01-Docker概述

Docker简介

Docker是基于Go语言实现的云开源项目。

Docker的主要目标是：Build, Ship and Run Any App, Anywhere，也就是通过对应用组件的封装、分发、部署、运行等生命周期的管理，使用户的APP及其运行环境能做到一次镜像,处处运行。

传统虚拟机和容器

传统虚拟机（virtual machine）：

传统虚拟机技术基于安装在主操作系统上的虚拟机管理系统（如VirtualBox、VMware等），创建虚拟机（虚拟出各种硬件），在虚拟机上安装从操作系统，在从操作系统中安装部署各种应用。

缺点：资源占用多、冗余步骤多、启动慢

Linux容器（Linux Container，简称LXC）：

Linux容器是与系统其他部分分隔开的一系列进程，从另一个镜像运行，并由该镜像提供支持进程所需的全部文件。容器提供的镜像包含了应用的所有依赖项，因而在从开发到测试再到生产的整个过程中，它都具有可移植性和一致性。

Linux容器不是模拟一个完整的操作系统，而是对进程进行隔离。有了容器，就可以将软件运行所需的所有资源打包到一个隔离的容器中。容器与虚拟机不同，不需要捆绑一整套操作系统，只需要软件工作所需的库资源和设置。系统因此而变得高效轻量并保证部署在任何环境中的软件都能始终如一的运行。

对比：

特性 容器 虚拟机
启动 秒级 分钟级
大小 一般为Mb 一般为Gb
速度 接近原生 比较慢
系统支持数量 单机支持上千个容器 一般几十个

Docker运行速度快的原因

Docker有比虚拟机更少的抽象层：

由于Docker不需要Hypervisor（虚拟机）实现硬件资源虚拟化，运行在Docker容器上的程序直接使用的都是实际物理机的硬件资源，因此在CPU、内存利用率上docker有明显优势。

Docker利用的是宿主机的内核，而不需要加载操作系统OS内核：

当新建一个容器时，Docker不需要和虚拟机一样重新加载一个操作系统内核。进而避免引寻、加载操作系统内核返回等比较耗时耗资源的过程。当新建一个虚拟机时，虚拟机软件需要加载OS，返回新建过程是分钟级别的。而Docker由于直接利用宿主机的操作系统，则省略了返回过程，因此新建一个docker容器只需要几秒钟。

Docker容器的本质就是一个进程。

Docker软件

Docker并非一个通用的容器工具，它依赖于已经存在并运行的Linux内核环境。（在Windows上安装Docker时需要依赖WSL，也即Windows下的Linux子系统）。

Docker实质上是在已经运行的Linux下制造了一个隔离的文件环境，因此它执行的效率几乎等同于所部署的Linux主机。

Docker的基本组成部分：

  • 镜像（image）

  • 容器（container）

  • 仓库（repository）

Docker镜像

Docker镜像就是一个只读的模板。镜像可以用来创建Docker容器，一个镜像可以创建多个容器。

Docker容器

Docker利用容器独立运行的一个或一组应用，应用程序或服务运行在容器里面，容器就类似于一个虚拟化的运行环境，容器是用镜像创建的运行实例。

Docker仓库

Docker仓库是集中存放镜像文件的场所。
仓库分为公开仓库和私有仓库两种。
最大的公开仓库是Docker官方的Docker Hub：https://hub.docker.com/

Docker架构

Docker是一个 C/S（Client-Server） 结构的系统，后端是一个松耦合架构，众多模块各司其职。

Docker守护进程运行在主机上，然后通过Socket连接从客户端访问，守护进程从容器接收命令并管理运行在主机上的容器。

Docker运行的基本流程为：

  1. 用户是使用Docker Client 与 Docker Daemon 建立通信，并发送请求给后者

  2. Docker Daemon 作为 Docker 架构的主体部分，首先提供 Docker Server 的功能使其可以接收 Docker Client 的请求

  3. Docker Engine 执行 Docker 内部的一系列工作，每一项工作都是以一个 Job 的形式存在

  4. Job 的运行过程中，当需要容器镜像时，则从 Docker Registry 中下载镜像，并通过镜像管理驱动 Graph Driver 将下载镜像以 Graph 的形式存储

  5. 当需要为 Docker 创建网络环境时，通过网络管理驱动 Network driver 创建并配置 Docker 容器网络环境

  6. 当需要限制 Docker 容器运行资源或执行用户指令等操作时，则通过 Exec driver 来完成

  7. Libcontainer 是一项独立的容器管理包，Network driver 以及 Exec driver 都是通过 Libcontainer 来实现具体对容器进行的操作

02-Docker安装

基于centos7版本

参考官网：https://docs.docker.com/engine/install/centos/

卸载旧版本

如果之前安装过Docker，需要先卸载旧版本：

sudo yum remove docker \
                  docker-client \
                  docker-client-latest \
                  docker-common \
                  docker-latest \
                  docker-latest-logrotate \
                  docker-logrotate \
                  docker-engine

旧版本的Docker引擎包可能叫做：docker、docker-engine。

新版本的Docker引擎包叫做：docker-ce

配置yum资源库

安装yum-config-manager：

# yum-util提供yum-config-manager功能 
sudo yum install -y yum-utils

配置docker的资源库地址：

官方地址：（比较慢，不推荐）

# 在yum资源库中添加docker资源库
sudo yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

阿里云镜像地址：

sudo yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

阿里云官网提供了很多资源镜像，镜像地址：https://mirrors.aliyun.com，进入之后可以选择自己需要的资源进行配置。

创建缓存（可选）：

yum makecache fast

安装Docker引擎

安装最新版本的Docker引擎、Docker客户端：

# docker-ce是Docker引擎，docker-ce-cli是客户端
sudo yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin

此时，默认安装的docker引擎、客户端都是最新版本。

如果要安装指定版本：

# 查询版本列表
yum list docker-ce --showduplicates | sort -r

# 指定版本安装17.09.0.ce版
# sudo yum install docker-ce-<VERSION_STRING> docker-ce-cli-<VERSION_STRING> containerd.io docker-compose-plugin
sudo yum install docker-ce-17.09.0.ce docker-ce-cli-17.09.0.ce containerd.io docker-compose-plugin

启动docker引擎

如果没有启动Docker引擎，那么执行 docker version查看版本号时，只能看到 Client: Docker Engine（Docker引擎客户端）的版本号。

启动Docker引擎：

# 新版本的Docker就是一个系统服务，可以直接使用启动系统服务方式启动
systemctl start docker

# 此时查看docker版本，可以看到Server: Docker Engine（Docker引擎）版本号
docker version

配置镜像

使用vim命令编辑 Docker 守护进程配置文件：

vim /etc/docker/daemon.json

在文件中写入以下内容：

{
  "registry-mirrors": [
    "https://docker.m.daocloud.io",
    "https://1ms.run",
    "https://dockerproxy.com",
    "https://docker.mirrors.ustc.edu.cn",
    "https://docker.nju.edu.cn",
    "https://iju9kaj2.mirror.aliyuncs.com",
    "http://hub-mirror.c.163.com",
    "https://cr.console.aliyun.com",
    "https://hub.docker.com",
    "http://mirrors.ustc.edu.cn",
    "https://lccijvhq.mirror.aliyuncs.com"
  ]
}

执行以下命令重载守护进程配置并重启 Docker：

systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

卸载Docker

卸载Docker步骤：

  1. 关闭服务
systemctl stop docker
  1. 使用yum删除docker引擎
sudo yum remove docker-ce docker-ce-cli containerd.io
  1. 删除镜像、容器、卷、自定义配置等文件
sudo rm -rf /var/lib/docker
sudo rm -rf /var/lib/containerd

运行HelloWorld测试

docker run hello-world

配置成系统服务

将docker添加到systemd：

编辑文件/usr/lib/systemd/system/docker.service。

文件内容参考：github的docker-ce官方文档

[Unit]
Description=Docker Application Container Engine
Documentation=https://docs.docker.com
After=network-online.target docker.socket firewalld.service 
Wants=network-online.target 
Requires=docker.socket

[Service]
Type=notify
ExecStart=/usr/bin/dockerd
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
TimeoutStartSec=0
RestartSec=2
Restart=always

StartLimitBurst=3
StartLimitInterval=60s
LimitNOFILE=infinity
LimitNPROC=infinity
LimitCORE=infinity

TasksMax=infinity

Delegate=yes

KillMode=process
OOMScoreAdjust=-500

[Install]
WantedBy=multi-user.target

为docker.service添加执行权限：

chmod +x /usr/lib/systemd/system/docker.service

配置docker

创建docker组：

groupadd docker

编辑daemon.json配置文件：

文件：/etc/docker/daemon.json

{
    // 还可以在这个文件中配置加速器、镜像仓库地址等
    "insecure-registries": [
        // 配置不验证https证书、允许http连接
        "192.168.xxx.xxx:8088"
    ],
    "data-root":"/data/docker",
    "log-driver":"json-file",
    "log-opts":{
        "max-size":"200m","max-file":"3"
    }
}

重载配置：

systemctl daemon-reload

启动docker并设置开机自启

启动docker：

systemctl start docker

设置开机自启：

systemctl enable docker

检验：

docker version

配置命令自动补全

从docker的github官方仓库获取命令补全的文件：docker

将该文件放到/usr/share/bash-completion/completions，启用该文件：

source /usr/share/bash-completion/completions/docker

03-Docker常用命令

启动类命令

启动docker：

systemctl start docker

停止Docker：

systemctl stop docker

重启Docker：

systemctl restart docker

查看状态：

systemctl status docker

设置开机自启：

systemctl enable docker

帮助类命令

查看Docker版本：

docker version

查看Docker概要信息：

docker info

查看Docker总体帮助文档：

docker --help

查看docker具体命令帮助文档：

docker 具体命令 --help

镜像命令

列出本地主机上的镜像:

docker images

参数：

  • -a：列出所有镜像（含历史镜像）

  • -q：只显示镜像ID

  • -f：过滤

在远程仓库中搜索镜像：（默认取docker hub中搜索）

docker search 镜像名称

参数：

  • -f：过滤

  • --limit 数量：只展示前几项

下载镜像

docker pull 镜像名称[:tag]

不加 tag 时，默认下载最新的镜像（即tag为latest）。

查看占据的空间

docker system df

删除镜像

docker rmi 镜像名称/ID

可以使用空格分隔，删除多个镜像：

docker rmi 镜像1 镜像2 镜像3

删除全部镜像

docker rmi -f $(docker images -qa)

虚悬镜像

仓库名、标签都是<none>的镜像，俗称虚悬镜像（dangling image）。

04-容器命令

新建启动容器

docker run [OPTIONS] IMAGE [COMMAND] [ARG...]

常用的参数：

  • --name：为容器指定一个名称

  • -d：后台运行容器并返回容器ID，也即启动守护式容器

  • -i：以交互模式（interactive）运行容器，通常与-t同时使用

  • -t：为容器重新分配一个伪输入终端（tty），通常与-i同时使用。也即启动交互式容器（前台有伪终端，等待交互）

  • -e：为容器添加环境变量

  • -P：随机端口映射。将容器内暴露的所有端口映射到宿主机随机端口

  • -p：指定端口映射

-p指定端口映射的几种不同形式：

  • -p hostPort:containerPort：端口映射，例如-p 8080:80

  • -p ip:hostPort:containerPort：配置监听地址，例如 -p 10.0.0.1:8080:80

  • -p ip::containerPort：随机分配端口，例如 -p 10.0.0.1::80

  • -p hostPort1:containerPort1 -p hostPort2:containerPort2：指定多个端口映射，例如-p 8080:80 -p 8888:3306

启动交互式容器

以交互方式启动ubuntu镜像

# -i 交互模式
# -t 分配一个伪输入终端tty
# ubuntu 镜像名称
# /bin/bash（或者bash） shell交互的接口
docker run -it ubuntu /bin/bash

退出交互模式：

方式1:

# 在交互shell中exit即可退回宿主机
exit;

方式2：使用快捷键ctrl + P + Q

方式1 退出后，容器会停止。

方式2 退出后容器依然正在运行。

启动守护式容器

大部分情况下，我们系统docker容器服务时在后台运行的，可以通过-d指定容器的后台运行模式：

docker run -d 容器名

注意事项：

如果使用docker run -d ubuntu尝试启动守护式的ubuntu，会发现容器启动后就自动退出了。

因为Docker容器如果在后台运行，就必须要有一个前台进程。容器运行的命令如果不是那些一直挂起的命令（例如top、tail），就会自动退出。

列出正在运行的容器

列出所有正在运行的容器：

docker ps [OPTIONS]

常用参数：

  • -a：列出当前所有正在运行的容器+历史上运行过的容器

  • -l：显示最近创建的容器

  • -n：显示最近n个创建的容器

  • -q：静默模式，只显示容器编号

容器其他启停操作

启动已经停止的容器

docker start 容器ID或容器名

重启容器

docker restart 容器ID或容器名

停止容器

docker stop 容器ID或容器名

强制停止容器

docker kill 容器ID或容器名

删除容器

删除已经停止的容器：

docker rm 容器ID或容器名

删除容器是 docker rm，删除镜像是 docker rmi，注意区分。

强制删除正在运行的容器：

docker rm -f 容器ID或容器名

一次删除多个容器实例：

docker rm -f ${docker ps -a -q}

# 或者
docker ps -a -q | xargs docker rm

查看容器日志

docker logs 容器ID或容器名

查看容器内运行的进程

docker top 容器ID或容器名

查看容器内部细节

docker inspect 容器ID或容器名

进入正在运行的容器

进入正在运行的容器，并以命令行交互：

docker exec -it 容器ID bashShell

重新进入：

docker attach 容器ID

docker exec 和 docker attach 区别：

  • attach直接进入容器启动命令的终端，不会启动新的进程，用exit退出会导致容器的停止

  • exec是在容器中打开新的终端，并且可以启动新的进程，用exit退出不会导致容器的停止

如果有多个终端，都对同一个容器执行了 docker attach，就会出现类似投屏显示的效果。一个终端中输入输出的内容，在其他终端上也会同步的显示。

容器和宿主机文件拷贝

容器内文件拷贝到宿主机：

docker cp 容器ID:容器内路径 目的主机路径

宿主机文件拷贝到容器中：

docker cp 主机路径 容器ID:容器内路径

导入和导出容器

export：导出容器的内容流作为一个tar归档文件（对应import命令）；

import：从tar包中的内容创建一个新的文件系统再导入为镜像（对应export命令）；

示例：

# 导出
# docker export 容器ID > tar文件名
docker export abc > aaa.tar

# 导入
# cat tar文件 | docker import - 自定义镜像用户/自定义镜像名:自定义镜像版本号
cat aaa.tar | docker import - test/mytest:1.0.1

将容器生成新镜像

docker commit提交容器副本使之成为一个新的镜像。

docker 启动一个镜像容器后， 可以在里面执行一些命令操作，然后使用docker commit将新的这个容器快照生成一个镜像。

docker commit -m="提交的描述信息" -a="作者" 容器ID 要创建的目标镜像名:[tag]

Docker挂载主机目录，可能会出现报错：cannot open directory .: Perission denied。

解决方案：在命令中加入参数 --privileged=true。

CentOS7安全模块比之前系统版本加强，不安全的会先禁止，目录挂载的情况被默认为不安全的行为，在SELinux里面挂载目录被禁止掉了。如果要开启，一般使用 --privileged=true，扩大容器的权限解决挂载没有权限的问题。也即使用该参数，容器内的root才拥有真正的root权限，否则容器内的root只是外部的一个普通用户权限。

容器数据卷

卷就是目录或文件，存在于一个或多个容器中，由docker挂载到容器，但不属于联合文件系统，因此能够绕过UnionFS，提供一些用于持续存储或共享数据。

特性：卷设计的目的就是数据的持久化，完全独立于容器的生存周期，因此Docker不会在容器删除时删除其挂载的数据卷。

特点：

  • 数据卷可以在容器之间共享或重用数据

  • 卷中的更改可以直接实施生效

  • 数据卷中的更改不会包含在镜像的更新中

  • 数据卷的生命周期一直持续到没有容器使用它为止

运行一个带有容器卷存储功能的容器实例：

docker run -it --privileged=true -v 宿主机绝对路径目录:容器内目录[rw | ro] 镜像名

可以使用docker inspect查看容器绑定的数据卷。

权限：

  • rw：读写

  • ro：只读。如果宿主机写入内容，可以同步给容器内，容器内可以读取。

容器卷的继承：

# 启动一个容器
docker run -it --privileged=true -v /tmp/test:/tmp/docker --name u1 ubuntu /bin/bash

# 使用 --volumes-from 继承 u1的容器卷映射配置
docker run -it --privileged=true --volumes-from u1 --name u2 ubuntu

所有命令示意图

05-Docker镜像

镜像

镜像是一种轻量级、可执行的独立软件包，它包含运行某个软件所需的所有内容，我们把应用程序和配置依赖打包好行程一个可交付的运行环境（包括代码、运行时需要的库、环境变量和配置文件等），这个打包好的运行环境就是image镜像文件。

Docker 镜像加载原理

联合文件系统

Docker 中的文件存储驱动叫做 storage driver。

Docker 最早支持的stotage driver是 AUFS，它实际上由一层一层的文件系统组成，这种层级的文件系统叫UnionFS。

联合文件系统（UnionFS）：Union 文件系统，是一种分层、轻量级并且高性能的文件系统，它支持对文件系统的修改作为一次提交来一层层的叠加，同时可以将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下（unite serveral directories into a single virtual filesystem）。

Union文件系统是Docker镜像的基础。镜像可以通过分层来进行集成，基于基础镜像可以制作具体的应用镜像。

特性：一次同时加载多个文件系统，但从外面看起来，只能看到一个文件系统，联合加载会把各层文件系统叠加起来，这样最终的文件系统会包含所有底层的文件和目录。

后来出现的docker版本中，除了AUFS，还支持OverlayFS、Btrfs、Device Mapper、VFS、ZFS等storage driver。

bootfs和rootfs

bootfs（boot file system）主要包含 bootloader 和 kernel，bootloader主要是引导加载 kernel，Linux刚启动时会加载bootfs文件系统。

在Docker镜像的最底层是引导文件系统bootfs。这一层与我们典型的Linux/Unix系统是一样的，包含boot加载器和内核。当boot加载完成之后整个内核就都在内存中了，此时内存的使用权已经由 bootfs 转交给内核，此时系统也会卸载 bootfs。

rootfs（root file system），在bootfs之上，包含的就是典型Linux系统中的 /dev、/proc、/bin、/etc等标准目录和文件。rootfs就是各种不同的操作系统发行版，比如Ubuntu、CentOS等。

docker镜像底层层次：

对于一个精简的OS，rootfs可以很小，只需要包括最基本的命令、工具和程序库就可以了，因为底层直接使用Host的Kernel，自己只需要提供rootfs就可以。所以，对于不同的Linux发行版，bootfs基本是一致的，rootfs会有差别，不同的发行版可以共用bootfs。

有差别的rootfs：

镜像分层

Docker支持扩展现有镜像，创建新的镜像。新镜像是从base镜像一层一层叠加生成的。

例如：

# Version: 0.0.1
FROM debian  # 直接在debain base镜像上构建
MAINTAINER mylinux
RUN apt-get update && apt-get install -y emacs # 安装emacs
RUN apt-get install -y apache2 # 安装apache2
CMD ["/bin/bash"] # 容器启动时运行bash

镜像创建过程：

镜像分层的优势

镜像分层的一个最大好处就是共享资源，方便复制迁移，方便复用。

容器层

当容器启动时，一个新的可写层将被加载到镜像的顶部，这一层通常被称为容器层，容器层之下的都叫镜像层。

所有对容器的改动，无论添加、删除、还是修改文件都只会发生在容器层中。

只有容器层是可写的，容器层下面的所有镜像层都是只读的。

如图：

06-Registry搭建docker私仓

Docker Registry

Docker Registry是官方提供的工具，用于构建私有镜像仓库。

环境搭建

Docker Registry也是Docker Hub提供的一个镜像，可以直接拉取运行。

步骤：

  1. 拉取镜像
docker pull registry
  1. 启动Docker Registry
docker run -d -p 5000:5000 -v /app/myregistry/:/tmp/registry --privileged=true registry
  1. 验证（查看私服中的所有镜像）
curl http://192.168.xxx.xxx:5000/v2/_catalog

Registry会返回json格式的所有镜像目录

向Registry私仓中上传镜像

配置docker允许接收http请求

修改/etc/docker/daemon.json，添加insecure-registries允许http：

{
    "registry-mirros": ["https://xxxx.mirror.aliyuncs.com"],
    "insecure-registries": ["172.31.0.61:5000"]
}

然后重启docker：（新版本的docker会立即生效）

# centos6 的命令
sudo chkconfig daemon-reload
sudo service docker restart

# centos7 的命令
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

推送到私仓

步骤：

  1. 添加一个对应私仓地址的tag
docker tag lee/myubuntu:1.0.1 192.168.xxx.xxx:5000/lee/myubuntu:1.0.1
  1. push到私仓
docker push 192.168.xxx.xxx:5000/lee/myubuntu:1.0.1
  1. 查看私仓中镜像目录验证
curl http://192.168.xxx.xxx:5000/v2/_catalog
  1. 拉取验证：
docker pull 192.169.xxx.xxx:5000/lee/myubuntu:1.0.1