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docker的学习

7riss 2023-06-09 12:00:03
简介docker的学习

Docker学习笔记

一、为什么会有docker的出现?

假如正在开发一个项目,但是你使用的时一台笔记本电脑而且开发环境具有特定的配置,而其他开发人员身处的环境配置也各有不同,并且正在开发的应用依赖于你当前的配置或依赖于某些配置文件。

不仅如此,假如你所处的企业拥有标准化的测试和生产环境且具有自身的配置和一系列支持文件。

在这样的条件下,你希望尽可能多在本地模拟这些环节而不产生重新创建服务器环境的开销,请问要如何确保应用能够在这些环境中运行和通过质量检测并且在部署过程中不出现令人头疼的版本、配置问题、也无需重新编写代码和进行故障修复

这些问题简单地来说就是可能在你这里能够运行的代码在另一台机器上运行不了

针对这样的问题,我们可能会想到能不能软件带环境安装,也就是说把原始环境一模一样地复制过来。

解决方法就是使用容器

而Docker就能给出一个标准化的解决方案——系统平滑移植、容器虚拟化技术

Docker的出现使得Docker得以打破程序即应用的观念。透过镜像将作业系统核心除外,运作应用程序所需要的系统环境,由下而上打包,达到应用程式跨平台间的无缝接轨运作

二、什么是docker?

Docker是基于Go语言实现的云开源项目。

总的来说就是解决了运行环境和配置问题的软件容器,方便做持续集成并有助于整体发布的容器虚拟化技术

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(可以是一个WEB应用或数据库应用等等)及其运行环境能够做到”一次镜像,处处运行“

**Linux容器技术的出现就解决了这样一个问题,而Docker就是在它的基础上发展过来的。**将应用打成镜像,通过镜像成为运行在Docker容器上面的实例,二Docker容器在任何操作系统上都是一致的,这就实现了跨平台、跨服务器。只需要一次配置好环境,换到别的机子上就可以一键部署好,大大简化了操作

三、传统虚拟机技术和容器虚拟化技术的区别

1.传统虚拟机技术

虚拟机就是带环境安装的一种解决方案

它可以在一种操作系统里面运行另一种操作系统,比如在Windows10系统里面运行CentOS7。

应用程序对此毫无感知,因为虚拟机看上去跟真实系统一模一样,而对于底层系统来说,虚拟机就是一个普通文件,不需要了就删掉,对其它部分毫无影响。

这类虚拟机完美地运行了另一套系统,能够使应用程序、操作系统和硬件三者之间的逻辑不变

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虚拟机的缺点:

  • 资源占用多
  • 冗余步骤多
  • 启动慢

2.容器虚拟化技术

我们可以将docker理解为相当于一个轻量化VM,只保留了必要的虚拟内核,没有模拟虚拟磁盘之类的硬件

容器通过docker调用os的底层指令,所以共用一个os

例如Linux容器:

由于前面虚拟机存在某些缺点,Linux发展出另一种虚拟化技术——Linux容器

Linux容器是与系统其他部分隔离开的一系列过程,从另一个镜像运行并由该镜像提高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。(也就是最小的Linux所需要的资源等)

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地运行

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容器虚拟技术的优点:

Docker容器是在操作系统层面上实现虚拟化,直接复用本地主机的操作系统,而传统虚拟机则是在硬件层面实现虚拟化。与传统的虚拟机相比,Docker又是体现为启动速度快、占用体积小。

  • 更快速的应用交付和部署

传统的应用开发完成后,需要提供一堆安装程序和配置说明文档,安装部署后需根据配置文件进行繁杂的配置才能正常运行。Docker化之后只需要交付少量容器镜像文件,在正式生产环境加载镜像并允许即可,应用安装配置在镜像里已经配置好,大大节省部署配置和测试验证时间

  • 更便捷的升级和扩缩容

随着微服务架构和Docker的发展,大量应用会通过微服务方式架构,应用的开发构建将变成搭乐高积木一样,每个Docker容器将变成一块”积木“,应用的升级将变得非常容易。当现有的容器不足以支撑业务处理时,可通过镜像运行新的容器进行快速扩容,使应用系统的扩容从原先的天极变成分钟级甚至秒级

  • 更简单的系统运维

应用容器化运行后,生产环境运行的应用可与开发、测试环境的应用高度一致,容器会将应用程序相关的环境和状态完全封装起来,不会因为底层基础架构和操作系统的不一致性给应用带来影响,产生新的BUG。当出现程序异常时,也可以通过测试环境的相同容器进行快速定位和修复

  • 更高效的计算资源利用

Docker是内核级虚拟化,其不像传统的虚拟化技术一样需要额外的Hypervisor支持,所以再一台物理上可以运行很多个容器实例,可大大提升物理服务器的CPU和内存利用率

3.区别

  • 传统虚拟机技术是虚拟出一套硬件后,在其上运行一个完整操作系统,在该系统上再运行所需应用进程。
  • 容器内的应用进程直接运行于宿主的内核,容器内没有自己的内核且也没有进行硬件虚拟。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。
  • 每个容器之间互相隔离,每个容器都有自己的文件系统,容器之间进程不会互相影响,能区分计算资源

4.为什么Docker会比VM虚拟机快?

  1. Docker有着比虚拟机更少的抽象层

    由于Docker不需要Hyperversion(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

  2. 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费时费资源的过程,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

四、Docker的基本组成

镜像(Java的类模板)

容器(对象的实例)

仓库(存放镜像的地方)

1.镜像

Docker镜像(Image)就是一个只读的模板。镜像可以用来创建Docker容器,一个镜像可以创建很多容器。

它也相当于是一个root文件系统。比如官方镜像centos:7就包含了完整的一套centos:7最小系统的root文件系统。相当于容器的”源代码“,docker镜像文件类似于Java的类模板,而docker容器实例类于Java中new出来的实例对象

分层的镜像:

以我们的pull为例,在下载的过程中我们可以看到docker的镜像好像是在一层层地在下载

Docker镜像加载原理:

docker的镜像实际上由一层一层的文件系统组成,这种层级的文件系统称为UnionFS。

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系统一样,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有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

UnionFS(联合文件系统):

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地叠加,同时可以将不同目录下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联系,基于基础镜像(没有父镜像),可以制作各种具体的应用镜像。

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
镜像分层的优点:

镜像分成最大的一个好处就是共享资源,方便复制迁移,就是为了复用

比如说有多个镜像都从相同的base镜像构建而来,那么Docker Host只需在磁盘上保存一份base镜像;同时内存中也只需加载一份base镜像,就可以为所有容器服务了,而且镜像的每一层都可以被共享

Docker镜像层都是只读,容器层是可写的

当容器启动时,一个新的可写层被加载到镜像的顶部。这一层通常被称作“容器层”,“容器层”之下的都叫“镜像层”

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所有对容器的改动,无论是添加、删除,还是修改文件都只会发生在容器层。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

Docker镜像commit

docker commit提供容器副本使之成为一个新的镜像

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:[标签名]

例如ubuntu安装vim

  • 从Hub上下载ubuntu镜像到本地并运行成功
  • 原始的默认Ubuntu镜像是不带着vim命令的
  • 外网连通的情况下,安装vim
    • 更新我们的包管理工具 apt-get update
    • 安装我们需要的vim apt-get install vim
  • 安装完成后,commit我们自己的镜像

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-e25UF0WY-1682299127027)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230424085819595.png)]

  • 启动我们的新镜像并和原来的对比

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-K3LyRixn-1682299127027)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230424090207131.png)]

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MEmRwW9j-1682299127028)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230424090450514.png)]

总结

Docker中的镜像分层,支持通过扩展现有镜像,创建新的镜像。类似Java继承一个Base基础类,自己再按需扩展。新镜像是从base镜像一层一层叠加生成的。每安装一个软件,就在现有镜像的基础上增加一层。

2.容器

  • 从面向对象角度

    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,容器就像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

    就像是Java中的类和实例对象一样,镜像是静态的定义,容器是镜像运行时的实体。

    容器为镜像提供了一个标准的和隔离的运行环境,它可以被启动、开始、停止、删除。每个容器都是相互隔离的、保证安全的平台

  • 从镜像容器角度

    可以把容器看作是一个简易版的Linux环境(包括root用户权限、进程空间、用户空间 和网络空间等)和运行在其中的应用程序

3.仓库

仓库(Repository)是集中存放镜像文件的场所

类似于

Maven仓库,存放各种jar包的地方

github仓库,存放各种git项目的地方

Docker公司提供的官方registry被称为Docker Hub,存放各种镜像模板的地方

仓库分为空开仓库和私有仓库两种形式。

最大的公开仓库是Docker Hub,存放了数量庞大的镜像供用户下载。国内的公开仓库包括阿里云、网易云等

4.总结

Docker本身是一个容器运行载体或称之为管理引擎。我们把应用程序和配置依赖打包形成一个可交付的运行环境,这个打包好的运行环境就是image镜像文件。只有通过这个镜像文件才能生成Docker容器实例(类似于Java中new出来一个对象)

image文件可以看作是容器的模板。Docker根据image文件生成容器的实例。同一个image文件可以生成多个同时运行的容器实例

  • 镜像文件

image文件生成的容器实例,本身也是一个文件,称为镜像文件

  • 容器实例

一个容器运行一种服务,当我们需要的时候,就可以通过docker客户端创建一个对应的运行实例,也就是我们的容器

  • 仓库

就是放一堆镜像的地方,我们可以把镜像发布到仓库中,需要的时候再从仓库中拉去下来就可以了

五、Docker的工作原理

Docker是一个Client-Server结构的系统,Docker守护进程运行在主机上,然后通过Socket连接从客户端访问,守护进程从客户端接收命令并管理运行在主机上的容器。

容器是一个运行时环境,就是前面所说的集装箱。

Docker运行的基本流程:

  • 用户是使用Docker Client与Docker Daemon建立通信并发送请求给后者
  • Docker Daemon作为Docker架构中的主体部分,首先提供Docker Server的功能使其可以接受Docker Client的请求
  • 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。
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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

总结:通过client端后台守护进程、引擎调动、网络沟通、端口IP映射、网桥链接、域名空间管理等等,最终就是操控一个基于迷你版Linux的docker容器

docker的run干了什么?

Docker在本机中寻找该镜像

  • 本机中不存在该镜像,去Docker Hub上查找该镜像
    • 在Hub中找到该镜像,下载该镜像到本地,并以该镜像为模板生产容器实例运行
    • 在Hub中找不到该镜像,返回失败错误,查不到该镜像
  • 本机中存在该镜像,以该镜像为模板生产容器实例运行

六、Docker的安装

官网:docker官网:http://www.docker.com

仓库:Docker Hub官网:https://hub.docker.com/

Docker并非是一个通用的容器工具,它依赖于已存在的Linux内核环境

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,因此他执行的效率几乎等同于所部署的Linux主机。

因此,Docker必须部署在Linux内核的系统上,如果其他系统想部署Docker就必须安装一个虚拟Linux环境。

在Windows上部署Docker的方法都是先安装一个虚拟机,并在安装Linux系统的虚拟机中运行Docker。

具体步骤如下:

前提条件:目前,CentOS仅发行版本中的内核支持Docker。Docker运行在CentOS 7(64-bit)上,要求系统为64位、Linux系统内核版本位3.8以上,这里选用Centos7.x

查看自己的内核:

uname命令用于 打印当前系统相关信息(内核版本号、硬件架构、主机名称和操作系统类型等)

uname -r

1.在centOS7上安装Docker

https://docs.docker.com/engine/install/centos

具体安装步骤:

  1. 确定你是CentOS及以上版本
  2. 卸载docker旧版本
yum remove docker 
                  docker-client 
                  docker-client-latest 
                  docker-common 
                  docker-latest 
                  docker-latest-logrotate 
                  docker-logrotate 
                  docker-engine
  1. yum安装gcc相关
yum -y install gcc

yum -y install gcc-c++
  1. 安装需要的软件包
yum install -y yum-utils
  1. 设置stable镜像仓库

官网是下面这条命令,如果用这条命令会很慢

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

所以我们选择使用阿里云镜像

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

​ 6. 更新yum软件包索引

yum makecache fast

​ 7. 安装DOCKER CE

yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin
8. 启动docker
systemctl start docker

ps -ef|grep docker
9. 测试
docker version
docker run hello-world

看到以下内容说明安装成功

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-a0i31TAh-1682299127029)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230423132815664.png)]

  1. 卸载
systemctl stop docker
yum remove docker-ce docker-ce-cli containerd.io
rm -rf/var/lib/docker
rm -rf/var/lib/containerd

2.镜像加速器配置

  1. https://promotion.aliyun.com/ntms/act/kubernetes.html
  2. 注册一个属于自己的阿里云账户(可复用淘宝账号)
  3. 获得加速器地址链接
  4. 粘贴脚本直接执行(或者分步骤执行)
  5. 重启服务器

七、Docker常用命令

1.帮助启动类命令

#启动docker
systemctl start docker
#停止docker
systemctl stop docker
#重启docker
systemctl restart docker
#查看docker状态
systemctl status docker
#开机启动
systemctl enable docker
#查看docker概要信息
docker info
#查看docker总体帮助文档
docker --help
#查看docker命令帮助文档
docker 具体命令 --help

2.镜像命令

  1. 列出本地主机上的镜像

    docker images
    

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-d7w1Vzgq-1682299127030)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230423141427584.png)]

    列出的镜像信息如图所示:

    • REPOSITORY:表示镜像的仓库源
    • TAG:镜像的标签版本号
    • IMAGE ID:镜像ID
    • CREATED:镜像创建时间
    • SIZE:镜像大小

    命令后面可以跟选项,OPTIONS说明如下:

    • -a 列出本地所有镜像(含历史映像层)
    • -q:只显示镜像ID

    同一仓库源可以有多个TAG版本,代表这个仓库源的不同个版本,我们使用REPOSITORY:TAG来定义不同的镜像。如果你不指定一个镜像的版本标签,例如你只是用ubuntu,docker将默认使用ubuntu:latest镜像

    1. 查找镜像

      docker search [OPTIONS] 镜像名字
      

      网站:https://hub.docker.com

      查询到的镜像信息如下:

      • NAME:镜像名称
      • DESCRIPTION:镜像说明
      • STARS:点赞数量
      • OFFICIAL:是否是官方的
      • AUTOMATED:是否是自动构建的

      OPTIONS说明:

      –limit:只列出N个镜像,默认25个

      例如docker search --limit 5 redis

    2. 下载镜像

      docker pull 镜像名字
      docker pull 镜像名字 [:TAG]
      

      没有TAG就是最新版的等同于docker pull 镜像名字:latest

    3. 查看镜像/容器/数据卷所占空间

      docker system df 
      
    4. 删除镜像

      docker rmi 镜像名字/ID
      

      删除单个

      docker rmi -f 镜像ID

      删除多个

      docker rmi -f 镜像名1:TAG 镜像名2:TAG

      删除全部

      docker rmi -f $(docker images -qa)

3.容器命令

有镜像才能创建容器,所以在此之前我们要拉取一个镜像下来docker pull 镜像名字

  1. 新建+启动容器

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

    OPTIONS说明(常用):有些是有一个减号,有些是两个减号

    –name=“容器新名字” 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(后台运行)

    -i:以交互模式运行容器,通常与-t同时使用

    -t:为容器重新分配一个伪输入终端,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)

    -P:随机端口映射,大写P

    -p:指定端口映射,小写p

    • 为什么要交互,是因为启动之后可能要docker去完成一些命令,相当于启动虚拟机之后给我们一个终端输入我们想要的命令

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-aqtNetOj-1682299127032)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230423150312419.png)]

    • 使用镜像ubuntu/centos以交互模式启动一个容器,在容器内执行/bin/bash命

      ubuntu后面要接shell交互命令的接口

    ​ 这样子就是进入到了ubuntu里面

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-VWWXmNym-1682299127033)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230423150826729.png)]

    • 如果不去名字就会随机分配,所以我们现在给容器起一个名字

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dm0cq0su-1682299127034)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230423151404432.png)]

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rgi0Gv93-1682299127036)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230423151438877.png)]

  2. 列出当前所有正在运行的容器

    docker ps [OPTIONS]
    

    OPTIONS说明:

    • -a:列出当前正在运行的容器+历史上运行过的
    • -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,只显示出容器编号

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-RgZCWAWd-1682299127037)(D:DevelopmentTyporaimgimage-20230423151148644.png)]

  3. 退出容器

    #两种退出方式
    #1.run进去容器,exit退出,容器停止
    exit
    #2.run进去容器,ctrl+p+q退出,容器不停止
    
  4. 启动已停止运行的容器

    docker start 容器ID或者容器名
    
  5. 重启容器

    docker stop 容器ID或者容器名
    
  6. 停止容器

    docker stop 容器ID或者容器名
    
  7. 强制停止容器

    docker kill 容器ID或容器名
    
  8. 删除已停止的容器

    docker rm 容器ID
    

    一次性删除多个容器实例:

    docker rm -f $(docker ps -a -q)

    docker ps -a -q | xargs docker rm

  9. 启动守护式容器(后台服务器)

    在大部分的场景下,我们希望docker的服务是在后台运行的,我们可以通过-d指定容器的后台运行模式

    docker run -d 容器名
    

    例如,redis前后台启动演示case

    • 前台交互式启动 docker run -it redis:TAG
    • 后台守护式启动 docker run -d redis:TAG

    注意小问题:

    用镜像centos:latest以后台模式启动一个容器

    docker run -d centos

    问题:然后docker ps -a进行查看,会发现容器已经退出

    很重要地说明一点:Docker容器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(比如运行top.tail)就是会自动退出的。

    这个是docker的机制问题

    比如你的web容器,我们以nginx为例,正常情况下,我们配置启动服务只需要启动响应的service即可。

    例如service nginx start

    但是这样做nginx为后台进程模式运行就导致docker前台没有运行的应用,这样的容器后台启动后,会立即自杀因为它觉得它没事可做了

    所以最佳的解决方案是将你要运行的程序以前台进程的形式运行,常见的就是命令行模式,表示我还有交互操作

  10. 查看容器日志

    docker logs 容器ID
    
  11. 查看容器内运行的进程

    docker top 容器ID
    
  12. 查看容器内部细节

    docker inspect 容器ID
    
  13. 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
    docker attach 容器ID
    

    上述两个命令的区别:

    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

    例如用redis容器实例进入:

    docker exec -it 容器ID /bin/bash

    docker exec -it 容器ID redis-cli

    一般用-d后台启动的程序,再用exec进入对应容器实例

  14. 从容器内拷贝文件到主机上

    docker cp 容器ID:容器内路径 目的主机路径
    
  15. 导入导出容器

    export 到处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]
    

    例如:

    docker export 容器ID>文件名.tar

    cat 文件名.tar | docker import -镜像用户/镜像名:镜像版本号

风语者!平时喜欢研究各种技术,目前在从事后端开发工作,热爱生活、热爱工作。