Docker容器化部署学习：从入门到实践指南

本文详细介绍了Docker容器化部署学习的全过程，从基础概念到环境搭建，再到基本命令操作和Dockerfile编写入门，以及实战部署案例和日常维护技巧，帮助读者全面掌握Docker容器化部署。

什么是Docker

Docker是一种开源的应用容器引擎，它可以让开发者将应用及其依赖打包到一个可移植的容器中，在各种环境中运行，包括本地计算机、虚拟机和云平台。Docker提供了一种更高效的方式来管理应用的部署和扩展。

Docker与虚拟机的区别

虚拟机

虚拟机（Virtual Machine, VM）是一种在计算机硬件和操作系统之间模拟整个硬件系统的软件。它通过一个虚拟化层（如VMware、VirtualBox）来模拟物理硬件，使操作系统和应用能够像在真实的硬件上运行一样运行。每个虚拟机包含一个完整的操作系统和相关的库、应用程序以及所需的任何其他文件。每个虚拟机都有自己的虚拟硬件，包括CPU、内存、硬盘和网络接口。

Docker容器

Docker容器则是基于Linux命名空间和cgroups等技术实现的轻量级虚拟化。Docker容器运行在操作系统级别，而不是硬件级别。Docker容器共享宿主机的操作系统内核，并运行在用户空间。这使得Docker容器比虚拟机更轻量，启动速度更快，资源消耗更少。

Docker的核心组件

• 镜像（Image）：Docker镜像是一个只读的模板，包含运行应用所需的所有信息，包括代码、运行时、库、环境变量和配置文件。
• 容器（Container）：容器是从镜像创建的运行实例。它可以启动、停止、删除。每个容器都是相互隔离的，提供一个独立运行环境。
• 仓库（Registry）：Docker仓库是存放Docker镜像的地方。Docker Hub是最常用的公共仓库，用户可以上传、下载和共享镜像。
• Dockerfile：Dockerfile是创建Docker镜像的脚本文件，包含构建镜像所需的所有命令和参数。

在Windows/Linux/Mac上安装Docker

Windows

1. 访问Docker官网（https://www.docker.com/products/docker-desktop）
2. 下载适用于Windows系统的Docker Desktop
3. 安装过程中，确保选择安装“Docker Desktop for Windows”选项
4. 安装完成后，启动Docker Desktop
5. 在Docker Desktop窗口中，点击“Settings” -> “Resources” -> “Docker settings” -> “Docker Engine”
6. 在配置窗口中，点击“Add daemon”按钮，添加--registry-mirror https://<your_mirror_url>（可选），以使用镜像加速功能
7. 点击“Apply & Restart”

Linux

1. 访问Docker官网（https://www.docker.com/products/docker-desktop）
2. 根据Linux发行版选择合适的安装包，例如Ubuntu 18.04：
   • curl -fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh
   • sudo sh get-docker.sh
3. 添加用户到docker组，以便可以使用docker命令而无需sudo权限：
   • sudo usermod -aG docker $USER
   • newgrp docker
4. 安装完成后，运行docker --version验证安装是否成功

Mac

1. 访问Docker官网（https://www.docker.com/products/docker-desktop）
2. 下载适用于Mac系统的Docker Desktop
3. 安装完成后，启动Docker Desktop
4. 在Docker Desktop窗口中，点击“Settings” -> “Resources” -> “Docker settings” -> “Docker Engine”
5. 在配置窗口中，点击“Add daemon”按钮，添加--registry-mirror https://<your_mirror_url>（可选），以使用镜像加速功能
6. 点击“Apply & Restart”

验证Docker是否安装成功

1. 打开命令行工具（Windows使用PowerShell，Linux和Mac使用Terminal）
2. 输入命令docker --version，查看Docker版本信息
3. 确认输出显示了Docker版本号

$ docker --version
Docker version 20.10.7, build f0df351

Docker镜像操作

1. 拉取镜像

   从Docker仓库中下载指定的镜像到本地机器。以拉取Nginx服务器镜像为例：

   $ docker pull nginx

   输出：

   Using default tag: latest
   latest: Pulling from library/nginx
   03e68194c407: Pull complete
   089e784b3fa4: Pull complete
   5497b8f5904c: Pull complete
   65e9e50159b0: Pull complete
   55a5961312ff: Pull complete
   0d6e71c23510: Pull complete
   Digest: sha256:c4085c5f8f61e24f40d469e400783b06f27a3b9d3c07a4e807d5e0e9a8d6e8d0
   Status: Downloaded newer image for nginx:latest
   docker.io/library/nginx:latest

2. 列出镜像

   查看本地镜像列表：

   $ docker images

   输出：

   REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
   nginx               latest              03e68194c407        2 weeks ago         133MB

3. 删除镜像

   删除指定镜像。注意：删除镜像前需要确保没有容器正在使用该镜像。

   $ docker rmi nginx

Docker容器操作

1. 运行容器

   使用镜像创建并启动容器。以运行Nginx服务器为例：

   $ docker run -d -p 80:80 nginx

   参数解释：

   • -d：后台运行容器
   • -p 80:80：将容器的80端口映射到宿主机的80端口

   输出：

   2abcaecc10c5a05d3cb842e4f5b0476fd0d2616d6c102e44d2ecbddd41eca48e

2. 列出容器

   查看正在运行的容器：

   $ docker ps

   输出：

   CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
   2abcaecc10c5        nginx               "nginx -g 'daemon of…"   4 seconds ago       Up 3 seconds        0.0.0.0:80->80/tcp   hopeful_babbage

3. 停止容器

   停止正在运行的容器：

   $ docker stop <container_id>

4. 删除容器

   删除指定容器：

   $ docker rm <container_id>

Docker仓库使用

1. 登录仓库

   登录Docker仓库。假设使用的是Docker Hub：

   $ docker login

   输出：

   Username: <your_username>
   Password: 
   Login Succeeded

2. 推送镜像

   将本地镜像推送到Docker仓库：

   $ docker tag <image_id> <username>/<repository>:<tag>
   $ docker push <username>/<repository>:<tag>

   示例：

   $ docker tag nginx mydocker/nginx:latest
   $ docker push mydocker/nginx:latest

Dockerfile的作用和基本语法

Dockerfile是一种文本文件，用于定义如何构建Docker镜像。它包含了一系列命令，这些命令会被Docker引擎按照顺序执行以生成镜像。

基本语法

• FROM: 指定基础镜像
• RUN: 执行命令
• COPY: 复制文件或目录到镜像
• CMD: 容器启动时执行的默认命令
• EXPOSE: 暴露容器中的端口
• ENTRYPOINT: 为容器定义默认的执行命令

常用Dockerfile指令解析

• FROM

  FROM ubuntu:latest

  解释：

  • 从Ubuntu最新版本的镜像作为基础镜像

• RUN

  RUN apt-get update && apt-get install -y python3

  解释：

  • 从基础镜像中安装Python3

• COPY

  COPY . /app

  解释：

  • 将当前目录下的所有文件复制到镜像中的/app目录下

• CMD

  CMD ["python3", "app.py"]

  解释：

  • 容器启动时默认执行Python脚本app.py

• EXPOSE

  EXPOSE 8000

  解释：

  • 暴露容器的8000端口

• ENTRYPOINT

  ENTRYPOINT ["python3", "app.py"]

  解释：

  • 容器启动时，默认执行Python脚本app.py

编写简单的Dockerfile实例

创建一个简单的Dockerfile来运行一个Python应用：

1. 创建一个项目目录结构，例如myapp，并创建以下文件：

   myapp/
   ├── Dockerfile
   └── app.py

2. 编辑Dockerfile：

   FROM python:3.9-slim
   
   WORKDIR /app
   
   COPY . /app
   
   RUN pip install -r requirements.txt
   
   CMD ["python3", "app.py"]

3. 编辑app.py：

   # app.py
   from flask import Flask
   app = Flask(__name__)
   
   @app.route('/')
   def hello_world():
      return 'Hello, Docker!'
   
   if __name__ == '__main__':
      app.run(host='0.0.0.0', port=8000)

4. 构建并运行容器：

   $ docker build -t myapp .
   $ docker run -p 8000:8000 myapp

部署一个简单的Web应用

假设我们有一个简单的Python Flask应用，使用Docker来部署它。

1. 创建项目目录结构，例如flask-app，并创建以下文件：

   flask-app/
   ├── Dockerfile
   └── app.py

2. 编辑app.py：

   # app.py
   from flask import Flask
   app = Flask(__name__)
   
   @app.route('/')
   def hello_world():
      return 'Hello, Flask!'
   
   if __name__ == '__main__':
      app.run(host='0.0.0.0', port=8000)

3. 编辑Dockerfile：

   FROM python:3.9-slim
   
   WORKDIR /app
   
   COPY . /app
   
   RUN pip install -r requirements.txt
   
   CMD ["python3", "app.py"]

4. 构建并运行容器：

   $ docker build -t flask-app .
   $ docker run -p 8000:8000 flask-app

使用Docker Compose进行多容器部署

Docker Compose是一个工具，用于定义和运行多容器Docker应用。它通过一个docker-compose.yml文件来配置服务，使用docker-compose命令来启动和管理容器。

1. 在项目根目录下创建docker-compose.yml文件：

   version: '3'
   services:
    web:
      build: .
      ports:
        - "8000:8000"
      depends_on:
        - db
    db:
      image: postgres:13.4-alpine
      environment:
        POSTGRES_USER: user
        POSTGRES_PASSWORD: password
        POSTGRES_DB: mydb

2. 使用Docker Compose构建并启动应用：

   $ docker-compose up --build

3. 访问应用

   • 网址：http://localhost:8000

容器的停止、重启和删除

1. 停止容器

   $ docker stop <container_id>

2. 重启容器

   $ docker restart <container_id>

3. 删除容器

   $ docker rm <container_id>

镜像的更新和优化

1. 更新镜像

   从仓库中拉取最新版本的镜像：

   $ docker pull <image_name>

   示例：

   $ docker pull nginx

2. 优化镜像

   使用docker commit命令来保存容器的当前状态为新的镜像：

   $ docker commit <container_id> <new_image_name>

   示例：

   $ docker commit <container_id> myapp:v1

日志管理和监控

1. 查看容器日志

   $ docker logs <container_id>

2. 实时查看容器日志

   $ docker logs -f <container_id>

3. 监控容器

   使用docker stats命令来查看容器的实时资源使用情况：

   $ docker stats <container_id>

通过以上步骤，您可以更好地管理和维护您的Docker容器化部署环境，确保应用的稳定性和可靠性。