最全 Docker 介紹與教程，一文全掌握

2013年釋出至今， Docker 一直廣受矚目，被認為可能會改變軟體行業。

但是，許多人并不清楚 Docker 到底是什麼，要解決什麼問題，好處又在哪裡？本文就來詳細解釋，幫助大家了解它，還帶有簡單易懂的執行個體，教你如何将它用于日常開發。

一、環境配置的難題

軟體開發最大的麻煩事之一，就是環境配置。使用者計算機的環境都不相同，你怎麼知道自家的軟體，能在那些機器跑起來？

使用者必須保證兩件事：作業系統的設定，各種庫群組件的安裝。隻有它們都正确，軟體才能運作。舉例來說，安裝一個 Python 應用，計算機必須有 Python 引擎，還必須有各種依賴，可能還要配置環境變量。

如果某些老舊的子產品與目前環境不相容，那就麻煩了。開發者常常會說："它在我的機器可以跑了"（It works on my machine），言下之意就是，其他機器很可能跑不了。

環境配置如此麻煩，換一台機器，就要重來一次，曠日費時。很多人想到，能不能從根本上解決問題，軟體可以帶環境安裝？也就是說，安裝的時候，把原始環境一模一樣地複制過來。

二、虛拟機

虛拟機（virtual machine）就是帶環境安裝的一種解決方案。它可以在一種作業系統裡面運作另一種作業系統，比如在 Windows 系統裡面運作 Linux 系統。應用程式對此毫無感覺，因為虛拟機看上去跟真實系統一模一樣，而對于底層系統來說，虛拟機就是一個普通檔案，不需要了就删掉，對其他部分毫無影響。

雖然使用者可以通過虛拟機還原軟體的原始環境。但是，這個方案有幾個缺點。

（1）資源占用多

虛拟機會獨占一部分記憶體和硬碟空間。它運作的時候，其他程式就不能使用這些資源了。哪怕虛拟機裡面的應用程式，真正使用的記憶體隻有 1MB，虛拟機依然需要幾百 MB 的記憶體才能運作。

（2）備援步驟多

虛拟機是完整的作業系統，一些系統級别的操作步驟，往往無法跳過，比如使用者登入。

（3）啟動慢

啟動作業系統需要多久，啟動虛拟機就需要多久。可能要等幾分鐘，應用程式才能真正運作。

三、Linux 容器

由于虛拟機存在這些缺點，Linux 發展出了另一種虛拟化技術：Linux 容器（Linux Containers，縮寫為 LXC）。

Linux 容器不是模拟一個完整的作業系統，而是對程序進行隔離。或者說，在正常程序的外面套了一個保護層。對于容器裡面的程序來說，它接觸到的各種資源都是虛拟的，進而實作與底層系統的隔離。

由于容器是程序級别的，相比虛拟機有很多優勢。

（1）啟動快

容器裡面的應用，直接就是底層系統的一個程序，而不是虛拟機内部的程序。是以，啟動容器相當于啟動本機的一個程序，而不是啟動一個作業系統，速度就快很多。

（2）資源占用少

容器隻占用需要的資源，不占用那些沒有用到的資源；虛拟機由于是完整的作業系統，不可避免要占用所有資源。另外，多個容器可以共享資源，虛拟機都是獨享資源。

（3）體積小

容器隻要包含用到的元件即可，而虛拟機是整個作業系統的打包，是以容器檔案比虛拟機檔案要小很多。

總之，容器有點像輕量級的虛拟機，能夠提供虛拟化的環境，但是成本開銷小得多。

四、Docker 是什麼？

Docker 屬于 Linux 容器的一種封裝，提供簡單易用的容器使用接口。它是目前最流行的 Linux 容器解決方案。

Docker 将應用程式與該程式的依賴，打包在一個檔案裡面。運作這個檔案，就會生成一個虛拟容器。程式在這個虛拟容器裡運作，就好像在真實的實體機上運作一樣。有了 Docker，就不用擔心環境問題。

總體來說，Docker 的接口相當簡單，使用者可以友善地建立和使用容器，把自己的應用放入容器。容器還可以進行版本管理、複制、分享、修改，就像管理普通的代碼一樣。

五、Docker 的用途

Docker 的主要用途，目前有三大類。

（1）提供一次性的環境。比如，本地測試他人的軟體、持續內建的時候提供單元測試和建構的環境。

（2）提供彈性的雲服務。因為 Docker 容器可以随開随關，很适合動态擴容和縮容。

（3）組建微服務架構。通過多個容器，一台機器可以跑多個服務，是以在本機就可以模拟出微服務架構。

六、Docker 的安裝

Docker 是一個開源的商業産品，有兩個版本：社群版（Community Edition，縮寫為 CE）和企業版（Enterprise Edition，縮寫為 EE）。企業版包含了一些收費服務，個人開發者一般用不到。下面的介紹都針對社群版。

Docker CE 的安裝請參考官方文檔。

安裝完成後，運作下面的指令，驗證是否安裝成功。

$ docker version$ docker info

Docker 需要使用者具有 sudo 權限，為了避免每次指令都輸入sudo，可以把使用者加入 Docker 使用者組（官方文檔）。

$ sudo usermod -aG docker $USER

Docker 是伺服器----用戶端架構。指令行運作docker指令的時候，需要本機有 Docker 服務。如果這項服務沒有啟動，可以用下面的指令啟動（官方文檔）。

$ sudo service docker start$ sudo systemctl start docker

七、image 檔案

Docker 把應用程式及其依賴，打包在 image 檔案裡面。隻有通過這個檔案，才能生成 Docker 容器。image 檔案可以看作是容器的模闆。Docker 根據 image 檔案生成容器的執行個體。同一個 image 檔案，可以生成多個同時運作的容器執行個體。

image 是二進制檔案。實際開發中，一個 image 檔案往往通過繼承另一個 image 檔案，加上一些個性化設定而生成。舉例來說，你可以在 Ubuntu 的 image 基礎上，往裡面加入 Apache 伺服器，形成你的 image。

$ docker image ls$ docker image rm [imageName]

image 檔案是通用的，一台機器的 image 檔案拷貝到另一台機器，照樣可以使用。一般來說，為了節省時間，我們應該盡量使用别人制作好的 image 檔案，而不是自己制作。即使要定制，也應該基于别人的 image 檔案進行加工，而不是從零開始制作。

為了友善共享，image 檔案制作完成後，可以上傳到網上的倉庫。Docker 的官方倉庫 Docker Hub 是最重要、最常用的 image 倉庫。此外，出售自己制作的 image 檔案也是可以的。

八、執行個體：hello world

下面，我們通過最簡單的 image 檔案"hello world"，感受一下 Docker。

需要說明的是，國内連接配接 Docker 的官方倉庫很慢，還會斷線，需要将預設倉庫改成國内的鏡像網站，具體的修改方法在下一篇文章的第一節。有需要的朋友，可以先看一下。

首先，運作下面的指令，将 image 檔案從倉庫抓取到本地。

$ docker image pull library/hello-world

上面代碼中，docker image pull是抓取 image 檔案的指令。library/hello-world是 image 檔案在倉庫裡面的位置，其中library是 image 檔案所在的組，hello-world是 image 檔案的名字。

由于 Docker 官方提供的 image 檔案，都放在library組裡面，是以它的是預設組，可以省略。是以，上面的指令可以寫成下面這樣。

$ docker image pull hello-world

抓取成功以後，就可以在本機看到這個 image 檔案了。

$ docker image ls

現在，運作這個 image 檔案。

docker container run指令會從 image 檔案，生成一個正在運作的容器執行個體。

注意，docker container run指令具有自動抓取 image 檔案的功能。如果發現本地沒有指定的 image 檔案，就會從倉庫自動抓取。是以，前面的docker image pull指令并不是必需的步驟。

如果運作成功，你會在螢幕上讀到下面的輸出。

$ docker container run hello-worldHello from Docker!This message shows that your installation appears to be working correctly...

輸出這段提示以後，hello world就會停止運作，容器自動終止。

有些容器不會自動終止，因為提供的是服務。比如，安裝運作 Ubuntu 的 image，就可以在指令行體驗 Ubuntu 系統。

$ docker container run -it ubuntu bash

對于那些不會自動終止的容器，必須使用docker container kill 指令手動終止。

$ docker container kill [containID]

九、容器檔案

image 檔案生成的容器執行個體，本身也是一個檔案，稱為容器檔案。也就是說，一旦容器生成，就會同時存在兩個檔案： image 檔案和容器檔案。而且關閉容器并不會删除容器檔案，隻是容器停止運作而已。

$ docker container ls$ docker container ls --all

上面指令的輸出結果之中，包括容器的 ID。很多地方都需要提供這個 ID，比如上一節終止容器運作的docker container kill指令。

終止運作的容器檔案，依然會占據硬碟空間，可以使用docker container rm指令删除。

$ docker container rm [containerID]

運作上面的指令之後，再使用docker container ls --all指令，就會發現被删除的容器檔案已經消失了。

十、Dockerfile 檔案

學會使用 image 檔案以後，接下來的問題就是，如何可以生成 image 檔案？如果你要推廣自己的軟體，勢必要自己制作 image 檔案。

這就需要用到 Dockerfile 檔案。它是一個文本檔案，用來配置 image。Docker 根據 該檔案生成二進制的 image 檔案。

下面通過一個執行個體，示範如何編寫 Dockerfile 檔案。

十一、執行個體：制作自己的 Docker 容器

下面我以 koa-demos 項目為例，介紹怎麼寫 Dockerfile 檔案，實作讓使用者在 Docker 容器裡面運作 Koa 架構。

作為準備工作，請先下載下傳源碼。

$ git clone https://github.com/ruanyf/koa-demos.git$ cd koa-demos

11.1 編寫 Dockerfile 檔案

首先，在項目的根目錄下，建立一個文本檔案.dockerignore，寫入下面的内容。

.gitnode_modulesnpm-debug.log

上面代碼表示，這三個路徑要排除，不要打包進入 image 檔案。如果你沒有路徑要排除，這個檔案可以不建立。

然後，在項目的根目錄下，建立一個文本檔案 Dockerfile，寫入下面的内容。

FROM node:8.4COPY . /appWORKDIR /appRUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.orgEXPOSE 3000

上面代碼一共五行，含義如下。

FROM node:8.4：該 image 檔案繼承官方的 node image，冒号表示标簽，這裡标簽是8.4，即8.4版本的 node。

COPY . /app：将目前目錄下的所有檔案（除了.dockerignore排除的路徑），都拷貝進入 image 檔案的/app目錄。

WORKDIR /app：指定接下來的工作路徑為/app。

RUN npm install：在/app目錄下，運作npm install指令安裝依賴。注意，安裝後所有的依賴，都将打包進入 image 檔案。

EXPOSE 3000：将容器 3000 端口暴露出來， 允許外部連接配接這個端口。

11.2 建立 image 檔案

有了 Dockerfile 檔案以後，就可以使用docker image build指令建立 image 檔案了。

$ docker image build -t koa-demo .$ docker image build -t koa-demo:0.0.1 .

上面代碼中，-t參數用來指定 image 檔案的名字，後面還可以用冒号指定标簽。如果不指定，預設的标簽就是latest。最後的那個點表示 Dockerfile 檔案所在的路徑，上例是目前路徑，是以是一個點。

如果運作成功，就可以看到新生成的 image 檔案koa-demo了。

11.3 生成容器

docker container run指令會從 image 檔案生成容器。

$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1 /bin/bash

上面指令的各個參數含義如下：

-p參數：容器的 3000 端口映射到本機的 8000 端口。

-it參數：容器的 Shell 映射到目前的 Shell，然後你在本機視窗輸入的指令，就會傳入容器。

koa-demo:0.0.1：image 檔案的名字（如果有标簽，還需要提供标簽，預設是 latest 标簽）。

/bin/bash：容器啟動以後，内部第一個執行的指令。這裡是啟動 Bash，保證使用者可以使用 Shell。

如果一切正常，運作上面的指令以後，就會傳回一個指令行提示符。

root@66d80f4aaf1e:/app

這表示你已經在容器裡面了，傳回的提示符就是容器内部的 Shell 提示符。執行下面的指令。

這時，Koa 架構已經運作起來了。打開本機的浏覽器，通路 http://127.0.0.1:8000，網頁顯示"Not Found"，這是因為這個 demo 沒有寫路由。

這個例子中，Node 程序運作在 Docker 容器的虛拟環境裡面，程序接觸到的檔案系統和網絡接口都是虛拟的，與本機的檔案系統和網絡接口是隔離的，是以需要定義容器與實體機的端口映射（map）。

現在，在容器的指令行，按下 Ctrl + c 停止 Node 程序，然後按下 Ctrl + d （或者輸入 exit）退出容器。此外，也可以用docker container kill終止容器運作。

$ docker container ls$ docker container kill [containerID]

容器停止運作之後，并不會消失，用下面的指令删除容器檔案。

$ docker container ls --all$ docker container rm [containerID]

也可以使用docker container run指令的--rm參數，在容器終止運作後自動删除容器檔案。

$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash

10.4 CMD 指令

上一節的例子裡面，容器啟動以後，需要手動輸入指令node demos/01.js。我們可以把這個指令寫在 Dockerfile 裡面，這樣容器啟動以後，這個指令就已經執行了，不用再手動輸入了。

FROM node:8.4COPY . /appWORKDIR /appRUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.orgEXPOSE 3000CMD node demos/01.js

上面的 Dockerfile 裡面，多了最後一行CMD node demos/01.js，它表示容器啟動後自動執行node demos/01.js。

你可能會問，RUN指令與CMD指令的差別在哪裡？簡單說，RUN指令在 image 檔案的建構階段執行，執行結果都會打包進入 image 檔案；CMD指令則是在容器啟動後執行。另外，一個 Dockerfile 可以包含多個RUN指令，但是隻能有一個CMD指令。

注意，指定了CMD指令以後，docker container run指令就不能附加指令了（比如前面的/bin/bash），否則它會覆寫CMD指令。現在，啟動容器可以使用下面的指令。

$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1

10.5 釋出 image 檔案

容器運作成功後，就确認了 image 檔案的有效性。這時，我們就可以考慮把 image 檔案分享到網上，讓其他人使用。

首先，去 hub.docker.com 或 cloud.docker.com 注冊一個賬戶。然後，用下面的指令登入。

接着，為本地的 image 标注使用者名和版本。

$ docker image tag [imageName] [username]/[repository]:[tag]$ docker image tag koa-demos:0.0.1 ruanyf/koa-demos:0.0.1

也可以不标注使用者名，重新建構一下 image 檔案。

$ docker image build -t [username]/[repository]:[tag] .

最後，釋出 image 檔案。

$ docker image push [username]/[repository]:[tag]

釋出成功以後，登入 hub.docker.com，就可以看到已經釋出的 image 檔案。

十二、其他有用的指令

docker 的主要用法就是上面這些，此外還有幾個指令，也非常有用。

（1）docker container start

前面的docker container run指令是建立容器，每運作一次，就會建立一個容器。同樣的指令運作兩次，就會生成兩個一模一樣的容器檔案。如果希望重複使用容器，就要使用docker container start指令，它用來啟動已經生成、已經停止運作的容器檔案。

$ docker container start [containerID]

（2）docker container stop

前面的docker container kill指令終止容器運作，相當于向容器裡面的主程序發出 SIGKILL 信号。而docker container stop指令也是用來終止容器運作，相當于向容器裡面的主程序發出 SIGTERM 信号，然後過一段時間再發出 SIGKILL 信号。

$ bash container stop [containerID]

這兩個信号的差别是，應用程式收到 SIGTERM 信号以後，可以自行進行收尾清理工作，但也可以不理會這個信号。如果收到 SIGKILL 信号，就會強行立即終止，那些正在進行中的操作會全部丢失。

（3）docker container logs

docker container logs指令用來檢視 docker 容器的輸出，即容器裡面 Shell 的标準輸出。如果docker run指令運作容器的時候，沒有使用-it參數，就要用這個指令檢視輸出。

$ docker container logs [containerID]

（4）docker container exec

docker container exec指令用于進入一個正在運作的 docker 容器。如果docker run指令運作容器的時候，沒有使用-it參數，就要用這個指令進入容器。一旦進入了容器，就可以在容器的 Shell 執行指令了。

$ docker container exec -it [containerID] /bin/bash

（5）docker container cp

docker container cp指令用于從正在運作的 Docker 容器裡面，将檔案拷貝到本機。下面是拷貝到目前目錄的寫法。

$ docker container cp [containID]:[/path/to/file] .

非常感謝你一直讀到了這裡，這個系列還有下一篇，介紹如何使用 Docker 搭建真正的網站，歡迎繼續閱讀。

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