Docker的原理与简单使用

一、什么是docker

　　1、微服务架构方式虽然具备各种各样的优势，但服务的拆分通用给部署带来了很大的麻烦。

　　2、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。在数百上千台服务中重复部署，环境不一定一致，会遇到各种问题

　　3、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：例如

- 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

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

 

  • 而docker就完美解决了这些问题，他是如何实现的呢？

　　　　Docker为了解决依赖的兼容问题的，采用了两个手段：

　　　　　　1、将应用的Libs（函数库）、Deps（依赖）、配置与应用一起打包

　　　　　　2、将每个应用放到一个隔离容器去运行，避免互相干扰

　　　　这样打包好的应用包中，既包含应用本身，也保护应用所需要的Libs、Deps，无需再操作系统上安装这些，自然就不存在不同应用之间的兼容问题了。

　　　　与此同时，新的问题又来了。虽然解决了不同应用的兼容问题，但是开发、测试等环境会存在差异，操作系统版本也会有差异，怎么解决这些问题呢？

 

  • docker解决操作系统环境的差异：

　　　　1、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

  　　　　　　　　　　　　

　　　　　　

结构包括：

①计算机硬件：例如CPU、内存、磁盘等
②系统内核：所有Linux发行版的内核都是Linux，例如CentOS、Ubuntu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。
③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。

　　　　应用于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：

　　　　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，就会报错了：

 

　　　　总的一句话，docker如何解决不同系统的环境问题呢：（如下图）

　　　　　　1、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

　　　　　　2、Docker运行到不同操作系统时，直接基于打包的函数库，借助于操作系统的Linux内核来运行

 　　　　　　　　　　　　　　

 

　　　　总结：

Docker如何解决大型项目依赖关系复杂，不同组件依赖的兼容性问题？

1、Docker允许开发中将应用、依赖、函数库、配置一起**打包**，形成可移植镜像
2、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：

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

 

二、Docker和虚拟机的区别

　　1、Docker可以让一个应用在任何操作系统中非常方便的运行。

　　　  而以前我们接触的虚拟机，也能在一个操作系统中，运行另外一个操作系统，保护系统中的任何应用。

　　2、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 系统里面运行 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：

　　 　　　　　　　　　　

 

 

 

　　　　　　　　　　　　　对比来看：

 　　　　　　　　　　　  

 

 

 

 三、Docker架构　
 
　　1、镜像和容器的概念　

 

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，只是Docker会给容器进程做隔离，对外不可见。

 

 　　2、一切应用最终都是代码组成，都是硬盘中的一个个的字节形成的文件。只有运行时，才会加载到内存，形成进程。

 

 　　3、通俗的讲

镜像，就是把一个应用在硬盘上的文件、及其运行环境、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。

容器呢，就是将这些文件中编写的程序、函数加载到内存中允许，形成进程，只不过要隔离起来。因此一个镜像可以启动多次，形成多个容器进程。

 　  　　

 

 

 　　4、DockerHub （一个镜像托管网站）https://hub.docker.com/

　　　　开源应用程序非常多，打包这些应用往往是重复的劳动。
　　　　为了避免这些重复劳动，人们就会将自己打包的应用镜像，例如Redis、MySQL镜像放到网络上，共享使用，就像GitHub的代码共享一样

　　　　网易云镜像服务: https://c.163yun.com/hub
　　　　阿里云镜像服务:https://cr.console.aliyun.com/
 
　　5、Docker架构　

　　　　1、我们要使用Docker来操作镜像、容器，就必须要安装Docker。

　　　　2、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RestAPI向Docker服务端发送指令。可以在本地或远程向服务端发送指令。

 　　　      

 

 四、Docker的安装  https://docs.docker.com/install/

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。

 

这里主要介绍 Docker CE 在 CentOS上的安装。

 

①要求：Docker CE 支持 64 位版本 CentOS 7，并且要求内核版本不低于 3.10， CentOS 7 满足最低内核的要求，所以我们在CentOS 7安装Docker

②若之前安装过旧版本Docker想要卸载，运行如下命令：

　　　　　　　　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

　　　　③这里开始正式安装Docker，联网，下载yum工具

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

　　　　④更新本地镜像源，下载更加快速

　　　　

# 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






　　　　⑤执行命令安装Docker CE版本




　　　　yum install -y docker-ce




　　　　⑥开启端口，学习中为了方便可以直接关闭防火墙


　　　　　　Docker应用需要用到各种端口，逐一去修改防火墙设置。非常麻烦，因此建议大家直接关闭防火墙（学习中可以这样操作，工作中切不可此操作）！




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




　　　　⑦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

　　　#查看Docker版本命令
　　　docker -v




　　　　⑧Docker官方镜像仓库网速慢，可按需要配置国内镜像加速


　　　　　　参考阿里云的镜像加速文档：https://cr.console.aliyun.com/cn-hangzhou/instances/mirrors


 


五、Docker的基本操作


　　1、镜像的操作


　　1.1、镜名称一般分两部分组成：[repository]:[tag]。在没有指定tag时，默认是latest，代表最新版本的镜像


　　 1.2、常见Docker镜像操作命令如图：


　　


 


　　1.3、案例 （ 擅于运用 --help查看帮助文档 ）


　　　　①查看DockerBub，拉取一个nginx镜像
　　　　　　docker pull nginx


　　　　②通过命令查看镜像
　　　　　　docker images


　　　　③将nginx镜像保存到文件中，以便给别人使用或者进行别的操作
　　　　　　docker  save  -o  /mnt/nginx.tar  nginx:latest


　　　　④将原先的nginx镜像删除
　　　　　　docker  rmi  nginx:latest


　　　　⑤将文件中的镜像文件加载出来
　　　　　　docker  load  -i  /mnt/nginx.tar


2、容器的操作


　　2.1 常见的操作命令如图


 　　


 


　　　　2.2 容器保护三个状态：


　　　　- 运行：进程正常运行
　　　　- 暂停：进程暂停，CPU不再运行，并不释放内存
　　　　- 停止：进程终止，回收进程占用的内存、CPU等资源


 


　　　　2.3 操作指令


- docker run：创建并运行一个容器，处于运行状态
- docker pause：让一个运行的容器暂停
- docker unpause：让一个容器从暂停状态恢复运行
- docker stop：停止一个运行的容器
- docker start：让一个停止的容器再次运行
- docker rm：删除一个容器


 


2.4 案例


　　①创建并运行一个nginx容器
　　　　docker  run  --name  myNginx  -p  80:80  -d  nginx
　　　　




命令解读：
　　　　docker run ：创建并运行一个容器
　　　　--name : 给容器起一个名字，比如叫做myNginx
　　　　-p ：将宿主机端口与容器端口映射，冒号左侧是宿主机端口，右侧是容器端口
　　　　-d：后台运行容器
　　　　nginx：镜像名称，例如nginx




 


 六、数据卷


1、在学数据卷之前，修改nginx的html页面时，需要docker exec命令进入nginx内部。并且因为没有编辑器，修改文件也很麻烦。


　  容器与数据耦合带来了很多不好的后果




　　　　要解决这个问题，必须将数据与容器解耦，这就要用到数据卷了。


　　2、数据卷概念


　　　　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


 　　　


　　　　一旦完成数据卷挂载，对容器的一切操作都会作用在数据卷对应的宿主机目录了。


　　　　这样，我们操作宿主机的/var/lib/docker/volumes/html目录，就等于操作容器内的/usr/share/nginx/html目录了


 


　　3、数据卷的操作命令


　　　　3.1 数据卷操作语法如下




　　　　docker volume [COMMAND]


　　　　　docker volume 命令是数据卷操作，根据命令后跟随的command来确定下一步的操作：


    

  • 

      

    • 

      create 创建一个volume
      

      • 

    • 

      inspect 显示一个或多个volume的信息
      

      • 

    • 

      ls 列出所有的volume
      

      • 

    • 

      prune 删除未使用的volume
      

      • 

    • 

      rm 删除一个或多个指定的volume
      

      • 

    

    • 





　　4、数据卷的作用：


　　　　 将容器与数据分离，解耦合，方便操作容器内数据，保证数据安全


 


　　5、挂载数据卷


　　　　5.1我们在创建容器时，可以通过 -v 参数来挂载一个数据卷到某个容器内目录，命令格式如下： -v  数据卷名称 : 容器内的某个目录




　　　　docker run \
 　　 　　--name mn \
  　　　　-v html:/root/html \
  　　　　-p 8080:80
  　　　　nginx \




　　　　5.2 案例


　　　　　　将nginx容器的html所在目录挂载到html数据卷上
　　　　　　从dockerHub官网可知，nginx的html所在目录为 /usr/share/nginx/html 


　　　　　　创建容器并将容器内的 /usr/share/nginx/html 目录挂载到html数据卷（如果没创建该数据卷，docker会自动创建）中，命令如下：




　　　　　　docker run --name mn -v html:/usr/share/nginx/html -p 80:80 -d nginx
　　　　　　#使用 docker column inspect html 可以获得html数据卷的详细信息，包括该数据卷隐射到的宿主机目录位置




　　　　　　此时，如果我们需要修改nginx的html文件中的内容，直接到宿主机中查询到的目录中去修改即可


 


　　6、容器不仅仅可以挂载数据卷，也可以直接挂载到宿主机目录上。关联关系如下：


    

  • 

      

    • 

      带数据卷模式：宿主机目录 --> 数据卷 ---> 容器内目录
      

      • 

    • 

      直接挂载模式：宿主机目录 ---> 容器内目录
      

      • 

    



　　　 语法大致相同：




　　-v [宿主机目录]:[容器内目录]
　　-v [宿主机文件]:[容器内文件]




　　　案例：创建mysql容器，并将宿主机的目录直接挂载到容器内，不使用数据卷


实现思路如下：


1）拉取到mysql的镜像到docker中


2）创建目录/tmp/mysql/data


3）创建目录/tmp/mysql/conf，将hmy.cnf文件上传到/tmp/mysql/conf


4）去DockerHub查阅资料（主要查到mysql镜像的数据文件目录位置、配置文件位置，以及查到官网给出命令加以修改），创建并运行MySQL容器，要求：


① 挂载/tmp/mysql/data到mysql容器内数据存储目录


② 挂载/tmp/mysql/conf/hmy.cnf到mysql容器的配置文件


③ 设置MySQL密码




docker run \
--name mysql \
-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root \
-p 3306:3306 \
-v /tmp/mysql/conf.hmy.cnf:/etc/mysql/conf.d/hmy.cnf \
-v /tmp/mysql/data:/var/lib/mysql\
-d \
mysql:5.7.25

解释： 
　　-e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root 是设置密码为root
　　-v 选项中：前面的路径自定义，：后面的路径从DockerHub获得




 


七、Docker自定义镜像


　　常见的镜像在DockerHub就能找到，但是我们自己写的项目就必须自己构建镜像了。


　　而要自定义镜像，就必须先了解镜像的结构才行。


 


　　镜像结构


　　　镜像是将应用程序及其所需要的系统函数库、环境、配置、依赖打包而成


 


　　　以mysql的镜像为例，来看看镜像的组成结构：


 　　　　　　　　


 


　　　　　简单来说，镜像就是在系统函数库、运行环境基础上，添加应用程序文件、配置文件、依赖文件等组合


　　　　　然后编写好启动脚本打包在一起形成的文件。


　　　　　我们要构建镜像，其实就是实现上述打包的过程


 　　


　　　Dockerfile语法：
　　　　　构建自定义的镜像时，并不需要一个个文件去拷贝，打包。


　　　　　我们只需要告诉Docker，我们的镜像的组成，需要哪些BaseImage、需要拷贝什么文件、需要安装什么依赖、启动脚本是什么，


　　　　　将来Docker会帮助我们构建镜像。而描述上述信息的文件就是Dockerfile文件。


 


　　　　　Dockerfile就是一个文本文件，其中包含一个个的指令(Instruction)，用指令来说明要执行什么操作来构建镜像。每一个指令都会形成一层Layer。


 　　　　　


 


　　　　　　MAINTAINER： 这里是用于指定镜像制作者的信息


　　　　　　USER：USER 用来切换运行属主身份的。Docker 默认是使用 root，但若不需要，建议切换使用者身分，毕竟 root 权限太大了，有安全的风险。


　　　　　　WORKDIR：WORKDIR 用来切换工作目录的


　　　　　　ADD：ADD 将文件从路径 <src> 复制添加到容器内部路径 <dest>


 　　　　　　ONBUILD：ONBUILD 的作用就是让指令延迟執行，延迟到下一个使用 FROM 的 Dockerfile 在建立 image 时执行，只限延迟一次。


　　　　　　LABEL：定义一个 image 标签 Owner，并赋值，其值为变量 Name 的值。(LABEL Owner=$Name )


　　　　　　更新详细语法说明，请参考官网文档： https://docs.docker.com/engine/reference/builder


 


　　示例：构建一个java项目


　　　　需求：基于Ubuntu镜像构建一个新镜像，运行一个java项目，步骤如下：


　　　　　　①新建一个文件夹demo，用于存放构建镜像的文件


　　　　　　②将要构建的java项目打包成jar文件（此处为app.jar），放入demo文件夹中


　　　　　　③将jdk的压缩包jdk.tar.gz放入demo文件夹中


　　　　　　④编写Dockerfile文件，将Dockerfile文件放入demo文件夹中，准备构建镜像




# 指定基础镜像
FROM ubuntu:16.04

# 配置环境变量，JDK的安装目录
ENV JAVA_DIR=/usr/local

# 拷贝jdk和java项目的包
COPY ./jdk8.tar.gz $JAVA_DIR/
COPY ./docker-demo.jar /tmp/app.jar

# 安装JDK
RUN cd $JAVA_DIR \
 && tar -xf ./jdk8.tar.gz \
 && mv ./jdk1.8.0_144 ./java8

# 配置环境变量
ENV JAVA_HOME=$JAVA_DIR/java8
ENV PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin

# 暴露端口
EXPOSE 8090


# 入口，java项目的启动命令
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar




　　　　　　⑤将准备好的demo文件夹放入虚拟机（这里是实验，所以是虚拟机）的任意目录


　　　　　　⑥进入该目录执行命令docker build -t myjava:1.0 .   （注意末尾是空格加一个点）


　　　　　　⑦创建一个容器运行该镜像


　　　　　　⑧等待部署完成，访问项目


 


　　示例：基于java8构建java项目


　　　　由上面的Dockerfile文件分析可知，每次部署项目，前面都是在部署java环境，这是重复的步骤


　　　　我们可以进一步使用一个已经带有java环境的镜像，然后再在此镜像的基础上去构建我们自己的镜像，这样上面的步骤就可以简化很多


 


　　　　需求：基于java:8-alpine镜像，将一个Java项目构建为镜像，实现步骤如下：


　　　　　　①新建一个空的目录，然后在目录中新建一个文件，命名为Dockerfile


　　　　　　②将要构建成镜像的java项目打包成jar包（app.jar）


　　　　　　③编写Dockerfile文件




FROM java:8-alpine
COPY ./app.jar /tmp/app.jar
EXPOSE 8090
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar




　　　　　　④使用docker build命令构建镜像


　　　　　　⑤使用docker run创建容器并运行


 


八、Docker-compose


　　1、Docker Compose可以基于Compose文件帮我们快速的部署分布式应用，而无需手动一个个创建和运行容器！


　　2、Compose文件是一个文本文件，通过指令定义集群中的每个容器如何运行。格式如下：




version: "3.8"
 services:
  mysql:
    image: mysql:5.7.25
    environment:
     MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123 
    volumes:
     - "/tmp/mysql/data:/var/lib/mysql"
     - "/tmp/mysql/conf/hmy.cnf:/etc/mysql/conf.d/hmy.cnf"
 web:
   build: .
   ports:
    - "8090:8090"




　　上面的Compose文件就描述一个项目，其中包含两个容器：


　　　　mysql：一个基于mysql:5.7.25镜像构建的容器，并且挂载了两个目录


　　　　web：一个基于docker build临时构建的镜像容器，映射端口时8090


 


　　其实DockerCompose文件可以看做是将多个docker run命令写到一个文件，只是语法稍有差异。


 


　　3、安装Docker-Compose


　　　　




# 安装指令
curl -L https://github.com/docker/compose/releases/download/1.23.1/docker-compose-`uname -s`-`uname -m` > /usr/local/bin/docker-compose






# 修改文件权限
chmod +x /usr/local/bin/docker-compose






# 补全命令
curl -L https://raw.githubusercontent.com/docker/compose/1.29.1/contrib/completion/bash/docker-compose > /etc/bash_completion.d/docker-compose

# 如果这里出现错误，需要修改自己的hosts文件：
echo "199.232.68.133 raw.githubusercontent.com" >> /etc/hosts




 　　至此。Docker-Compose安装完成，注意看执行各步骤的时候有没有报错


 


　　4、示例：部署微服务集群案例，实现思路如下：


① 编写好docker-compose文件，此处有userservice、orderservice、gateway、nacos、mysql五个微服务项目




version: "3.2"

services:
  nacos:
    image: nacos/nacos-server
    environment:
      MODE: standalone
    ports:
      - "8848:8848"
  mysql:
    image: mysql:5.7.25
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123
    volumes:
      - "$PWD/mysql/data:/var/lib/mysql"
      - "$PWD/mysql/conf:/etc/mysql/conf.d/"
  userservice:
    build: ./user-service
  orderservice:
    build: ./order-service
  gateway:
    build: ./gateway
    ports:
      - "10010:10010"




 


② 按需要修改自己的项目，将数据库、nacos地址都命名为docker-compose中的服务名（IP替换成服务名<127.0.0.1:3306 替换为 mysql:3306 >）


③ 在IDEA中使用maven打包工具，将项目中的每个微服务都打包为app.jar




<build>
  <!-- 服务打包的最终名称 -->
  <finalName>app</finalName>
  <plugins>
    <plugin>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
    </plugin>
  </plugins>
</build>




④ 将打包好的app.jar拷贝到项目中的每一个对应的子目录中，每一个项目都是一个文件夹，文件夹中存放项目的jar包和对应的Dockerfile文件




⑤ 将cloud-demo上传至虚拟机，利用 docker-compose up -d 来部署


（可以使用docker-compose  logs  -f 来查看日志看部署是否有报错，注意nacos这样的基础工程需要提前部署）


⑥通过网关访问项目


 


 


九、Docker搭建私有镜像仓库


1、搭建方式，这种方式有完整功能，但是没有图形化界面（提前将registry的镜像拉下来）




docker run -d \
    --restart=always \
    --name registry    \
    -p 5000:5000 \
    -v registry-data:/var/lib/registry \
    registry




　　命令中挂载了一个数据卷registry-data到容器内的/var/lib/registry 目录，这是私有镜像库存放数据的目录


 


　　访问http://你的IP地址:5000/v2/_catalog 可以查看当前私有镜像服务中包含的镜像


　　


　　2、推送、拉取镜像


　　　　① 重新tag本地镜像，名称前缀为私有仓库的地址：192.168.150.101:8080/




docker tag nginx:latest 192.168.150.101:8080/nginx:1.0 




　　　　②推送镜像




docker push 192.168.150.101:8080/nginx:1.0 




　　　　③拉取镜像




docker pull 192.168.150.101:8080/nginx:1.0 




 


 


 


 



　　　　


 


 


　　


 


 


　　












 






            

            
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2022-05-12 10:38 
手可摘星陈1024 
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