Docker基础入门

Docker是一个开源的应用容器引擎，它让开发者可以将应用及其依赖打包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux或Windows操作系统上。本文将介绍Docker的基本概念和使用方法，帮助你快速入门容器化技术。

容器技术简介

什么是容器？

容器是一种轻量级的虚拟化技术，它允许应用程序及其依赖在资源隔离的环境中运行。与传统虚拟机相比，容器不需要模拟整个操作系统，而是共享主机的操作系统内核，因此启动更快、资源消耗更少。

容器 vs 虚拟机

特性	容器	虚拟机
隔离级别	进程级隔离	硬件级隔离
启动时间	秒级	分钟级
资源消耗	轻量级	较重
镜像大小	MB级别	GB级别
操作系统	共享主机内核	完整的客户机操作系统

Docker的核心概念

镜像(Image): 一个只读的模板，包含创建容器的指令
容器(Container): 镜像的运行实例，可以被创建、启动、停止、删除和暂停
仓库(Repository): 集中存放镜像的地方，最常用的是Docker Hub
Dockerfile: 用于构建Docker镜像的文本文件，包含一系列命令和指令
Docker Compose: 用于定义和运行多容器Docker应用程序的工具

安装Docker

Windows 10/11 安装

下载并安装 Docker Desktop for Windows
确保开启了WSL 2功能 (Windows Subsystem for Linux)
启动Docker Desktop应用程序

验证安装是否成功:

docker --version
docker run hello-world

macOS 安装

下载并安装 Docker Desktop for Mac
启动Docker Desktop应用程序

验证安装是否成功:

docker --version
docker run hello-world

Ubuntu 安装

# 卸载旧版本
sudo apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

# 安装依赖
sudo apt-get update
sudo apt-get install \
    ca-certificates \
    curl \
    gnupg \
    lsb-release

# 添加官方GPG密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg

# 设置稳定版仓库
echo \
  "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu \
  $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 安装Docker Engine
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

# 验证安装
sudo docker run hello-world

配置非root用户运行Docker (Linux)

# 创建docker组
sudo groupadd docker

# 将当前用户添加到docker组
sudo usermod -aG docker $USER

# 应用新组设置 (重新登录或执行以下命令)
newgrp docker 

# 测试无需sudo运行
docker run hello-world

Docker基本命令

镜像管理

# 查看本地镜像
docker images

# 搜索镜像
docker search nginx

# 拉取镜像
docker pull nginx:latest

# 构建镜像
docker build -t my-app:1.0 .

# 删除镜像
docker rmi nginx:latest

# 镜像历史
docker history nginx:latest

# 导出镜像
docker save -o nginx.tar nginx:latest

# 导入镜像
docker load -i nginx.tar

容器管理

# 创建并启动容器
docker run -d -p 80:80 --name my-nginx nginx:latest

# 列出运行中的容器
docker ps

# 列出所有容器(包括停止的)
docker ps -a

# 启动/停止/重启容器
docker start my-nginx
docker stop my-nginx
docker restart my-nginx

# 删除容器
docker rm my-nginx

# 进入容器
docker exec -it my-nginx bash

# 查看容器日志
docker logs my-nginx

# 查看容器资源使用情况
docker stats my-nginx

数据卷管理

# 创建数据卷
docker volume create my-data

# 列出数据卷
docker volume ls

# 查看数据卷详情
docker volume inspect my-data

# 删除数据卷
docker volume rm my-data

# 清理未使用的数据卷
docker volume prune

网络管理

# 创建网络
docker network create my-network

# 列出网络
docker network ls

# 查看网络详情
docker network inspect my-network

# 将容器连接到网络
docker network connect my-network my-nginx

# 断开容器与网络的连接
docker network disconnect my-network my-nginx

# 删除网络
docker network rm my-network

使用Dockerfile构建镜像

Dockerfile是一个文本文件，包含一系列指令，用于构建Docker镜像。

基本结构

# 基础镜像
FROM node:14

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 复制依赖文件
COPY package.json package-lock.json ./

# 安装依赖
RUN npm install

# 复制应用代码
COPY . .

# 构建应用
RUN npm run build

# 暴露端口
EXPOSE 3000

# 容器启动命令
CMD ["npm", "start"]

常用指令

FROM: 指定基础镜像
WORKDIR: 设置工作目录
COPY/ADD: 复制文件到容器中
RUN: 在构建过程中执行命令
ENV: 设置环境变量
EXPOSE: 声明容器将监听的端口
VOLUME: 声明数据卷
CMD: 指定容器启动时执行的命令
ENTRYPOINT: 设置容器入口点
ARG: 定义构建时变量

构建镜像

# 基本构建
docker build -t my-app:1.0 .

# 指定Dockerfile
docker build -t my-app:1.0 -f Dockerfile.prod .

# 构建时传递参数
docker build -t my-app:1.0 --build-arg NODE_ENV=production .

多阶段构建示例

多阶段构建可以减小最终镜像的大小，适合前端应用和编译型语言。

# 构建阶段
FROM node:14 AS build
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 生产阶段
FROM nginx:alpine
COPY --from=build /app/build /usr/share/nginx/html
EXPOSE 80
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

Docker Compose

Docker Compose是一个用于定义和运行多容器Docker应用程序的工具。使用YAML文件配置应用的服务，然后一个命令就可以创建并启动所有服务。

安装Docker Compose

Windows/macOS: Docker Desktop已包含Docker Compose

Linux:

sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.15.1/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose
docker-compose --version

docker-compose.yml示例

version: '3.8'

services:
  webapp:
    build: 
      context: ./webapp
      dockerfile: Dockerfile
    ports:
      - "80:80"
    depends_on:
      - db
    environment:
      - DATABASE_URL=postgres://postgres:password@db:5432/mydb
    volumes:
      - ./webapp:/app
    networks:
      - app-network

  db:
    image: postgres:13
    restart: always
    environment:
      - POSTGRES_USER=postgres
      - POSTGRES_PASSWORD=password
      - POSTGRES_DB=mydb
    volumes:
      - postgres-data:/var/lib/postgresql/data
    networks:
      - app-network

networks:
  app-network:
    driver: bridge

volumes:
  postgres-data:

常用命令

# 启动所有服务
docker-compose up

# 以守护进程模式启动
docker-compose up -d

# 停止所有服务
docker-compose down

# 仅构建服务
docker-compose build

# 查看服务状态
docker-compose ps

# 查看服务日志
docker-compose logs

# 执行服务中的命令
docker-compose exec webapp bash

# 扩展服务实例
docker-compose up -d --scale webapp=3

实用Docker配置和技巧

持久化数据

使用数据卷:

docker run -d \
  --name mysql \
  -v mysql-data:/var/lib/mysql \
  -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=password \
  mysql:8

使用主机目录:

docker run -d \
  --name nginx \
  -v $(pwd)/html:/usr/share/nginx/html \
  -p 80:80 \
  nginx:alpine

环境变量

docker run -d \
  --name node-app \
  -e NODE_ENV=production \
  -e API_KEY=secret \
  my-node-app:latest

容器间通信

使用Docker网络:

# 创建网络
docker network create app-net

# 将容器连接到网络
docker run -d --name db --network app-net mongo
docker run -d --name api --network app-net my-api

# 此时，api容器可以通过主机名"db"连接到数据库

健康检查

在Dockerfile中添加健康检查:

FROM nginx:alpine
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s \
  CMD curl -f http://localhost/ || exit 1

或者在docker run命令中添加:

docker run -d \
  --name nginx \
  --health-cmd="curl -f http://localhost/ || exit 1" \
  --health-interval=30s \
  nginx:alpine

常见问题及解决方案

容器无法访问网络

问题: 容器内无法访问互联网或其他容器。

解决方案:

检查网络配置: docker network inspect bridge
确认DNS配置: 可能需要添加--dns选项
检查防火墙规则

磁盘空间不足

问题: Docker镜像和容器占用过多磁盘空间。

解决方案:

# 清理未使用的资源
docker system prune -a

# 清理未使用的数据卷
docker volume prune

# 显示Docker占用的磁盘空间
docker system df

容器权限问题

问题: 容器内进程没有足够权限访问挂载的卷。

解决方案:

检查挂载卷的权限
在容器内使用适当的用户运行应用
在Dockerfile中使用USER指令设置正确的用户

FROM node:14
# 创建用户并设置权限
RUN groupadd -r appuser && useradd -r -g appuser appuser
WORKDIR /app
COPY . .
# 更改目录权限
RUN chown -R appuser:appuser /app
USER appuser
CMD ["node", "app.js"]

Docker最佳实践

镜像优化

使用官方镜像：官方镜像通常经过优化和安全更新
选择特定标签：避免使用latest标签，使用特定版本号确保一致性
使用轻量级基础镜像：如Alpine Linux版本
多阶段构建：减小最终镜像大小
最小化层数：合并RUN命令减少层数

安全性

不要以root用户运行容器：在Dockerfile中使用USER指令指定非root用户
扫描镜像漏洞：使用工具如Trivy、Clair定期扫描
使用只读文件系统：--read-only选项和临时文件系统
限制资源使用：使用--memory和--cpu选项限制资源
敏感信息使用：使用Docker Secrets而非环境变量存储敏感信息

日志管理

默认的json-file日志驱动可能导致磁盘空间问题，可以配置日志轮转:

docker run -d \
  --name nginx \
  --log-driver json-file \
  --log-opt max-size=10m \
  --log-opt max-file=3 \
  nginx:alpine

或使用其他日志驱动，如syslog、journald等。

监控与资源限制

# 限制内存
docker run -d --name app --memory=512m my-app

# 限制CPU
docker run -d --name app --cpus=0.5 my-app

# 监控容器资源使用
docker stats

Docker的未来发展

随着容器技术的普及，Docker生态系统也在不断发展:

Kubernetes(K8s): 容器编排平台，用于自动部署、扩展和管理容器化应用
微服务架构: 容器特别适合微服务架构，每个服务独立容器化
Serverless容器: 如AWS Fargate、Azure Container Instances
安全强化: 加强容器隔离和安全性的解决方案
容器标准化: OCI(开放容器倡议)标准的持续发展

总结

Docker为应用的开发、测试和部署带来了革命性的变化。通过容器化技术，可以确保应用在不同环境中的一致性，简化部署流程，提高资源利用率。本文介绍的基础知识和最佳实践，希望能帮助你快速入门Docker，并在项目中有效地使用容器技术。

随着经验的积累，你可以进一步探索更高级的主题，如容器编排(Kubernetes)、持续集成/持续部署(CI/CD)流水线集成，以及更复杂的多容器应用架构。

如有任何Docker相关问题或讨论，欢迎联系我进行交流。