Docker容器化技术

1. 初始Docker

1.1 Docker概念

• Docker概念：Docker是一个开源的应用容器引擎
• 诞生于2013年初，基于Go实现，dotCloud公司出品（后改名为Docker Inc）
• Docker可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux机器上
• 容器是完全使用沙箱机制，相互隔离
• 容器性能开销极低
• Docker从17.03版本之后分为CE（Community Edition社区版）和EE（Enterprise Edition企业版）
• docker是一种容器技术，解决软件跨环境迁移问题

1.2 安装Docker

Docker可以运行在Mac、Windows、CentOS、Ubuntu等操作系统上

官网：https://www.docker.com

• 安装步骤：

  • yum包更新到最新

    yum update

  • 安装需要的软件包， yum-util 提供yum-config-manager功能，另外两个是devicemapper驱动依赖的

    yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

  • 设置yum源

    yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

  • 安装docker，出现输入的界面都按 y

    yum install -y docker-ce

  • 查看docker版本，验证是否验证成功

    docker -v

1.3 Docker架构

• 镜像(Image)：Docker镜像(Image)，就相当于是一个root文件系统。比如官方镜像ubuntu:16.04就包
  
  含了完整的一套Ubuntu16.04最小系统的root文件系统。
• 容器(Container)：镜像(Image)和容器(Container)的关系，就像是面向对象程序设计中的类和对象一样，镜像是静态的定义，容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。
• 仓库(Repository)：仓库可看成一个代码控制中心.用来保存镜像。

1.4 配置Docker镜像加速器

• 默认情况下，将来从docker hub(https://hub.docker.com)上下载docker镜像，太慢。一般都会配置镜像加速器：
  • USTC:中科大镜像加速器(https://docker.mirrors.ustc.edu.cn)
  • 阿里云
  • 网易云
  • 腾讯云
• 配置阿里云Docker镜像加速器步骤：
  • 浏览器登录阿里云官网
  • 点击控制台，在左上角面包按钮中搜索关键字：镜像
  • 点击左侧镜像工具分类中的镜像加速器即可看到自己的镜像加速器地址
  • 下方阿里云提供了配置加速器的命令，复制粘贴即可
  • 通过cat /etc/docker/daemon.json是否有写入地址来检查是否配置成功

2. Docker命令

2.1 Docker服务相关命令

• 启动docker服务

  systemctl start docker

• 停止docker服务

  systemctl stop docker

• 重启docker服务

  systemctl restart docker

• 查看docker服务状态

  systemctl status docker

• 开机启动docker服务

  systemctl enable docker

2.2 Docker镜像相关命令

• 查看镜像

  docker images

• 搜索镜像

  docker search 镜像名

  

• 拉取镜像

  docker pull 镜像名 docker pull 镜像名:版本号

  可以去https://hub.docker.com/中搜索docker维护支持的版本号

• 删除镜像

  docker rmi 镜像id docker pull 镜像名:镜像版本

  删除所有镜像：

  docker rmi `docker images -q`

2.3 Docker容器相关命令

• 查看容器

  docker ps

  查看所有容器：docker ps -a

• 创建容器

  docker run 参数

  • 参数说明：

    • -i：保持容器运行。通常与-t同时使用。加入it这两个参数后，容器创建后会自动进入容器中，退出容器后，容器自动关闭。
    • -t：为容器重新分配一个伪输入终端，通常与-i同时使用。
    • -d：以守护（后台）模式运行容器。创建一个容器在后台运行，需要使用docker exec进入容器。退出后，容器不会关闭。
    • -it创建的容器一般称为交互式容器，-id创建的容器一般称为守护式容器
    • -name：为创建的容器命名。

    eg：

    创建一个名为c1的centos的交互式容器：docker run -i -t --name=c1 centos:7 /bin/bash

    创建一个名为c2的centos的守护式容器：docker run -id --name=c2 centos:7

• 进入容器

  docker exec -it 容器名 /bin/bash

• 启动容器

  docker start 容器名

• 停止容器

  docker stop 容器名

• 删除容器

  docker rm 容器名 docker rm 容器id

  删除所有容器

  ​ docker rm `docker ps -aq`

• 查看容器信息

  docker inspect 容器名

3. Docker容器数据卷

3.1 数据卷概念

• 思考：

  • Docker容器删除后，在容器中产生的数据也会随之销毁
  • Docker容器和外部机器可以直接交换文件吗？
  • 容器之间想要进行数据交互？

• 数据卷

  

  • 数据卷是宿主机中的一个目录或文件
  • 当容器目录和数据卷目录绑定后，对方的修改会立即同步
  • 一个数据卷可以被多个容器同时挂载
  • 一个容器也可以被挂载多个数据卷

• 数据卷作用

  • 容器数据持久化
  • 外部机器和容器间接通信
  • 容器之间数据交换

3.2 配置数据卷

• 创建启动容器时，使用-v参数 设置数据卷

  docker run ... -v 宿主机目录(文件):容器内目录(文件)

• 注意事项：

  • 目录必须是绝对路径
  • 如果目录不存在，会自动创建
  • 可以挂载多个数据卷

eg：docker run -it --name=c1 -v /root/data:/root/data_container centos:7

c2容器挂载两个目录：docker run -it --name=c2 -v ~/root/data2:/root/data2 \ -v ~/root/data3:/root/data3 \ centos:7

两个容器挂载同一个数据卷，间接实现两个容器之间的数据交换

docker run -it --name=c3 -v ~/data:/root/data centos:7

docker run -it --name=c4 -v ~/data:/root/data centos:7

3.3 配置数据卷容器

数据卷容器：

• 创建一个容器，挂载一个目录，让其他容器继承自该容器（--volume-from）
• 通过简单方式实现数据卷配置

多容器进行数据交换

• 多个容器挂载同一个数据卷--->多个数据卷挂载到同一个数据卷容器

步骤：

• 创建启动c3数据卷容器，使用-v参数，设置数据卷

  docker run -it --name=c3 -v /volume centos:7 /bin/bash

• 创建启动c1、c2容器，使用--volumes-from参数 设置数据卷

  docker run it --name=c1 --valumes-from c3 centos:7 /bin/bash

  docker run it --name=c2 --valumes-from c3 centos:7 /bin/bash

4. Docker应用部署

4.1 MySQL部署

• 需求：在Docker容器中部署MySQL，并通过外部MySQL客户端操作MySQL Server

• 容器和外部机器通信：

  • 容器内的网络服务和外部机器不能直接通信
  • 外部机器和宿主机可以直接通信
  • 宿主机和容器可以直接通信
  • 当容器中的网络服务需要被外部机器访问时，可以将容器中提供服务的端口映射到宿主机的端口上。外部机器访问宿主机的该端口，从而间接访问容器的服务。这种操作称为：端口映射

• 实现步骤：

  • 搜索MySQL镜像

    docker search mysql

  • 拉取MySQL镜像

    docker pull mysql:5.6

  • 创建容器，设置端口映射、目录映射

    # 在/root目录下创建mysql目录用于存储mysql数据信息
    mkdir ~/mysql
    cd ~/mysql
    

    docker run -id \
    -p 3307:3306 \
    --name=c_mysql \
    -v $PWD/conf:/etc/mysql/conf.d \
    -v $PWD/logs:/logs \
    -v $PWD/data:/var/lib/mysql \
    -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 \
    mysql:5.6
    

    • 参数说明：
      • -p 3307:3306：将容器的 3306 端口映射到宿主机的 3307 端口。
      • -v $PWD/conf:/etc/mysql/conf.d：将主机当前目录下的 conf/my.cnf 挂载到容器的 /etc/mysql/my.cnf。配置目录
      • -v $PWD/logs:/logs：将主机当前目录下的 logs 目录挂载到容器的 /logs。日志目录
      • -v $PWD/data:/var/lib/mysql ：将主机当前目录下的data目录挂载到容器的 /var/lib/mysql 。数据目录
      • -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456：初始化 root 用户的密码。

  • 进入容器，操作mysql

    docker exec –it c_mysql /bin/bash

  • 使用外部机器连接容器中的mysql

4.2 Tomcat部署

• 需求：在Docker容器中部署Tomcat，并通过外部机器访问Tomcat部署的项目

• 实现步骤：

  • 搜索tomcat镜像

    docker search tomcat

  • 拉取tomcat镜像

    docker pull tomcat

  • 创建容器，设置端口映射、目录映射

    # 在/root目录下创建tomcat目录用于存储tomcat数据信息
    mkdir ~/tomcat
    cd ~/tomcat
    

    docker run -id --name=c_tomcat \
    -p 8080:8080 \
    -v $PWD:/usr/local/tomcat/webapps \
    tomcat
    

  • 参数说明：

    • -p 8080:8080：将容器的8080端口映射到主机的8080端口
    • -v $PWD:/usr/local/tomcat/webapps：将主机中当前目录挂载到容器的webapps

  • 使用外部机器访问tomcat

4.3 Nginx部署

• 需求：在Docker容器中部署Nginx，并通过外部机器访问Nginx

• 实现步骤：

  • 搜索nginx镜像

    docker search nginx

  • 拉取nginx镜像

    docker pull nginx

  • 创建容器，设置端口映射、目录映射

    # 在/root目录下创建nginx目录用于存储nginx数据信息
    mkdir ~/nginx
    cd ~/nginx
    mkdir conf
    cd conf
    # 在~/nginx/conf/下创建nginx.conf文件,粘贴下面内容
    vim nginx.conf
    

    user  nginx;
    worker_processes  1;
    
    error_log  /var/log/nginx/error.log warn;
    pid        /var/run/nginx.pid;
    
    events {
    	worker_connections  1024;
    }
    
    http {
      include       /etc/nginx/mime.types;
      default_type  application/octet-stream;
    
      log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
    
      access_log  /var/log/nginx/access.log  main;
    
      sendfile        on;
      #tcp_nopush     on;
    
      keepalive_timeout  65;
    
      #gzip  on;
    
      include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
    }
    

    docker run -id --name=c_nginx \
    -p 80:80 \
    -v $PWD/conf/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf \
    -v $PWD/logs:/var/log/nginx \
    -v $PWD/html:/usr/share/nginx/html \
    nginx
    

  • 参数说明：

    • -p 80:80：将容器的 80端口映射到宿主机的 80 端口。
    • -v $PWD/conf/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf：将主机当前目录下的 /conf/nginx.conf 挂载到容器的 :/etc/nginx/nginx.conf。配置目录
    • -v $PWD/logs:/var/log/nginx：将主机当前目录下的 logs 目录挂载到容器的/var/log/nginx。日志目录

  • 使用外部机器访问nginx

4.4 Redis部署

• 需求：在Docker容器中部署Redis，并通过外部机器访问Redis

• 实现步骤：

  • 搜索redis镜像

    docker search redis

  • 拉取redis镜像

    docker pull redis:5.0

  • 创建容器，设置端口映射

    docker run -id --name=c_redis -p 6379:6379 redis:5.0

  • 使用外部机器连接redis

    redis-cli.exe -h 192.168.149.135 -p 6379

5. Dockerfile

5.1 Docker镜像原理

• 思考：

  • Docker镜像本质是什么？
  • Docker中一个centos镜像为什么只有200MB,而一个centos操作系统的iso文件要几个G?
  • Docker中一个tomcat镜像为什么有500MB,而一个tomcat安装包只有70多MB?

• 操作系统组成部分：

  • 进程调度子系统
  • 进程通信子系统
  • 内存管理子系统
  • 设备管理子系统
  • 文件管理子系统
  • 网络通信子系统
  • 作业控制子系统

• Linux文件系统由bootfs和rootfs两部分组成

  

  • bootfs：包含bootloader(引导加载程序)和kernel(内核)
  • rootfs：root文件系统，包含的就是典型Linux系统中的/dev，/proc，/bin，/etc等标准目录和文件
  • 不同的Linux发行版，bootfs基本一样，而rootfs不同，如ubuntu，centos等

• 镜像原理：

  

  • Docker镜像是由特殊的文件系统叠加而成
  • 最底端是bootfs,并使用宿主机的bootfs
  • 第二层是root文件系统rootfs,称为base image
  • 再往上可以叠加其他的镜像文件
  • 统一文件系统(Union File System)技术能够将不同的层整合成一个文件系统，为这些层提供了一个统一的视角，这样就隐藏了多层的存在，在用户的角度看来，只存在一个文件系统。
  • 一个镜像可以放在另一个镜像的上面。位于下面的镜像称为父镜像，最底部的镜像成为基础镜像。
  • 当从一个镜像启动容器时，Docker会在最顶层加载一个读写文件系统作为容器

• 思考答案详解：

  • Docker镜像本质是什么？
    • 是一个分层文件系统
  • Docker中一个centos镜像为什么只有200MB,而一个centos操作系统的iso文件要几个G?
    • CentOS的iso镜像文件包含bootfs和rootfs,而docker的CentOS镜像复用操作系统的bootfs,只有rootfs和其他镜像层
  • Docker中一个tomcat镜像为什么有500MB,而一个tomcat安装包只有70多MB?
    • 由于docker中镜像是分层的，tomcat虽然只有70多MB,但他需要依赖于父镜像和基础镜像，所有整个对外暴露的tomcat镜像大小500多MB

• Docker镜像如何制作

  • 容器转为镜像

    docker commit 容器id 镜像名称：版本号

    因为镜像不能直接传输，因此转换为压缩文件

    docker save -o 压缩文件名称 镜像名称:版本号

    docker load -i 压缩文件名称

5.2 Dockerfile概念及作用

• Dockerfile是一个文本文件
• 包含了一条条的指令
• 每一条指令构建一层，基于基础镜像，最终构建出一个新的镜像
• 对于开发人员：可以为开发团队提供一个完全一致的开发环境
• 对于测试人员：可以直接拿开发时所构建的镜像或者通过Dockerfile文件构建一个新的镜像开始工作了
• 对于运维人员：在部署时，可以实现应用的无缝移植

5.3 Dockerfile关键字

关键字	作用	备注
FROM	指定父镜像	指定dockerfile基于那个image构建
MAINTAINER	作者信息	用来标明这个dockerfile谁写的
		用来标明dockerfile的标签 可以使用Label代替Maintainer 最终都是在docker image基本信息中可以查看
RUN	执行命令	执行一段命令 默认是/bin/sh 格式: RUN command 或者 RUN ["command" , "param1","param2"]
CMD	容器启动命令	提供启动容器时候的默认命令 和ENTRYPOINT配合使用.格式 CMD command param1 param2 或者 CMD ["command" , "param1","param2"]
ENTRYPOINT	入口	一般在制作一些执行就关闭的容器中会使用
COPY	复制文件	build的时候复制文件到image中
ADD	添加文件	build的时候添加文件到image中 不仅仅局限于当前build上下文 可以来源于远程服务
ENV	环境变量	指定build时候的环境变量 可以在启动的容器的时候 通过-e覆盖 格式ENV name=value
ARG	构建参数	构建参数 只在构建的时候使用的参数 如果有ENV 那么ENV的相同名字的值始终覆盖arg的参数
VOLUME	定义外部可以挂载的数据卷	指定build的image那些目录可以启动的时候挂载到文件系统中 启动容器的时候使用 -v 绑定 格式 VOLUME ["目录"]
EXPOSE	暴露端口	定义容器运行的时候监听的端口 启动容器的使用-p来绑定暴露端口 格式: EXPOSE 8080 或者 EXPOSE 8080/udp
WORKDIR	工作目录	指定容器内部的工作目录 如果没有创建则自动创建 如果指定/ 使用的是绝对地址 如果不是/开头那么是在上一条workdir的路径的相对路径
USER	指定执行用户	指定build或者启动的时候 用户 在RUN CMD ENTRYPONT执行的时候的用户
HEALTHCHECK	健康检查	指定监测当前容器的健康监测的命令 基本上没用 因为很多时候 应用本身有健康监测机制
ONBUILD	触发器	当存在ONBUILD关键字的镜像作为基础镜像的时候 当执行FROM完成之后 会执行 ONBUILD的命令 但是不影响当前镜像 用处也不怎么大
STOPSIGNAL	发送信号量到宿主机	该STOPSIGNAL指令设置将发送到容器的系统调用信号以退出。
SHELL	指定执行脚本的shell	指定RUN CMD ENTRYPOINT 执行命令的时候 使用的shell

5.4 案例

• 发布SpringBoot项目案例
  • 需求：定义dockerfile，发布SpringBoot项目
  • 实现步骤：
    • 定义父镜像：FROM java:8
    • 定义作者信息：MAINTAINER mark <hackertyper@163.com>
    • 将jar包添加到容器：ADD springboot.jar app.jar
    • 定义容器启动执行的命令：CMD java -jar app.jar
    • 镜像构建：docker build -f ./springboot_dockerfile -t app
    • 创建容器运行：docker run -id -p 9000:8080 app
• 自定义CentOS7镜像案例
  • 需求：
    • 默认登录路径为/usr
    • 可以使用vim
  • 实现步骤
    • 定义父镜像：FROM centos:7
    • 定义作者信总：MAINTAINER mark <hackertyper@163.com>
    • 执行安装vim命令：RUN yum install-y vim
    • 定义默认的工作目录：WORKDIR /usr
    • 定义容器启动执行的命令：CMD /bin/bash
    • 镜像构建：docker build -f ./centos_dockerfile -t mark_centos:1 .
    • 创建容器运行：docker run -it --name=c1 mark_centos:1

6. Docker服务编排

6.1 服务编排概念

微服务架构的应用系统种一般包含若干个微服务，每个微服务一般都会部署多个实例，如果每个微服务都要手动启停，维护的工作量会很大

• 要从Dockerfile build image或者去dockerhub拉取image
• 要创建多个container
• 要管理这些container(启动停止删除)

服务编排：按照一定的业务规则批量管理容程

6.2 Docker Compose概述

Docker Compose是一个编排多容器分布式部署的工具，提供命令集管理容器化应用的完整开发周期，包括服务构建，启动和停止。使用步骤：

1. 利用Dockerfile定义运行环境镜像
2. 使用docker-compose.yml定义组成应用的各服务
3. 运行docker--compose up启动应用

6.3 Docker Compose安装与使用

①安装Docker Compose

# Compose目前已经完全支持Linux、Mac OS和Windows，在我们安装Compose之前，需要先安装Docker。下面我 们以编译好的二进制包方式安装在Linux系统中。
curl -L https://github.com/docker/compose/releases/download/1.22.0/docker-compose-`uname -s`-`uname -m` -o /usr/local/bin/docker-compose
# 设置文件可执行权限
chmod +x /usr/local/bin/docker-compose
# 查看版本信息
docker-compose -version

②卸载Docker Compose

# 二进制包方式安装的，删除二进制文件即可
rm /usr/local/bin/docker-compose

③使用docker compose编排nginx+springboot项目

1. 创建docker-compose目录

   mkdir ~/docker-compose
   cd ~/docker-compose
   

2. 编写 docker-compose.yml 文件

   version: '3'
   services:
     nginx:
      image: nginx
      ports:
       - 80:80
      links:
       - app
      volumes:
       - ./nginx/conf.d:/etc/nginx/conf.d
     app:
       image: app
       expose:
         - "8080"
   

3. 创建./nginx/conf.d目录

   mkdir -p ./nginx/conf.d

4. 在./nginx/conf.d目录下 编写mark.conf文件

   server {
       listen 80;
       access_log off;
   
       location / {
           proxy_pass http://app:8080;
       }
   }
   

5. 在~/docker-compose 目录下 使用docker-compose 启动容器

   docker-compose up

   后台启动：docker-compose up -d

6. 测试访问

   http://192.168.21.129/books/1

7. Docker私有仓库

Docker官方的Docker hub(https:/hub.docker.com)是一个用于管理公共镜像的仓库，我们可以从上面拉取镜像到本地，也可以把我们自己的镜像推送上去。但是，有时候我们的服务器无法访问互联网，或者你不希望将自己的镜像放到个公网当中，那么我们就需要搭建自己的私有仓库来存储和管理自己的镜像。

7.1 私有仓库搭建

# 1、拉取私有仓库镜像
docker pull registry
# 2、启动私有仓库容器
docker run -id --name=registry -p 5000:5000 registry
# 3、打开浏览器 输入地址http://私有仓库服务器ip:5000/v2/_catalog，看到{"repositories":[]} 表示私有仓库 搭建成功
# 4、修改daemon.json  
vim /etc/docker/daemon.json    
# 在上述文件中添加一个key，保存退出。此步用于让 docker 信任私有仓库地址；注意将私有仓库服务器ip修改为自己私有仓库服务器真实ip
{"insecure-registries":["私有仓库服务器ip:5000"]}
# 5、重启docker 服务
systemctl restart docker
docker start registry

7.2 将镜像上传到私有仓库

# 1、标记镜像为私有仓库的镜像    
docker tag centos:7 私有仓库服务器IP:5000/centos:7

# 2、上传标记的镜像    
docker push 私有仓库服务器IP:5000/centos:7

7.3 从私有仓库拉取镜像

#拉取镜像
docker pull 私有仓库服务器ip:5000/centos:7

8. Docker相关概念

docker容器虚拟化与传统虚拟机比较

• 容器就是将软件打包成标准化单元，以用于开发、交付和部署。

  • 容器镜像是轻量的、可执行的独立软件包，包含软件运行所需的所有内容：代码、运行时环境、系统工具、系统库和设置。
  • 容器化软件在任何环境中都能够始终如一地运行。
  • 容器赋予了软件独立性，使其免受外在环境差异的影响，从而有助于减少团队间在相同基础设施上运行不同软件时的冲突。

  

• 相同：

  • 容器和虚拟机具有相似的资源隔离和分配优势

• 不同：

  • 容器虚拟化的是操作系统（软件），虚拟机虚拟化的是硬件。
  • 传统虚拟机可以运行不同的操作系统，容器只能运行同一类型操作系统。

  特性	容器	虚拟机
  启动	秒级	分钟级
  硬盘使用	一般为MB	一般为GB
  性能	接近原生	弱于
  系统支持量	单机支持上千个容器	一般几十个