Docker 从入门到实践:Docker介绍

简介: Docker 从入门到实践:Docker介绍

前言

在当今的软件开发和部署领域,Docker已经成为了一个不可或缺的工具。Docker以其轻量级、可移植性和标准化等特点,使得应用程序的部署和管理变得前所未有的简单。无论您是一名开发者、系统管理员,还是IT架构师,理解并掌握Docker都将为您的工作带来巨大的便利。

这篇博客旨在为读者提供一个全面的Docker入门指南,从基础概念到实际操作,从单一容器到复杂的容器编排,我们都会进行详细的探讨。我们希望通过这篇博客,帮助您快速掌握Docker的核心概念和技术,以便在实际工作中有效地应用Docker。

一.Docker简介

1.什么是Docker

Docker是一个开源的应用容器引擎,它可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的镜像中,然后发布到任何流行的Linux或Windows操作系统的机器上。Docker基于轻量级虚拟化技术,整个项目基于Go语言开发,并采用了Apache 2.0协议。通过Docker,可以实现方便快速并且与平台解耦的自动化部署方式。无论部署时的环境如何,容器中的应用程序都会运行在同一种环境下。

Docker使用沙箱机制,容器之间不会有任何接口。它可以将应用程序打包封装到一个容器中,该容器包含了应用程序的代码、运行环境、依赖库、配置文件等必需的资源。通过这种方式,用户的产品(可以是web应用或者数据库应用)及其环境能够实现“一次封装,到处运行”

二.Docker基本概念

Docker 包括三个基本概念

  • 镜像Image
  • 容器Container
  • 仓库Repository

理解了这三个概念,就理解了 Docker 的整个生命周期。

1.Docker镜像

我们都知道,操作系统分为 内核 和 用户空间。对于 Linux 而言,内核启动后,会挂载 root 文件系统为其提供用户空间支持。而 Docker 镜像(Image),就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:18.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 18.04 最小系统的 root 文件系统。

Docker 镜像 是一个特殊的文件系统,除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外,还包含了一些为运行时准备的一些配置参数(如匿名卷、环境变量、用户等)。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

分层存储

因为镜像包含操作系统完整的 root 文件系统,其体积往往是庞大的,因此在 Docker 设计时,就充分利用 Union FS (opens new window)的技术,将其设计为分层存储的架构。所以严格来说,镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件,镜像只是一个虚拟的概念,其实际体现并非由一个文件组成,而是由一组文件系统组成,或者说,由多层文件系统联合组成。

镜像构建时,会一层层构建,前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变,后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如,删除前一层文件的操作,实际不是真的删除前一层的文件,而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候,虽然不会看到这个文件,但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此,在构建镜像的时候,需要额外小心,每一层尽量只包含该层需要添加的东西,任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。

分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层,然后进一步添加新的层,以定制自己所需的内容,构建新的镜像。

2.Docker 容器

镜像(Image)和容器(Container)的关系,就像是面向对象程序设计中的 实例 一样,镜像是静态的定义,容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。

容器的实质是进程,但与直接在宿主执行的进程不同,容器进程运行于属于自己的独立的 命名空间 (opens new window)。因此容器可以拥有自己的 root 文件系统、自己的网络配置、自己的进程空间,甚至自己的用户 ID 空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里,使用起来,就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。也因为这种隔离的特性,很多人初学 Docker 时常常会混淆容器和虚拟机。

前面讲过镜像使用的是分层存储,容器也是如此。每一个容器运行时,是以镜像为基础层,在其上创建一个当前容器的存储层,我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为 容器存储层。

容器存储层的生存周期和容器一样,容器消亡时,容器存储层也随之消亡。因此,任何保存于容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。

按照 Docker 最佳实践的要求,容器不应该向其存储层内写入任何数据,容器存储层要保持无状态化。所有的文件写入操作,都应该使用 数据卷(Volume)、或者 绑定宿主目录,在这些位置的读写会跳过容器存储层,直接对宿主(或网络存储)发生读写,其性能和稳定性更高。

数据卷的生存周期独立于容器,容器消亡,数据卷不会消亡。因此,使用数据卷后,容器删除或者重新运行之后,数据却不会丢失。

3.Docker Registry(仓库)

镜像构建完成后,可以很容易的在当前宿主机上运行,但是,如果需要在其它服务器上使用这个镜像,我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务,Docker Registry 就是这样的服务。

一个 Docker Registry 中可以包含多个 仓库(Repository);每个仓库可以包含多个 标签(Tag);每个标签对应一个镜像。

通常,一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像,而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签,将以 latest 作为默认标签。

以 Ubuntu 镜像 (opens new window)为例,ubuntu 是仓库的名字,其内包含有不同的版本标签,如,16.04, 18.04。我们可以通过 ubuntu:16.04,或者 ubuntu:18.04 来具体指定所需哪个版本的镜像。如果忽略了标签,比如 ubuntu,那将视为 ubuntu:latest。

仓库名经常以 两段式路径 形式出现,比如 jwilder/nginx-proxy,前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名,后者则往往是对应的软件名。但这并非绝对,取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务。

Docker Registry 公开服务

Docker Registry 公开服务是开放给用户使用、允许用户管理镜像的 Registry 服务。一般这类公开服务允许用户免费上传、下载公开的镜像,并可能提供收费服务供用户管理私有镜像。

最常使用的 Registry 公开服务是官方的 Docker Hub (opens new window),这也是默认的 Registry,并拥有大量的高质量的 官方镜像 (opens new window)。除此以外,还有 Red Hat 的 Quay.io (opens new window);Google 的 Google Container Registry (opens new window),Kubernetes (opens new window)的镜像使用的就是这个服务;代码托管平台 GitHub (opens new window)推出的 ghcr.io (opens new window)。

由于某些原因,在国内访问这些服务可能会比较慢。国内的一些云服务商提供了针对 Docker Hub 的镜像服务(Registry Mirror),这些镜像服务被称为 加速器。常见的有 阿里云加速器 (opens new window)、DaoCloud 加速器 (opens new window)等。使用加速器会直接从国内的地址下载 Docker Hub 的镜像,比直接从 Docker Hub 下载速度会提高很多。在 安装 Docker 一节中有详细的配置方法。

国内也有一些云服务商提供类似于 Docker Hub 的公开服务。比如 网易云镜像服务 (opens new window)、DaoCloud 镜像市场 (opens new window)、阿里云镜像库 (opens new window)等。

私有 Docker Registry

除了使用公开服务外,用户还可以在本地搭建私有 Docker Registry。Docker 官方提供了 Docker Registry (opens new window)镜像,可以直接使用做为私有 Registry 服务。在 私有仓库 一节中,会有进一步的搭建私有 Registry 服务的讲解。

开源的 Docker Registry 镜像只提供了 Docker Registry API (opens new window)的服务端实现,足以支持 docker 命令,不影响使用。但不包含图形界面,以及镜像维护、用户管理、访问控制等高级功能。

除了官方的 Docker Registry 外,还有第三方软件实现了 Docker Registry API,甚至提供了用户界面以及一些高级功能。比如,Harbor (opens new window)和 Sonatype Nexus。

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