| title | Docker 核心概念总结 | |||||||
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| description | 梳理 Docker 的核心概念与容器/虚拟机差异，掌握镜像、容器与仓库的关系及在交付部署中的实际价值。 | |||||||
| category | 开发工具 | |||||||
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本文主要讲 Docker 的核心概念、运行模型和常见使用场景，不展开安装过程。安装、命令练习和本地服务启动可以看后面的 Docker 实战。
Docker 是常见的软件容器平台。想要搞懂 Docker，先要理解容器解决的到底是什么问题。
一句话概括容器：容器就是将软件打包成标准化单元，以用于开发、交付和部署。
- 容器镜像是轻量的、可执行的独立软件包 ，包含软件运行所需的所有内容：代码、运行时环境、系统工具、系统库和设置。
- 容器化软件适用于基于 Linux 和 Windows 的应用，在任何环境中都能够始终如一地运行。
- 容器赋予了软件独立性，使其免受外在环境差异（例如，开发和预演环境的差异）的影响，从而有助于减少团队间在相同基础设施上运行不同软件时的冲突。
如果需要通俗地描述容器的话，我觉得容器就是一个存放东西的地方，就像书包可以装各种文具、衣柜可以放各种衣服、鞋架可以放各种鞋子一样。我们现在所说的容器存放的东西可能更偏向于应用比如网站、程序甚至是系统环境。
关于虚拟机与容器的对比在后面会详细介绍到，这里只是通过网上的图片加深大家对于物理机、虚拟机与容器这三者的理解(下面的图片来源于网络)。
物理机：
虚拟机：
容器：
通过上面这三张抽象图，我们可以大概通过类比概括出：容器虚拟化的是操作系统而不是硬件，容器之间是共享同一套操作系统资源的。虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统。因此容器的隔离级别会稍低一些。
每当说起容器，我们不得不将其与虚拟机做一个比较。就我而言，对于两者无所谓谁会取代谁，而是两者可以和谐共存。
简单来说：容器和虚拟机具有相似的资源隔离和分配优势，但功能有所不同，因为容器虚拟化的是操作系统，而不是硬件，因此容器更容易移植，效率也更高。
传统虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统，在该系统上再运行所需应用进程；而容器内的应用进程直接运行于宿主的内核，容器内没有自己的内核，而且也没有进行硬件虚拟。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。
容器和虚拟机的对比：
-
容器是一个应用层抽象，用于将代码和依赖资源打包在一起。 多个容器可以在同一台机器上运行，共享操作系统内核，但各自作为独立的进程在用户空间中运行 。与虚拟机相比， 容器占用的空间较少（容器镜像大小通常只有几十兆），瞬间就能完成启动 。
-
虚拟机 (VM) 是一个物理硬件层抽象，用于将一台服务器变成多台服务器。管理程序允许多个 VM 在一台机器上运行。每个 VM 都包含一整套操作系统、一个或多个应用、必要的二进制文件和库资源，因此 占用大量空间 。而且 VM 启动也十分缓慢 。
通过 Docker 官网，我们知道了这么多 Docker 的优势，但是大家也没有必要完全否定虚拟机技术，因为两者有不同的使用场景。虚拟机更擅长于彻底隔离整个运行环境。例如，云服务提供商通常采用虚拟机技术隔离不同的用户。而 Docker 通常用于隔离不同的应用 ，例如前端，后端以及数据库。
就我而言，对于两者无所谓谁会取代谁，而是两者可以和谐共存。
可以从下面几个角度理解 Docker：
- Docker 是一个软件容器平台。
- Docker 使用 Go 语言开发，基于 Linux 内核提供的 cgroups、namespaces，以及 UnionFS 等能力对进程进行封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术。
- Docker 能够把应用和运行依赖打包到镜像中，减少开发、测试、部署环境不一致带来的问题。
- 用户可以方便地创建和使用容器，把自己的应用放入容器。容器还可以进行版本管理、复制、分享、修改，就像管理普通的代码一样。
Docker 思想：
- 集装箱：就像海运中的集装箱一样，Docker 容器包含了应用程序及其所有依赖项，确保在任何环境中都能以相同的方式运行。
- 标准化：运输方式、存储方式、API 接口。
- 隔离：每个 Docker 容器都在自己的隔离环境中运行，与宿主机和其他容器隔离。
- 轻量 : 在一台机器上运行的多个 Docker 容器可以共享这台机器的操作系统内核；它们能够迅速启动，只需占用很少的计算和内存资源。镜像是通过文件系统层进行构造的，并共享一些公共文件。这样就能尽量降低磁盘用量，并能更快地下载镜像。
- 标准 : Docker 容器基于开放式标准，能够在所有主流 Linux 版本、Microsoft Windows 以及包括 VM、裸机服务器和云在内的任何基础设施上运行。
- 安全 : Docker 赋予应用的隔离性不仅限于彼此隔离，还独立于底层的基础设施。Docker 默认提供最强的隔离，因此应用出现问题，也只是单个容器的问题，而不会波及到整台机器。
- Docker 的镜像提供了除内核外完整的运行时环境，确保了应用运行环境一致性，从而不会再出现 “这段代码在我机器上没问题啊” 这类问题；——一致的运行环境
- 可以做到秒级、甚至毫秒级的启动时间。大大的节约了开发、测试、部署的时间。——更快速的启动时间
- 避免公用的服务器，资源会容易受到其他用户的影响。——隔离性
- 善于处理集中爆发的服务器使用压力；——弹性伸缩，快速扩展
- 可以很轻易的将在一个平台上运行的应用，迁移到另一个平台上，而不用担心运行环境的变化导致应用无法正常运行的情况。——迁移方便
- 使用 Docker 可以通过定制应用镜像来实现持续集成、持续交付、部署。——持续交付和部署
Docker 中有非常重要的三个基本概念：镜像（Image）、容器（Container）和仓库（Repository）。
理解了这三个概念，就理解了 Docker 的整个生命周期。
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。
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。
Docker 设计时，就充分利用 Union FS 的技术，将其设计为分层存储的架构 。镜像实际是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。
镜像（Image）和容器（Container）的关系，就像是面向对象程序设计中的 类 和 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。前面讲过镜像使用的是分层存储，容器也是如此。
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业务数据，容器存储层要尽量保持无状态。需要持久化的文件写入，应该使用数据卷（Volume）或者绑定宿主目录，这类读写会绕过容器存储层，直接落到宿主机或网络存储上，性能和稳定性更好。数据卷的生命周期独立于容器，容器删除后，数据卷不会自动删除。
镜像构建完成后，可以很容易的在当前宿主上运行，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。所以说：镜像仓库是 Docker 用来集中存放镜像文件的地方类似于我们之前常用的代码仓库。
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这个软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式指定具体镜像。如果不给出标签，将以 latest 作为默认标签。不过在生产环境中不建议依赖 latest，最好明确指定版本标签，便于回滚和排查问题。
这里补充一下 Docker Registry 公开服务和私有 Docker Registry 的概念：
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 ，这也是默认的 Registry，并拥有大量的高质量的官方镜像，网址为：https://hub.docker.com/ 。官方是这样介绍 Docker Hub 的：
Docker Hub 是 Docker 官方提供的一项服务，用于与您的团队查找和共享容器镜像。
比如我们想要搜索自己想要的镜像：
在 Docker Hub 的搜索结果中，有几项关键的信息有助于我们选择合适的镜像：
- OFFICIAL Image：代表镜像为 Docker 官方提供和维护，相对来说稳定性和安全性较高。
- Stars：和点赞差不多的意思，类似 GitHub 的 Star。
- Downloads：代表镜像被拉取的次数，基本上能够表示镜像被使用的频度。
当然，除了直接通过 Docker Hub 网站搜索镜像这种方式外，我们还可以通过 docker search 这个命令搜索 Docker Hub 中的镜像，搜索的结果是一致的。
➜ ~ docker search mysql
NAME DESCRIPTION STARS OFFICIAL AUTOMATED
mysql MySQL is a widely used, open-source relation… 8763 [OK]
mariadb MariaDB is a community-developed fork of MyS… 3073 [OK]
mysql/mysql-server Optimized MySQL Server Docker images. Create… 650 [OK]在国内访问 Docker Hub 可能会比较慢，企业项目通常会结合公司内部镜像仓库或云厂商镜像仓库来做镜像缓存和分发。
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 镜像，可以直接使用做为私有 Registry 服务。开源的 Docker Registry 镜像只提供了 Docker Registry API 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。
下面这一张图很形象地展示了 Image、Container、Repository 和 Registry/Hub 这四者的关系：
- Dockerfile 是一个文本文件，包含了一系列的指令和参数，用于定义如何构建一个 Docker 镜像。运行
docker build命令并指定一个 Dockerfile 时，Docker 会读取 Dockerfile 中的指令，逐步构建一个新的镜像，并将其保存在本地。 docker pull命令可以从指定的 Registry/Hub 下载一个镜像到本地，默认使用 Docker Hub。docker run命令可以从本地镜像创建一个新的容器并启动它。如果本地没有镜像，Docker 会先尝试从 Registry/Hub 拉取镜像。docker push命令可以将本地的 Docker 镜像上传到指定的 Registry/Hub。
上面涉及到了一些 Docker 基本命令，后面的实战文章会详细介绍。
Docker 的概念基本上已经讲完，我们再来谈谈：Build, Ship, and Run。
如果你搜索 Docker 官网，会发现如下的字样：“Docker - Build, Ship, and Run Any App, Anywhere”。那么 Build, Ship, and Run 到底是在干什么呢？
- Build（构建镜像）：镜像就像是集装箱包括文件以及运行环境等等资源。
- Ship（运输镜像）：主机和仓库间运输，这里的仓库就像是超级码头一样。
- Run （运行镜像）：运行的镜像就是一个容器，容器就是运行程序的地方。
Docker 运行过程也就是去仓库把镜像拉到本地，然后用一条命令把镜像运行起来变成容器。所以，我们也常常将 Docker 称为码头工人或码头装卸工，这和 Docker 的中文翻译搬运工人如出一辙。
docker version # 查看 Docker 版本
docker images # 查看所有已下载镜像，等价于：docker image ls 命令
docker container ls # 查看所有容器
docker ps # 查看正在运行的容器
docker image prune # 清理没有被使用的镜像文件。-a/--all 会删除所有未被容器使用的镜像docker pull 命令默认使用的 Registry 是 Docker Hub。当你执行 docker pull 命令而没有指定任何 Registry 地址时，Docker 会从 Docker Hub 拉取镜像。
docker search mysql # 查看 MySQL 相关镜像
docker pull mysql:8.4 # 拉取 MySQL 镜像
docker image ls # 查看所有已下载镜像运行 docker build命令并指定一个 Dockerfile 时，Docker 会读取 Dockerfile 中的指令，逐步构建一个新的镜像，并将其保存在本地。
# image-name 是镜像名称，1.0.0 是镜像版本号或标签
docker build -t image-name:1.0.0 .需要注意：Dockerfile 的文件名不必须为 Dockerfile，也不一定要放在构建上下文的根目录中。使用 -f 或 --file 选项，可以指定任何位置的任何文件作为 Dockerfile。当然，一般大家习惯性的会使用默认的文件名 Dockerfile，以及会将其置于镜像构建上下文目录中。
比如我们要删除已经下载的 MySQL 镜像。
通过 docker rmi [image]（等价于 docker image rm [image]）删除镜像之前，首先要确保这个镜像没有被容器引用。可以通过标签名称或者镜像 ID 删除，也可以通过前面讲的 docker ps 命令查看是否有容器正在使用它。
➜ ~ docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
c4cd691d9f80 mysql:5.7 "docker-entrypoint.s…" 7 weeks ago Up 12 days 0.0.0.0:3306->3306/tcp, 33060/tcp mysql可以看到 mysql:5.7 正在被 ID 为 c4cd691d9f80 的容器引用，需要先通过 docker stop c4cd691d9f80 或者 docker stop mysql 暂停这个容器。
然后查看 MySQL 镜像的 ID：
➜ ~ docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
mysql 5.7 f6509bac4980 3 months ago 373MB通过 IMAGE ID 或者 REPOSITORY:TAG 即可删除：
docker rmi f6509bac4980 # 或者 docker rmi mysql:5.7docker push 命令用于将本地的 Docker 镜像上传到指定的 Registry/Hub。
# 将镜像推送到私有镜像仓库 Harbor
# harbor.example.com 是私有镜像仓库的地址，ubuntu 是镜像名称，18.04 是镜像版本标签
docker push harbor.example.com/ubuntu:18.04镜像推送之前，要确保本地已经构建好需要推送的 Docker 镜像。另外，务必先登录到对应的镜像仓库。
在容器中管理数据主要有两种方式：
- 数据卷（Volumes）
- 挂载主机目录 (Bind mounts)
数据卷是由 Docker 管理的数据存储区域，有如下这些特点：
- 可以在容器之间共享和重用。
- 即使容器被删除，数据卷中的数据也不会被自动删除，从而确保数据的持久性。
- 对数据卷的修改会立马生效。
- 对数据卷的更新，不会影响镜像。
# 创建一个数据卷
docker volume create my-vol
# 查看所有的数据卷
docker volume ls
# 查看数据卷的具体信息
docker volume inspect my-vol
# 删除指定的数据卷
docker volume rm my-vol在用 docker run 命令的时候，使用 --mount 标记来将一个或多个数据卷挂载到容器里。
还可以通过 --mount 标记将宿主机上的文件或目录挂载到容器中，这使得容器可以直接访问宿主机的文件系统。Docker 挂载主机目录的默认权限是读写，用户也可以通过增加 readonly 指定为只读。
Docker Compose 是 Docker 官方提供的多容器应用定义和运行工具。通过 Compose，开发者可以使用一个 YAML 文件描述应用依赖的多个服务、网络、端口和数据卷，然后用一条命令启动或停止整组服务。
Docker Compose 是开源项目，地址：https://github.com/docker/compose。
Docker Compose 的核心功能：
- 多容器管理：允许用户在一个 YAML 文件中定义和管理多个容器。
- 服务编排：配置容器间的网络和依赖关系。
- 一键启动与停止：通过
docker compose up和docker compose down等命令，可以轻松启动和停止整个应用。
Docker Compose 简化了多容器应用程序的开发、测试和部署过程，提高了开发团队的生产力，同时降低了应用程序的部署复杂度和管理成本。
Docker Compose 文件是 Docker Compose 工具的核心，用于定义和配置多容器 Docker 应用。这个文件通常命名为 compose.yaml 或 docker-compose.yml，采用 YAML（YAML Ain't Markup Language）格式编写。
Docker Compose 文件基本结构如下：
- 服务（services）： 定义了应用中的每个容器（服务）。每个服务可以使用不同的镜像、环境设置和依赖关系。
- 镜像（image）： 从指定的镜像中启动容器，可以是存储仓库、标签以及镜像 ID。
- 命令（command）： 可选，覆盖容器启动后默认执行的命令。在启动服务时运行特定的命令或脚本，常用于启动应用程序、执行初始化脚本等。
- 端口（ports）： 可选，映射容器和宿主机的端口。
- 依赖（depends_on）： 配置服务之间的启动依赖关系。例如后端服务依赖数据库服务时，可以先启动数据库，再启动后端服务。
- 环境变量（environment）： 可选，设置服务运行所需的环境变量。
- 重启（restart）: 可选，控制容器的重启策略。在容器退出时，根据指定的策略自动重启容器。
- 服务卷（volumes）: 可选，定义服务使用的卷，用于数据持久化或在容器之间共享数据。
- 构建（build）： 指定构建镜像的 Dockerfile 上下文路径，或者使用详细配置对象。
- 网络（networks）： 定义了容器间的网络连接。
- 卷（volumes）： 用于数据持久化和共享的数据卷定义。常用于数据库存储、配置文件、日志等数据的持久化。
services:
service-name-1:
image: nginx:stable
command: ["nginx", "-g", "daemon off;"]
environment:
TZ: Asia/Shanghai
volumes:
- web_data:/usr/share/nginx/html
networks:
- app_net
ports:
- "8080:80"
restart: unless-stopped
depends_on:
- service-name-2
service-name-2:
image: redis:7
networks:
- app_net
volumes:
web_data:
networks:
app_net:docker compose up 会根据 Compose 文件中定义的服务创建并启动容器，并将它们连接到 Compose 创建的网络中。如果文件没有声明自定义网络，Compose 会自动创建默认网络。
# 在当前目录下寻找 compose.yaml 或 docker-compose.yml 文件，并根据其中定义的服务启动应用
docker compose up
# 后台启动
docker compose up -d
# 强制重新创建所有容器，即使它们已经存在
docker compose up --force-recreate
# 重新构建镜像
docker compose up --build
# 指定要启动的服务名称，而不是启动所有服务
# 可以同时指定多个服务，用空格分隔。
docker compose up service-name另外，如果 Compose 文件名称不是 compose.yaml 或 docker-compose.yml，可以通过 -f 参数指定。
docker compose -f compose.prod.yaml updocker compose down 用于停止并移除通过 docker compose up 启动的容器和网络。
# 在当前目录下寻找 Compose 文件
# 根据其中定义移除启动的容器和网络
docker compose down
# 停止容器但不移除
docker compose stop
# 停止指定服务
docker compose stop service-name同样地，如果 Compose 文件名称不是 compose.yaml 或 docker-compose.yml，可以通过 -f 参数指定。
docker compose -f compose.prod.yaml downdocker compose ps 用于查看通过 docker compose up 启动的所有容器的状态信息。
# 查看所有容器的状态信息
docker compose ps
# 只显示服务名称
docker compose ps --services
# 查看指定服务的容器
docker compose ps service-name| 命令 | 介绍 |
|---|---|
docker compose version |
查看版本 |
docker compose images |
列出所有容器使用的镜像 |
docker compose kill |
强制停止服务的容器 |
docker compose exec |
在容器中执行命令 |
docker compose logs |
查看日志 |
docker compose pause |
暂停服务 |
docker compose unpause |
恢复服务 |
docker compose push |
推送服务镜像 |
docker compose start |
启动当前停止的服务 |
docker compose stop |
停止当前运行的服务 |
docker compose rm |
删除已停止的服务容器 |
docker compose top |
查看进程 |
首先，Docker 是基于轻量级虚拟化技术的软件，那什么是虚拟化技术呢？
简单点来说，虚拟化技术可以这样定义：
虚拟化技术是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源（CPU、内存、磁盘空间、网络适配器等），予以抽象、转换后呈现出来并可供分割、组合为一个或多个电脑配置环境。由此，打破实体结构间的不可切割的障碍，使用户可以比原本的配置更好的方式来应用这些电脑硬件资源。这些资源的新虚拟部分是不受现有资源的架设方式，地域或物理配置所限制。一般所指的虚拟化资源包括计算能力和数据存储。
Docker 技术是基于 LXC（Linux container- Linux 容器）虚拟容器技术的。
LXC，其名称来自 Linux 软件容器（Linux Containers）的缩写，一种操作系统层虚拟化（Operating system–level virtualization）技术，为 Linux 内核容器功能的一个用户空间接口。它将应用软件系统打包成一个软件容器（Container），内含应用软件本身的代码，以及所需要的操作系统核心和库。通过统一的名字空间和共用 API 来分配不同软件容器的可用硬件资源，创造出应用程序的独立沙箱运行环境，使得 Linux 用户可以容易的创建和管理系统或应用容器。
LXC 技术主要是借助 Linux 内核中提供的 CGroup 功能和 namespace 来实现的，通过 LXC 可以为软件提供一个独立的操作系统运行环境。
cgroup 和 namespace 介绍：
-
namespace 是 Linux 内核用来隔离内核资源的方式。 通过 namespace 可以让一些进程只能看到与自己相关的一部分资源，而另外一些进程也只能看到与它们自己相关的资源，这两拨进程根本就感觉不到对方的存在。具体的实现方式是把一个或多个进程的相关资源指定在同一个 namespace 中。Linux namespaces 是对全局系统资源的一种封装隔离，使得处于不同 namespace 的进程拥有独立的全局系统资源，改变一个 namespace 中的系统资源只会影响当前 namespace 里的进程，对其他 namespace 中的进程没有影响。
（以上关于 namespace 介绍内容来自https://www.cnblogs.com/sparkdev/p/9365405.html ，更多关于 namespace 的内容可以查看这篇文章 ）。
-
CGroup 是 Control Groups 的缩写，是 Linux 内核提供的一种可以限制、记录、隔离进程组 (process groups) 所使用的物理资源 (如 cpu memory i/o 等等) 的机制。
（以上关于 CGroup 介绍内容来自 https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/1506_cgroup/index.html ，更多关于 CGroup 的内容可以查看这篇文章 ）。
cgroup 和 namespace 两者对比：
两者都是将进程进行分组，但是两者的作用还是有本质区别。namespace 是为了隔离进程组之间的资源，而 cgroup 是为了对一组进程进行统一的资源监控和限制。
本文主要把 Docker 中的一些常见概念和命令做了详细的阐述。从零到上手实战可以看Docker 从入门到上手干事这篇文章，内容非常详细！
另外，再给大家推荐一本质量非常高的开源书籍《Docker 从入门到实践》 ，这本书的内容非常新，毕竟书籍的内容是开源的，可以随时改进。
