富 Web 時代，應用變得越來越強大，與此同時也越來越復雜。集群部署、隔離環(huán)境、灰度發(fā)布以及動態(tài)擴容缺一不可，而容器化則成為中間的必要橋梁。

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本文我們就來探索一下 Docker 的神秘世界，從零到一掌握 Docker 的基本原理與實踐操作。別再守著后端那一畝三分地，是時候該開疆擴土了。

講個故事

為了更好的理解 Docker 是什么，我們先來講個故事：

我需要蓋一個房子，于是我搬石頭、砍木頭、畫圖紙、蓋房子。一頓操作，終于把這個房子蓋好了。

結果，住了一段時間，心血來潮想搬到海邊去。這時候按以往的辦法，我只能去海邊，再次搬石頭、砍木頭、畫圖紙、蓋房子。

煩惱之際，跑來一個魔法師教會我一種魔法。這種魔法可以把我蓋好的房子復制一份，做成「鏡像」，放在我的背包里。

等我到了海邊，就用這個「鏡像」，復制一套房子，拎包入住。

是不是很神奇？對應到我們的項目中來，房子就是項目本身，鏡像就是項目的復制，背包就是鏡像倉庫。

如果要動態(tài)擴容，從倉庫中取出項目鏡像，隨便復制就可以了。Build once，Run anywhere!

不用再關注版本、兼容、部署等問題，徹底解決了「上線即崩，無休止構建」的尷尬。

虛擬機與容器

開始之前，我們來做一些基礎知識的儲備：

①虛擬機：虛擬化硬件

虛擬機 Virtual Machine 指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統(tǒng)。在實體計算機中能夠完成的工作在虛擬機中都能夠?qū)崿F(xiàn)。

在計算機中創(chuàng)建虛擬機時，需要將實體機的部分硬盤和內(nèi)存容量作為虛擬機的硬盤和內(nèi)存容量。

每個虛擬機都有獨立的CMOS、硬盤和操作系統(tǒng)，可以像使用實體機一樣對虛擬機進行操作。在容器技術之前，業(yè)界的網(wǎng)紅是虛擬機。

虛擬機技術的代表，是VMWare和OpenStack。

②容器：將操作系統(tǒng)層虛擬化，是一個標準的軟件單元

其特點如下：

•  隨處運行：容器可以將代碼與配置文件和相關依賴庫進行打包，從而確保在任何環(huán)境下的運行都是一致的。
•  高資源利用率：容器提供進程級的隔離，因此可以更加精細地設置 CPU 和內(nèi)存的使用率，進而更好地利用服務器的計算資源。
•  快速擴展：每個容器都可作為單獨的進程予以運行，并且可以共享底層操作系統(tǒng)的系統(tǒng)資源，這樣一來可以加快容器的啟動和停止效率。

區(qū)別與聯(lián)系：

•  虛擬機雖然可以隔離出很多「子電腦」，但占用空間更大，啟動更慢。虛擬機軟件可能還要花錢，例如 VMWare。
•  容器技術不需要虛擬出整個操作系統(tǒng)，只需要虛擬一個小規(guī)模的環(huán)境，類似「沙箱」。
•  運行空間，虛擬機一般要幾 GB 到 幾十 GB 的空間，而容器只需要 MB 級甚至 KB 級。

我們來看一下對比數(shù)據(jù)：

虛擬機屬于虛擬化技術，而 Docker 這樣的容器技術，屬于輕量級的虛擬化。

與虛擬機相比，容器更輕量且速度更快，因為它利用了 Linux 底層操作系統(tǒng)在隔離的環(huán)境中運行。

虛擬機的 Hypervisor 創(chuàng)建了一個非常牢固的邊界，以防止應用程序突破它，而容器的邊界不那么強大。

認識 Docker

Docker 是一個開源的應用容器引擎，讓開發(fā)者可以打包他們的應用以及依賴包到一個可移植的容器中，然后發(fā)布到任何流行的 Linux 機器上，也可以實現(xiàn)虛擬化。容器是完全使用沙箱機制，相互之間不會有任何接口。

Docker 技術的三大核心概念，分別是：

•  鏡像 Image
•  容器 Container
•  倉庫 Repository

Docker 輕量級的原因是什么？相信你也會有這樣的疑惑：為什么 Docker 啟動快？如何做到和宿主機共享內(nèi)核？

當我們請求 Docker 運行容器時，Docker 會在計算機上設置一個資源隔離的環(huán)境。

然后將打包的應用程序和關聯(lián)的文件復制到 Namespace 內(nèi)的文件系統(tǒng)中，此時環(huán)境的配置就完成了。之后 Docker 會執(zhí)行我們預先指定的命令，運行應用程序。

鏡像不包含任何動態(tài)數(shù)據(jù)，其內(nèi)容在構建之后也不會被改變。

核心概念

核心概念如下：

•  Build，Ship and Run（搭建、運輸、運行）。
•  Build once，Run anywhere（一次搭建，處處運行）。
•  Docker 本身并不是容器，它是創(chuàng)建容器的工具，是應用容器引擎。
•  Docker 三大核心概念，分別是：鏡像 Image，容器 Container、倉庫 Repository。
•  Docker 技術使用 Linux 內(nèi)核和內(nèi)核功能（例如 Cgroups 和 namespaces）來分隔進程，以便各進程相互獨立運行。
•  由于 Namespace 和 Cgroups 功能僅在 Linux 上可用，因此容器無法在其他操作系統(tǒng)上運行。那么 Docker 如何在 macOS 或 Windows 上運行？Docker 實際上使用了一個技巧，并在非 Linux 操作系統(tǒng)上安裝 Linux 虛擬機，然后在虛擬機內(nèi)運行容器。
•  鏡像是一個可執(zhí)行包，其包含運行應用程序所需的代碼、運行時、庫、環(huán)境變量和配置文件，容器是鏡像的運行時實例。

更多關于 Docker 的原理，可以查看《Docker 工作原理及容器化簡易指南》，這里不再贅述：http://dockone.io/article/8788

安裝 Docker

①命令行安裝

Homebrew 的 Cask 已經(jīng)支持 Docker for Mac，因此可以很方便的使用 Homebrew Cask 來進行安裝，執(zhí)行如下命令： 

brew cask install docker 

更多安裝方式，請查看官方文檔：https://www.docker.com/get-started

②查看版本

命令如下： 

docker -v 

③配置鏡像加速

設置 Docker Engine 寫入配置： 

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

④安裝桌面端

桌面端操作非常簡單，先去官網(wǎng)下載。通過 Docker 桌面端，我們可以方便的操作：clone：克隆一個項目。

•  build：打包鏡像。
•  run：運行實例。
•  share：共享鏡像。

好了，準備工作就緒，下面可以大展身手了！Docker 完全指南

快速開始

安裝完 Docker 之后，我們先打個實際項目的鏡像，邊學邊用。

①首先需要大致了解一下我們將會用到的 11 個命令

如下圖：

②新建項目

為了快捷，我們直接使用 Vue 腳手架構建項目： 

vue create docker-demo 

嘗試啟動一下： 

yarn serve 

訪問地址：http://localhost:8080/。項目就緒，我們接著為項目打包： 

yarn build 

這時候，項目目錄下的 Dist 就是我們要部署的靜態(tài)資源了，我們繼續(xù)下一步。

需要注意：前端項目一般分兩類，一類直接 Nginx 靜態(tài)部署，一類需要啟動 Node 服務。本節(jié)我們只考慮第一種。關于 Node 服務，后文我會詳細說明。

③新建 Dockerfile

命令如下： 

cd docker-demo && touch Dockerfile 

此時的項目目錄如下：. 

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

可以看到我們已經(jīng)在 docker-demo 目錄下成功創(chuàng)建了 Dockerfile 文件。

④準備 Nginx 鏡像

運行你的 Docker 桌面端，就會默認啟動實例，我們在控制臺拉取 Nginx 鏡像： 

docker pull nginx 

控制臺會出現(xiàn)如下信息： 

Using default tag: latest  
latest: Pulling from library/nginx  
8559a31e96f4: Pull complete  
8d69e59170f7: Pull complete  
3f9f1ec1d262: Pull complete  
d1f5ff4f210d: Pull complete  
1e22bfa8652e: Pull complete  
Digest: sha256:21f32f6c08406306d822a0e6e8b7dc81f53f336570e852e25fbe1e3e3d0d0133  
Status: Downloaded newer image for nginx:latest  
docker.io/library/nginx:latest 

如果你出現(xiàn)這樣的異常，請確認 Docker 實例是否正常運行。 

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

鏡像準備 OK，我們在根目錄創(chuàng)建 Nginx 配置文件： 

touch default.conf 

寫入： 

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配置鏡像

打開 Dockerfile ，寫入如下內(nèi)容： 

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

我們逐行解釋一下代碼：

•  FROM nginx 指定該鏡像是基于 nginx:latest 鏡像而構建的。
•  COPY dist/ /usr/share/nginx/html/ 命令的意思是將項目根目錄下 dist 文件夾中的所有文件復制到鏡像中 /usr/share/nginx/html/ 目錄下。
•  COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf 將 default.conf 復制到 etc/nginx/conf.d/default.conf，用本地的 default.conf 配置來替換 Nginx 鏡像里的默認配置。這20個Docker Command，有幾個是你會的？

⑥構建鏡像

Docker 通過 build 命令來構建鏡像： 

docker build -t jartto-docker-demo . 

按照慣例，我們解釋一下上述代碼：

•  -t 參數(shù)給鏡像命名 jartto-docker-demo。
•  . 是基于當前目錄的 Dockerfile 來構建鏡像。

執(zhí)行成功后，將會輸出： 

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 

鏡像制作成功！我們來查看一下容器： 

docker image ls | grep jartto-docker-demo 

可以看到，我們打出了一個 133MB 的項目鏡像： 

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

鏡像也有好壞之分，后續(xù)我們將介紹如何優(yōu)化，這里可以先暫時忽略。

⑦運行容器

命令如下： 

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

這里解釋一下參數(shù)：

•  -d 設置容器在后臺運行。
•  -p 表示端口映射，把本機的 3000 端口映射到 container 的 80 端口（這樣外網(wǎng)就能通過本機的 3000 端口訪問了。
•  --name 設置容器名 docker-vue。
•  jartto-docker-demo 是我們上面構建的鏡像名字。

補充一點：在控制臺，我們可以通過 docker ps 查看剛運行的 Container 的 ID： 

docker ps -a 

控制臺會輸出： 

CONTAINER ID IMAGE              COMMAND                  CREATED       STATUS PORTS  NAMES  
ab1375befb0b 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，那么打開 Docker Dashboard 就可以看到容器列表了，如下圖：⑧訪問項目

因為我們映射了本機 3000 端口，所以執(zhí)行： 

curl -v -i localhost:3000 

或者打開瀏覽器，訪問：localhost:3000。

⑨發(fā)布鏡像

如果你想為社區(qū)貢獻力量，那么需要將鏡像發(fā)布，方便其他開發(fā)者使用。

發(fā)布鏡像需要如下步驟：

•  登陸 dockerhub，注冊賬號。
•  命令行執(zhí)行 docker login，之后輸入我們的賬號密碼，進行登錄。
•  推送鏡像之前，需要打一個 Tag，執(zhí)行

 

docker tag <image> <username>/<repository>:<tag> 

全流程結束，以后我們要使用，再也不需要「搬石頭、砍木頭、畫圖紙、蓋房子」了，拎包入住。這也是 Docker 獨特魅力所在。

常規(guī)操作

到這里，恭喜你已經(jīng)完成了 Docker 的入門項目！如果還想繼續(xù)深入，不妨接著往下看看。

①參數(shù)使用 

FROM：  
#指定基礎鏡像，所有構建的鏡像都必須有一個基礎鏡像，且 FROM 命令必須是 Dockerfile 的第一個命令  
FROM <image> [AS <name>] 指定從一個鏡像構建起一個新的鏡像名字  
FROM <image>[:<tag>] [AS <name>] 指定鏡像的版本 Tag  
示例：FROM mysql:5.0 AS database  
MAINTAINER：  
#鏡像維護人的信息  
MAINTAINER <name>  
示例：MAINTAINER Jartto Jartto@qq.com  
RUN：  
#構建鏡像時要執(zhí)行的命令  
RUN <command>  
示例：RUN [executable, param1, param2]  
ADD：  
#將本地的文件添加復制到容器中去，壓縮包會解壓，可以訪問網(wǎng)絡上的文件，會自動下載  
ADD <src> <dest>  
示例：ADD *.js /app 添加 js 文件到容器中的 app 目錄下  
COPY：  
#功能和 ADD 一樣，只是復制，不會解壓或者下載文件  
CMD：  
#啟動容器后執(zhí)行的命令，和 RUN 不一樣，RUN 是在構建鏡像是要運行的命令  
當使用 docker run 運行容器的時候，這個可以在命令行被覆蓋  
示例：CMD [executable, param1, param2] 
ENTRYPOINT：  
#也是執(zhí)行命令，和 CMD 一樣，只是這個命令不會被命令行覆蓋  
ENTRYPOINT [executable, param1, param2]  
示例：ENTRYPOINT [donnet, myapp.dll]  
LABEL：  
#為鏡像添加元數(shù)據(jù)，key-value 形式  
LABEL <key>=<value> <key>=<value> ...  
示例：LABEL version=1.0 description=這是一個web應用  
ENV：  
#設置環(huán)境變量，有些容器運行時會需要某些環(huán)境變量  
ENV <key> <value> 一次設置一個環(huán)境變量  
ENV <key>=<value> <key>=<value> <key>=<value> 設置多個環(huán)境變量  
示例：ENV JAVA_HOME /usr/java1.8/  
EXPOSE：  
#暴露對外的端口（容器內(nèi)部程序的端口，雖然會和宿主機的一樣，但是其實是兩個端口）  
EXPOSE <port>  
示例：EXPOSE 80  
容器運行時，需要用 -p 映射外部端口才能訪問到容器內(nèi)的端口  
VOLUME：  
#指定數(shù)據(jù)持久化的目錄，官方語言叫做掛載  
VOLUME /var/log   
#指定容器中需要被掛載的目錄，會把這個目錄映射到宿主機的一個隨機目錄上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久化和同步  
VOLUME [/var/log,/var/test.....]   
#指定容器中多個需要被掛載的目錄，會把這些目錄映射到宿主機的多個隨機目錄上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久化和同步 
VOLUME /var/data var/log   
#指定容器中的 var/log 目錄掛載到宿主機上的 /var/data 目錄，這種形式可以手動指定宿主機上的目錄  
WORKDIR：  
#設置工作目錄，設置之后 ，RUN、CMD、COPY、ADD 的工作目錄都會同步變更  
WORKDIR <path>  
示例：WORKDIR /app/test  
USER：  
#指定運行命令時所使用的用戶，為了安全和權限起見，根據(jù)要執(zhí)行的命令選擇不同用戶  
USER <user>:[<group>]  
示例：USER test  
ARG：  
#設置構建鏡像是要傳遞的參數(shù)  
ARG <name>[=<value>]  
ARG name=sss 

更多操作，請移步官方使用文檔：https://docs.docker.com/

最佳實踐

在掌握 Docker 常規(guī)操作之后，我們很容易就可以打出自己想要的項目鏡像。

然而不同的操作打出的鏡像也是千差萬別。究竟是什么原因?qū)е络R像差異，我們不妨繼續(xù)探索。

以下是在應用 Docker 過程中整理的最佳實踐，請盡量遵循如下準則：

•  Require 明確：需要什么鏡像。
•  步驟精簡：變化較少的 Step 優(yōu)先。
•  版本明確：鏡像命名明確。
•  說明文檔：整個鏡像打包步驟可以重現(xiàn)。

總結

容器化技術必將是云時代不可或缺的技能之一，而 Docker 只是滄海一粟。隨之而來的還有集群容器管理 Kubernetes、Service Mesh 、Istio 等技術。

打開 Docker 的大門，不斷抽絲剝繭，逐層深入，你將感受到容器化的無窮魅力。