:///var/run/docker.sock. Is the docker daemon running?

镜像准备 OK，我们在根目录创建 Nginx 配置文件：

touch default.conf

写入：

server {
    listen       80;
    server_name  localhost;
    #charset koi8-r;    access_log  /var/log/nginx/host.access.log  main;
    error_log  /var/log/nginx/error.log  error;
    location / {
        root   /usr/share/nginx/html;
        index  index.html index.htm;
    }
    error_page   500 502 503 504  /50x.html;
    location = /50x.html {
        root   /usr/share/nginx/html;
    }
}

⑤配置镜像

打开 Dockerfile ，写入如下内容：

FROM nginx
COPY dist/ /usr/share/nginx/html/
COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf

我们逐行解释一下代码：

  • FROM nginx 指定该镜像是基于 nginx:latest 镜像而构建的。

  • COPY dist/ /usr/share/nginx/html/ 命令的意思是将项目根目录下 dist 文件夹中的所有文件复制到镜像中 /usr/share/nginx/html/ 目录下。

  • COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf 将 default.conf 复制到 etc/nginx/conf.d/default.conf，用本地的 default.conf 配置来替换 Nginx 镜像里的默认配置。

⑥构建镜像

Docker 通过 build 命令来构建镜像：

docker build -t jartto-docker-demo .

按照惯例，我们解释一下上述代码：

  • -t 参数给镜像命名 jartto-docker-demo。

  • . 是基于当前目录的 Dockerfile 来构建镜像。

执行成功后，将会输出：

Sending build context to Docker daemon  115.4MB
Step 1/3 : FROM nginx
 ---> 2622e6cca7eb
Step 2/3 : COPY dist/ /usr/share/nginx/html/
 ---> Using cache
 ---> 82b31f98dce6
Step 3/3 : COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf
 ---> 7df6efaf9592
Successfully built 7df6efaf9592
Successfully tagged jartto-docker-demo:latest

镜像制作成功！我们来查看一下容器：

docker image ls | grep jartto-docker-demo

可以看到，我们打出了一个 133MB 的项目镜像：

jartto-docker-demo latest 7df6efaf9592 About a minute ago 133MB

镜像也有好坏之分，后续我们将介绍如何优化，这里可以先暂时忽略。

⑦运行容器

命令如下：

docker run -d -p 3000:80 --name docker-vue jartto-docker-demo

这里解释一下参数：

  • -d 设置容器在后台运行。

  • -p 表示端口映射，把本机的 3000 端口映射到 container 的 80 端口（这样外网就能通过本机的 3000 端口访问了。

  • --name 设置容器名 docker-vue。

  • jartto-docker-demo 是我们上面构建的镜像名字。

补充一点：在控制台，我们可以通过 docker ps 查看刚运行的 Container 的 ID：

docker ps -a

控制台会输出：

CONTAINER ID IMAGE              COMMAND                  CREATED       STATUS PORTS  NAMESab1375befb0b jartto-docker-demo /docker-entrypoint.…   8 minutes ago Up 7 minutes  0.0.0.0:3000->80/tcp  docker-vue

如果你使用桌面端，那么打开 Docker Dashboard 就可以看到容器列表了，如下图：

⑧访问项目

因为我们映射了本机 3000 端口，所以执行：

curl -v -i localhost:3000

或者打开浏览器，访问：localhost:3000。

⑨发布镜像

如果你想为社区贡献力量，那么需要将镜像发布，方便其他开发者使用。

发布镜像需要如下步骤：

  • 登陆 dockerhub[2]，注册账号。

  • 命令行执行 docker login，之后输入我们的账号密码，进行登录。

  • 推送镜像之前，需要打一个 Tag，执行 docker tag <image> <username>/<repository>:<tag>。

全流程结束，以后我们要使用，再也不需要「搬石头、砍木头、画图纸、盖房子」了，拎包入住。这也是 Docker 独特魅力所在。

常规操作

到这里，恭喜你已经完成了 Docker 的入门项目！如果还想继续深入，不妨接着往下看看。

①参数使用

FROM：

  • 指定基础镜像，所有构建的镜像都必须有一个基础镜像，且 FROM 命令必须是 Dockerfile 的第一个命令

  • FROM <image> [AS <name>] 指定从一个镜像构建起一个新的镜像名字

  • FROM <image>[:<tag>] [AS <name>] 指定镜像的版本 Tag

  • 示例：FROM mysql:5.0 AS database

MAINTAINER：

  • 镜像维护人的信息

  • MAINTAINER <name>

  • 示例：MAINTAINER Jartto Jartto@qq.com

RUN：

  • 构建镜像时要执行的命令

  • RUN <command>

  • 示例：RUN [executable, param1, param2]

ADD：

  • 将本地的文件添加复制到容器中去，压缩包会解压，可以访问网络上的文件，会自动下载

  • ADD <src> <dest>

  • 示例：ADD *.js /app 添加 js 文件到容器中的 app 目录下

COPY：

  • 功能和 ADD 一样，只是复制，不会解压或者下载文件

CMD：

  • 启动容器后执行的命令，和 RUN 不一样，RUN 是在构建镜像是要运行的命令

  • 当使用 docker run 运行容器的时候，这个可以在命令行被覆盖

  • 示例：CMD [executable, param1, param2]

ENTRYPOINT：

  • 也是执行命令，和 CMD 一样，只是这个命令不会被命令行覆盖

  • ENTRYPOINT [executable, param1, param2]

  • 示例：ENTRYPOINT [donnet, myapp.dll]

LABEL：为镜像添加元数据，key-value 形式

  • LABEL <key>=<value> <key>=<value> ...

  • 示例：LABEL version=1.0 description=这是一个web应用

ENV：设置环境变量，有些容器运行时会需要某些环境变量

  • ENV <key> <value> 一次设置一个环境变量

  • ENV <key>=<value> <key>=<value> <key>=<value> 设置多个环境变量

  • 示例：ENV JAVA_HOME /usr/java1.8/

EXPOSE：暴露对外的端口（容器内部程序的端口，虽然会和宿主机的一样，但是其实是两个端口）

  • EXPOSE <port>

  • 示例：EXPOSE 80

  • 容器运行时，需要用 -p 映射外部端口才能访问到容器内的端口

VOLUME：指定数据持久化的目录，官方语言叫做挂载

  • VOLUME /var/log 指定容器中需要被挂载的目录，会把这个目录映射到宿主机的一个随机目录上，实现数据的持久化和同步

  • VOLUME [/var/log,/var/test.....] 指定容器中多个需要被挂载的目录，会把这些目录映射到宿主机的多个随机目录上，实现数据的持久化和同步

  • VOLUME /var/data var/log 指定容器中的 var/log 目录挂载到宿主机上的 /var/data 目录，这种形式可以手动指定宿主机上的目录

WORKDIR：设置工作目录，设置之后 ，RUN、CMD、COPY、ADD 的工作目录都会同步变更

  • WORKDIR <path>

  • 示例：WORKDIR /app/test

USER：指定运行命令时所使用的用户，为了安全和权限起见，根据要执行的命令选择不同用户

  • USER <user>:[<group>]

  • 示例：USER test

ARG：设置构建镜像是要传递的参数

  • ARG <name>[=<value>]

  • ARG name=sss

更多操作，请移步官方使用文档[3]：

https://docs.docker.com/

最佳实践

在掌握 Docker 常规操作之后，我们很容易就可以打出自己想要的项目镜像。

然而不同的操作打出的镜像也是千差万别。究竟是什么原因导致镜像差异，我们不妨继续探索。

以下是在应用 Docker 过程中整理的最佳实践，请尽量遵循如下准则：

  • Require 明确：需要什么镜像。

  • 步骤精简：变化较少的 Step 优先。

  • 版本明确：镜像命名明确。

  • 说明文档：整个镜像打包步骤可以重现。

总结

容器化技术必将是云时代不可或缺的技能之一，而 Docker 只是沧海一粟。随之而来的还有集群容器管理 Kubernetes、Service Mesh 、Istio 等技术。

打开 Docker 的大门，不断抽丝剥茧，逐层深入，你将感受到容器化的无穷魅力。

作者：jartto
出处：http://jartto.wang/2020/07/04...