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Docker 学习

8 min read ··· views #docker

1. 初识 Docker

1.1. 什么是 Docker

  • 分布式系统中，依赖的组件非常多，不同组件之间部署时往往会产生一些冲突。
  • 在数百上千台服务器上重复部署时，环境不一定一致，会遇到各种问题。

1.1.1. 应用部署的环境问题

大型项目组件较多，运行环境也较为复杂，部署时会碰到一些问题：

  • 依赖关系复杂，容易出现兼容性问题
  • 开发、测试、生产环境有差异

Docker

例如一个项目中，部署时需要依赖 node.js、Redis、RabbitMQ、MySQL 等，这些服务部署时所需的函数库、依赖项各不相同，甚至会有冲突，给部署带来极大的困难。

1.1.2. Docker 解决依赖兼容问题

Docker 为了解决依赖兼容问题，采用了两个手段：

  • 将应用的 Libs（函数库）、Deps（依赖）、配置与应用一起打包
  • 将每个应用放到隔离的容器中运行，避免互相干扰

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这样打包出的应用包中，既包含应用本身，也包含应用所需的 Libs、Deps，无需再在操作系统上安装这些依赖，自然就不存在不同应用之间的兼容问题了。

1.1.3. Docker 解决操作系统环境差异

要解决不同操作系统环境差异问题，必须先了解操作系统结构。以一个 Ubuntu 操作系统为例，结构如下：

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结构包括：

  • 计算机硬件：例如 CPU、内存、磁盘等
  • 系统内核：所有 Linux 发行版的内核都是 Linux，例如 CentOS、Ubuntu、Fedora 等。内核可以与计算机硬件交互，对外提供内核指令，用于操作计算机硬件。
  • 系统应用：操作系统本身提供的应用、函数库。这些函数库是对内核指令的封装，使用更加方便。

应用与计算机交互的流程如下：

1）应用调用操作系统应用（函数库），实现各种功能 2）系统函数库是对内核指令集的封装，会调用内核指令 3）内核指令操作计算机硬件

Ubuntu 和 CentOS 都是基于 Linux 内核，无非是系统应用不同，提供的函数库有差异：

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此时，如果将一个 Ubuntu 版本的 MySQL 应用安装到 CentOS 系统，MySQL 在调用 Ubuntu 函数库时，会发现找不到或者不匹配，就会报错：

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Docker 如何解决不同系统环境的问题？

  • Docker 将用户程序与所需要调用的系统（比如 Ubuntu）函数库一起打包
  • Docker 运行到不同操作系统时，直接基于打包的函数库，借助操作系统的 Linux 内核来运行

如图：

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1.1.4. 小结

Docker 如何解决大型项目依赖关系复杂、不同组件依赖不兼容的问题？

  • Docker 可以将应用、依赖、函数库、配置一起打包，形成可移植镜像
  • Docker 应用运行在容器中，使用沙箱机制，相互隔离

Docker 如何解决开发、测试、生产环境有差异的问题？

  • Docker 镜像中包含完整运行环境，包括系统函数库，仅依赖系统的 Linux 内核，因此可以在任意 Linux 操作系统上运行

Docker 是一个快速交付应用、运行应用的技术，具备下列优势：

  • 可以将程序及其依赖、运行环境一起打包为一个镜像，迁移到任意 Linux 操作系统
  • 运行时利用沙箱机制形成隔离容器，各个应用互不干扰
  • 启动、移除都可以通过一行命令完成，方便快捷

1.2. Docker 和虚拟机的区别

Docker 可以让一个应用在任何操作系统中非常方便地运行。以前我们接触的虚拟机，也能在一个操作系统中运行另一个操作系统，从而运行其中的任何应用。

两者有什么差异呢？

虚拟机（virtual machine）是在操作系统中模拟硬件设备，然后运行另一个操作系统，比如在 Windows 系统中运行 Ubuntu 系统，这样就可以运行任意的 Ubuntu 应用了。

Docker 仅仅是封装函数库，并没有模拟完整的操作系统，如图：

image-20210731145914960

对比来看：

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小结：

Docker 和虚拟机的差异：

  • Docker 是一个系统进程；虚拟机是在操作系统中的操作系统
  • Docker 体积小、启动速度快、性能好；虚拟机体积大、启动速度慢、性能一般

1.3. Docker 架构

1.3.1. 镜像和容器

Docker 中有几个重要的概念：

镜像（Image）：Docker 将应用程序及其所需的依赖、函数库、环境、配置等文件打包在一起，称为镜像。

容器（Container）：镜像中的应用程序运行后形成的进程就是容器，Docker 会给容器进程做隔离，使其对外不可见。

一切应用最终都由代码组成，都是硬盘中一个个字节形成的文件。只有运行时才会加载到内存，形成进程。

而镜像，就是把应用在硬盘上的文件、运行环境以及部分系统函数库文件一起打包形成的文件包，这个文件包是只读的。

容器则是将这些文件中编写的程序、函数加载到内存中运行，形成进程，只不过这些进程被隔离起来。因此一个镜像可以启动多次，形成多个容器进程。

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1.3.2. DockerHub

开源应用程序非常多，打包这些应用往往是重复劳动。为了避免重复劳动，人们会将自己打包好的应用镜像（例如 Redis、MySQL 镜像）放到网络上共享使用，就像在 GitHub 上共享代码一样。

  • DockerHub：Docker 官方的镜像托管平台，这类平台统称为 Docker Registry。
  • 国内也有类似于 DockerHub 的公开服务，比如网易云镜像服务、阿里云镜像库等。

我们一方面可以将自己的镜像共享到 DockerHub，另一方面也可以从 DockerHub 拉取镜像：

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1.3.3. Docker 架构

要使用 Docker 操作镜像、容器，就必须安装 Docker。

Docker 是一个 CS 架构的程序，由两部分组成：

  • 服务端（server）：Docker 守护进程，负责处理 Docker 指令，管理镜像、容器等
  • 客户端（client）：通过命令或 REST API 向 Docker 服务端发送指令，可以在本地或远程操作

如图：

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1.3.4. 小结

镜像：

  • 将应用程序及其依赖、环境、配置打包在一起

容器：

  • 镜像运行起来就是容器，一个镜像可以运行多个容器

Docker 结构：

  • 服务端：接收命令或远程请求，操作镜像或容器
  • 客户端：发送命令或请求到 Docker 服务端

DockerHub：

  • 一个镜像托管服务器，类似的还有阿里云镜像服务，统称为 Docker Registry

1.4. 安装 Docker

企业部署一般使用 Linux 操作系统，其中又以 CentOS 发行版占比最多，因此常在 CentOS 下安装 Docker。

Docker 分为 CE 和 EE 两大版本。CE 即社区版（免费，支持周期 7 个月），EE 即企业版，强调安全，付费使用，支持周期 24 个月。

Docker CE 分为 stable、test 和 nightly 三个更新频道。

官方网站上有各种环境下的安装指南，这里主要介绍 Docker CE 在 CentOS 上的安装。

1.4.1. 卸载（可选）

如果之前安装过旧版本的 Docker，可以使用下面的命令卸载：

yum remove docker \
                  docker-client \
                  docker-client-latest \
                  docker-common \
                  docker-latest \
                  docker-latest-logrotate \
                  docker-logrotate \
                  docker-selinux \
                  docker-engine-selinux \
                  docker-engine \
                  docker-ce
bash

1.4.2. 安装 Docker

首先需要虚拟机联网，然后安装 yum 工具：

yum install -y yum-utils \
           device-mapper-persistent-data \
           lvm2 --skip-broken
sh

然后更新本地镜像源：

# 设置 docker 镜像源
yum-config-manager \
    --add-repo \
    https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

sed -i 's/download.docker.com/mirrors.aliyun.com\/docker-ce/g' /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

yum makecache fast
shell

然后输入命令：

yum install -y docker-ce
shell

1.4.3. 启动 Docker

Docker 应用需要用到各种端口，逐一修改防火墙设置比较麻烦，这里直接关闭防火墙：

# 关闭
systemctl stop firewalld
# 禁止开机启动防火墙
systemctl disable firewalld
sh

通过命令启动 Docker：

systemctl start docker  # 启动 docker 服务
systemctl stop docker  # 停止 docker 服务
systemctl restart docker  # 重启 docker 服务
sh

然后输入命令查看 Docker 版本：

docker -v
bash

如图：

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2. Docker 的基本操作

2.1. 镜像操作

2.1.1. 镜像名称

首先来看镜像的名称组成：

  • 镜像名称一般由两部分组成：[repository]:[tag]。
  • 没有指定 tag 时，默认是 latest，代表最新版本的镜像。

如图：

image-20210731155141362

2.1.2. 镜像命令

常见的镜像操作命令如图：

image-20210731155649535

2.2. 容器操作

2.2.1. 容器相关命令

容器操作的命令如图：

image-20210731161950495

2.3. 数据卷（容器数据管理）

2.3.1. 什么是数据卷

数据卷（volume） 是一个虚拟目录，指向宿主机文件系统中的某个目录。

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完成数据卷挂载后，对容器的一切操作都会作用到数据卷对应的宿主机目录上。

3. Dockerfile 自定义镜像

3.1. 镜像结构

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3.2. Dockerfile 语法

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4. Docker-Compose

Docker Compose 可以基于 Compose 文件帮助我们快速部署分布式应用，无需手动逐个创建和运行容器。

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