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Docker学习：新手入门完全指南

标签：

Docker 容器

概述

Docker学习涵盖了从安装到基本操作的全面指南，包括Docker的优势、应用场景以及如何构建和管理容器和镜像。文章还详细介绍了Docker的网络与存储配置，以及通过实践案例帮助读者理解如何使用Docker部署Web应用和多容器应用。

Docker学习：新手入门完全指南

Docker简介与安装

什么是Docker

Docker 是一种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容器中，然后发布到任何流行的 Linux 机器上，几乎不需要进行任何修改。Docker使用客户端-服务器架构，用户通过命令行工具（Docker CLI）或编程接口（Docker API）与Docker守护进程（Docker Daemon）交互。

Docker的核心概念包括镜像（Image）、容器（Container）、仓库（Repository）等：

镜像（Image）：Docker镜像是一个只读模板，包含运行应用所需的一切代码、库和资源。
容器（Container）：容器是镜像的运行实例。容器是隔离的，拥有自己独立的文件系统，同时容器之间可以共享主机系统资源。
仓库（Repository）：仓库是集中存放镜像的场所，可以理解为代码控制中心。可以分为公开和私有仓库，开发者可以将自己的镜像上传到仓库，供他人下载使用。

Docker的优势与应用场景

Docker 的优势主要体现在以下几个方面：

轻量级：Docker 容器不需要虚拟机上的额外操作系统，因此资源占用较少。
可移植性：Docker 在任何地方运行的行为都是一致的，可用于不同的开发环境。
快速启动：启动一个Docker容器只需几秒钟。
版本控制：Docker 提供了清晰的镜像版本管理。
依赖管理：Docker 可以将应用与依赖打包在一起，解决了运行环境一致性的问题。
自动化部署：Docker 可以将应用程序打包成容器，通过CI/CD流程自动化部署到生产环境。

Docker的应用场景广泛，包括Web应用部署、数据库、开发测试环境、微服务架构等。

Docker的安装步骤及环境配置

安装Docker

安装前准备：确保系统已更新到最新状态。以Ubuntu为例，执行以下命令：

sudo apt update
sudo apt install -y apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

安装Docker：

curl -fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh
sudo sh get-docker.sh

加入Docker组：为了方便使用Docker而不需要使用sudo，可以将当前用户添加到docker组：
```
sudo usermod -aG docker $USER
```
重启电脑：为了使用户组更改生效，重启系统。
验证安装：运行以下命令验证安装是否成功：
```
docker --version
```

配置Docker

Docker的配置主要通过Docker的配置文件/etc/docker/daemon.json来完成。以下是一个示例配置文件：

{
  "max-concurrent-downloads": 10,
  "log-opts": {
    "max-size": "10m",
    "max-file": "3"
  },
  "registry-mirrors": ["https://registry.docker-cn.com"],
  "insecure-registries": ["localhost:5000"],
  "debug": true,
  "tls": true,
  "tlscacert": "/etc/docker/ca.pem",
  "tlscert": "/etc/docker/server-cert.pem",
  "tlskey": "/etc/docker/server-key.pem",
  "hosts": ["unix:///var/run/docker.sock", "tcp://0.0.0.0:2376"]
}

配置文件中的每个键都有不同的意义，例如max-concurrent-downloads设置最大并发下载数，log-opts设置日志的最大大小和文件数量，registry-mirrors设置国内镜像源以加速镜像的下载。

Docker基本概念

容器与镜像的概念

镜像（Image）

镜像是构建容器的基础，可以认为是一个只读的模板。镜像包含了一个应用及其依赖的所有文件和配置。Docker Hub 上有很多公开的镜像，例如ubuntu、nginx、mysql等。

容器（Container）

容器是镜像的运行实例。通过docker run命令可以基于镜像启动一个容器。容器是轻量级的，可以被创建、启动、停止、删除，并且可以共享宿主机的资源。

Dockerfile的编写与解释

Dockerfile 是用来定义镜像内容的文本文件。Dockerfile 文件包含了一系列构建镜像的指令，这些指令执行结果由Docker构建工具解释。

以下是一个简单的Dockerfile示例，用于构建一个包含Python环境的镜像：

# 使用官方的Python基础镜像
FROM python:3.7-slim

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 复制当前目录的内容到容器中的/app
COPY . /app

# 安装依赖
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

# 设置环境变量
ENV NAME World

# 运行应用
CMD ["python", "app.py"]

解释：

FROM python:3.7-slim：指定基础镜像为Python 3.7 slim版本。
WORKDIR /app：设置工作目录。
COPY . /app：将当前目录的文件复制到容器的/app目录下。
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt：安装应用依赖。
ENV NAME World：设置环境变量。
CMD ["python", "app.py"]：运行应用的指令。

Docker仓库的使用

Docker仓库是存放Docker镜像的地方，分为公共仓库和私有仓库。公共仓库如Docker Hub，私有仓库可以是企业内部构建的。以下是推送和拉取镜像的具体步骤：

推送镜像到Docker Hub

登录Docker Hub：

docker login --username=your_username --password=your_password

标记镜像：

docker tag my_image your_username/my_image:tag

推送镜像：
```
docker push your_username/my_image:tag
```
创建并使用私有仓库：以下是一个创建私有仓库的示例，首先需要安装并配置一个私有仓库，例如使用Docker Registry：
```
docker run -d -p 5000:5000 --restart=always --name registry registry:2
```
然后将镜像推送到私有仓库：
```
docker tag my_image localhost:5000/my_image:tag
docker push localhost:5000/my_image:tag
```

从Docker Hub拉取镜像

拉取镜像：
```
docker pull ubuntu:latest
```
运行容器：
```
docker run -it ubuntu:latest /bin/bash
```

Docker容器操作

启动、停止与删除容器

启动容器

使用docker run命令启动一个容器，示例如下：

docker run -it --name my_container ubuntu:latest /bin/bash

在上面的命令中，-it表示以交互方式运行容器，--name指定容器名称，ubuntu:latest是使用的镜像，/bin/bash是容器启动时执行的命令。

停止容器

停止运行中的容器，可以使用docker stop命令：

docker stop my_container

此命令会发送一个终止信号给容器，等待容器退出后才停止。

删除容器

删除容器使用docker rm命令：

docker rm my_container

如果容器正在运行，需要先停止，然后才能删除：

docker rm -f my_container

-f表示强制删除运行中的容器。

查看容器状态与历史记录

查看容器状态

使用docker ps查看正在运行的容器：

docker ps

使用docker ps -a查看所有容器（包括已经停止的）：

docker ps -a

查看容器日志

查看容器的日志信息可以通过docker logs命令：

docker logs my_container

查看容器历史记录

查看容器的运行历史，可以使用docker history命令：

docker history ubuntu:latest

此命令显示构建该镜像的指令。

容器内操作命令

在容器中安装软件、配置服务等操作与普通的Linux系统操作一致。例如，在容器中安装Python并运行一个简单的Python脚本：

启动容器：

docker run -it --name my_container ubuntu:latest /bin/bash

更新apt包列表：
```
apt-get update
```
安装Python：
```
apt-get install -y python3
```
运行Python脚本：
```
python3 -c "print('Hello World')"
```

Docker镜像管理

构建与保存镜像

构建镜像

使用docker build命令可以根据Dockerfile构建新的镜像：

docker build -t my_image:tag .

-t参数用来指定镜像的标签（名称与版本号），.表示从当前目录读取Dockerfile文件。

保存镜像

可以使用docker save命令将镜像保存为tar文件：

docker save -o my_image.tar my_image:tag

-o参数用来指定输出文件的路径。

镜像的推送与拉取

推送镜像

推送镜像到Docker Hub的过程已经在Docker仓库的使用部分详细讲解。

拉取镜像

使用docker pull命令从Docker Hub拉取镜像：

docker pull my_image:tag

镜像的标签与版本管理

标签管理

镜像是通过标签（Tag）来区分不同版本的。可以通过以下命令查看镜像的所有标签：

docker images

使用docker tag命令为镜像添加新标签：

docker tag my_image:tag my_image:new_tag

版本管理

通过为镜像添加不同的标签，可以实现版本管理。例如：

docker tag my_image:latest my_image:1.0
docker tag my_image:latest my_image:2.0

每种标签都代表不同版本的镜像。要从不同标签中回退到旧版本，可以使用docker tag命令将旧版本镜像重新标记为当前版本。

Docker网络与存储

容器网络配置与连接

Docker容器默认使用Docker桥接网络，也可以自定义网络。

使用Docker桥接网络

在默认网络模式下，每个容器都会被分配一个IP地址，并且可以相互通信。

自定义网络

创建自定义网络，可以通过docker network命令：

docker network create my_network

将容器连接到自定义网络：

docker run -it --name my_container --network my_network ubuntu:latest /bin/bash

Docker桥接网络与自定义网络

Docker桥接网络

当创建容器时，如果没有指定网络，Docker会自动将其连接到Docker所维护的默认网络（通常是docker0）。

自定义网络

自定义网络可以提供更多的网络配置选项，例如使用不同的网络驱动（如overlay网络用于跨主机通信）。

创建自定义网络并使用：

docker network create --driver bridge my_bridge
docker run -it --network my_bridge --name my_container ubuntu:latest /bin/bash

容器存储卷的使用

存储卷是一种持久化存储的方式，它不依赖于容器的生命周期，即使容器被删除，存储卷中的数据仍然保留。

创建存储卷

创建一个新的存储卷：

docker volume create my_volume

将存储卷挂载到容器

将存储卷挂载到容器的某个目录：

docker run -v my_volume:/data -it --name my_container ubuntu:latest /bin/bash

在容器中创建一个文件，确保文件保存在挂载的存储卷上：

echo "Hello World" > /data/test.txt

启动一个新的容器，挂载同一个存储卷，验证数据是否完整：

docker run -v my_volume:/data -it --name my_container2 ubuntu:latest /bin/bash
cat /data/test.txt

复杂场景下的存储卷配置

可以配置存储卷以支持数据持久化和备份，例如使用docker volume ls命令列出所有存储卷，并使用docker volume rm命令删除不需要的存储卷。

Docker实践案例

构建简单的Web应用容器

假设要构建一个简单的Web应用容器，应用使用Flask框架。以下是完整的Dockerfile和应用代码：

准备Dockerfile

编写Dockerfile，如下：

# 使用官方的Python基础镜像
FROM python:3.7-slim

# 工作目录设置为 /app
WORKDIR /app

# 复制当前目录内容到容器的 /app
COPY . /app

# 安装依赖
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

# 设置环境变量
ENV NAME World

# 定义运行应用的命令
CMD ["python", "app.py"]

准备应用代码

在工作目录下，创建app.py文件：

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def hello_world():
    return 'Hello World!'

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

创建requirements.txt文件：

Flask==1.1.2

构建并运行容器

执行以下命令构建并运行容器：

docker build -t my_web_app .
docker run -p 5000:5000 -d my_web_app

访问http://localhost:5000，可以看到Web应用输出的"Hello World!"。

部署多容器应用

假设需要构建一个包含Web应用和MySQL数据库的多容器应用。

准备Dockerfile和docker-compose.yml

创建docker-compose.yml文件，配置多个容器：

version: '3'
services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "5000:5000"
    links:
      - db
  db:
    image: mysql:5.7
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: example
      MYSQL_DATABASE: exampledb

创建Dockerfile：

# 使用官方的Python基础镜像
FROM python:3.7-slim

# 工作目录设置为 /app
WORKDIR /app

# 复制当前目录内容到容器的 /app
COPY . /app

# 安装依赖
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

# 设置环境变量
ENV NAME World

# 定义运行应用的命令
CMD ["python", "app.py"]

构建和启动应用

使用以下命令启动应用：

docker-compose up -d

集成Docker到CI/CD流程

将Docker与CI/CD流程集成可以自动化构建、测试和部署流程。以GitHub Actions为例：

创建.github/workflows/docker-ci.yml 文件：

name: Docker CI

on:
  push:
    branches:
      - main
  pull_request:
    branches:
      - main

jobs:
  build:
    runs-on: ubuntu-latest

    steps:
    - uses: actions/checkout@v2
    - name: Build the Docker image
      run: docker build -t my_docker_image .
    - name: Login to the Docker registry
      uses: docker/build-push-action@v2
      with:
        username: ${{ secrets.DOCKER_USERNAME }}
        password: ${{ secrets.DOCKER_PASSWORD }}
        registry: my-docker-registry.example.com
        tags: my_docker_image:latest

配置Docker Hub或私有仓库的登录凭证：
- 在GitHub仓库的Settings -> Secrets中添加Docker Hub的用户名和密码。
推送镜像到仓库：
- 当推送代码到main分支时，GitHub Actions会自动构建镜像并推送至指定的Docker仓库。

通过上述步骤，成功将Docker集成到CI/CD流程中，实现了自动化构建和部署。

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