Docker

初识 Docker

什么是 Docker

微服务虽然具备各种各样的优势，但服务的拆分通用给部署带来了很大的麻烦。

分布式系统中，依赖的组件非常多，不同组件之间部署时往往会产生一些冲突。
在数百上千台服务中重复部署，环境不一定一致，会遇到各种问题

应用部署的环境问题

大型项目组件较多，运行环境也较为复杂，部署时会碰到一些问题：

依赖关系复杂，容易出现兼容性问题
开发、测试、生产环境有差异

例如一个项目中，部署时需要依赖于 node.js、Redis、RabbitMQ、MySQL 等，这些服务部署时所需要的函数库、依赖项各不相同，甚至会有冲突。给部署带来了极大的困难。

Docker 解决依赖兼容问题

而 Docker 确巧妙的解决了这些问题，Docker 是如何实现的呢？

Docker 为了解决依赖的兼容问题的，采用了两个手段：

将应用的 Libs（函数库）、Deps（依赖）、配置与应用一起打包
将每个应用放到一个隔离容器去运行，避免互相干扰

这样打包好的应用包中，既包含应用本身，也保护应用所需要的 Libs、Deps，无需再操作系统上安装这些，自然就不存在不同应用之间的兼容问题了。

虽然解决了不同应用的兼容问题，但是开发、测试等环境会存在差异，操作系统版本也会有差异，怎么解决这些问题呢？

Docker 解决操作系统环境差异

要解决不同操作系统环境差异问题，必须先了解操作系统结构。计算机系统结构如下：

计算机硬件：例如 CPU、内存、磁盘等
系统内核：所有 Linux 发行版的内核都是 Linux，例如 CentOS、Ubuntu、Fedora 等。内核可以与计算机硬件交互，对外提供内核指令，用于操作计算机硬件。
系统应用：操作系统本身提供的应用、函数库。这些函数库是对内核指令的封装，使用更加方便。

应用于计算机交互的流程如下：

应用调用操作系统应用（函数库），实现各种功能
系统函数库是对内核指令集的封装，会调用内核指令
内核指令操作计算机硬件

Ubuntu 和 CentOS 都是基于 Linux 内核，无非是系统应用不同，提供的函数库有差异。此时，如果将一个 Ubuntu 版本的 MySQL 应用安装到 CentOS 系统，MySQL 在调用 Ubuntu 函数库时，会发现找不到或者不匹配，就会报错了。

Docker 如何解决不同系统环境的问题？

Docker 将用户程序与所需要调用的系统（比如 Ubuntu）函数库一起打包
Docker 运行到不同操作系统时，直接基于打包的函数库，借助于操作系统的 Linux 内核来运行

什么是 Docker 小结

Docker 如何解决大型项目依赖关系复杂，不同组件依赖的兼容性问题？

Docker 允许开发中将应用、依赖、函数库、配置一起打包，形成可移植镜像
Docker 应用运行在容器中，使用沙箱机制，相互隔离

Docker如何解决开发、测试、生产环境有差异的问题？

Docker 镜像中包含完整运行环境，包括系统函数库，仅依赖系统的 Linux 内核，因此可以在任意 Linux 操作系统上运行

Docker 是一个快速交付应用、运行应用的技术，具备下列优势：

可以将程序及其依赖、运行环境一起打包为一个镜像，可以迁移到任意 Linux 操作系统
运行时利用沙箱机制形成隔离容器，各个应用互不干扰
启动、移除都可以通过一行命令完成，方便快捷

Docker 和虚拟机的区别

Docker 可以让一个应用在任何操作系统中非常方便的运行。而以前我们接触的虚拟机，也能在一个操作系统中，运行另外一个操作系统，保护系统中的任何应用。

虚拟机（virtual machine）是在操作系统中模拟硬件设备，然后运行另一个操作系统，比如在 Windows 系统里面运行 Ubuntu 系统，这样就可以运行任意的 Ubuntu 应用了。

Docker 仅仅是封装函数库，并没有模拟完整的操作系统

两者有什么差异呢？

Docker 是一个系统进程；虚拟机是在操作系统中的操作系统
Docker 体积小、启动速度快、性能好；虚拟机体积大、启动速度慢、性能一般

Docker 基本知识

镜像和容器

Docker 中有几个重要的概念：

镜像（Image）：Docker 将应用程序及其所需的依赖、函数库、环境、配置等文件打包在一起，称为镜像。
容器（Container）：镜像中的应用程序运行后形成的进程就是容器，只是 Docker 会给容器进程做隔离，对外不可见。

一切应用最终都是代码组成，都是硬盘中的一个个的字节形成的文件。只有运行时，才会加载到内存，形成进程。

镜像，就是把一个应用在硬盘上的文件、及其运行环境、部分系统函数库文件一起打包形成的文件包。这个文件包是只读的。
容器，就是将这些文件中编写的程序、函数加载到内存中允许，形成进程，只不过要隔离起来。

因此一个镜像可以启动多次，形成多个容器进程。

DockerHub

开源应用程序非常多，打包这些应用往往是重复的劳动。为了避免这些重复劳动，人们就会将自己打包的应用镜像，例如 Redis、MySQL 镜像放到网络上，共享使用，就像 GitHub 的代码共享一样。

DockerHub ：DockerHub 是一个官方的 Docker 镜像的托管平台。这样的平台称为 Docker Registry。
国内也有类似于 DockerHub 的公开服务，比如网易云镜像服务、阿里云镜像库等。

Docker 架构

我们要使用 Docker 来操作镜像、容器，就必须要安装 Docker。

Docker 是一个 CS 架构的程序，由两部分组成：

服务端（server）：Docker 守护进程，负责处理 Docker 指令，管理镜像、容器等
客户端（client）：通过命令或 RestAPI 向 Docker 服务端发送指令。可以在本地或远程向服务端发送指令。

Docker架构

配置 Docker

Docker 分为 CE 和 EE 两大版本。CE 即社区版（免费，支持周期 7 个月），EE 即企业版，强调安全，付费使用，支持周期 24 个月。

Docker CE 分为 stable test 和 nightly 三个更新频道。

官方网站上有各种环境下的安装指南，这里主要介绍 Docker CE 在 CentOS上的安装。

CentOS 安装 Docker

Docker CE 支持 64 位版本 CentOS 7，并且要求内核版本不低于 3.10， CentOS 7 满足最低内核的要求，所以我们在 CentOS 7 安装 Docker。

卸载 Docker（可选）

如果之前安装过旧版本的 Docker，可以使用下面命令卸载：

yum remove docker \
                  docker-client \
                  docker-client-latest \
                  docker-common \
                  docker-latest \
                  docker-latest-logrotate \
                  docker-logrotate \
                  docker-selinux \
                  docker-engine-selinux \
                  docker-engine \
                  docker-ce

安装 Docker

安装 yum 工具

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yum install -y yum-utils \
           device-mapper-persistent-data \
           lvm2 --skip-broken

然后更新本地镜像源：

# 设置docker镜像源
yum-config-manager \
    --add-repo \
    https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
    
sed -i 's/download.docker.com/mirrors.aliyun.com\/docker-ce/g' /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

yum makecache fast

然后输入命令：

1	yum install -y docker-ce

docker-ce 为社区免费版本。稍等片刻，docker 即可安装成功。

启动 Docker

Docker 应用需要用到各种端口，逐一去修改防火墙设置。学习时可以直接关闭防火墙。

# 关闭
systemctl stop firewalld
# 禁止开机启动防火墙
systemctl disable firewalld

通过命令启动 Docker：

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systemctl start docker  # 启动docker服务
systemctl stop docker  # 停止docker服务
systemctl restart docker  # 重启docker服务

然后输入命令，可以查看 Docker 版本：

docker -v

配置镜像加速

Docker 官方镜像仓库网速较差，我们需要设置国内镜像服务：

参考阿里云的镜像加速文档：https://cr.console.aliyun.com/cn-hangzhou/instances/mirrors

通过修改 daemon 配置文件 /etc/docker/daemon.json 来使用加速器

sudo mkdir -p /etc/docker
sudo tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'
{
  "registry-mirrors": ["https://578xeysa.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

Docker 的基本操作

镜像操作

镜像名称

首先来看下镜像的名称组成：

镜名称一般分两部分组成：[repository]:[tag]。
在没有指定 tag 时，默认是 latest，代表最新版本的镜像

镜像命令

常见的镜像操作命令如图：

Docker镜像操作命令

拉取、查看镜像

需求：从 DockerHub 中拉取一个 Nginx 镜像并查看

首先去镜像仓库搜索 Nginx 镜像，比如 DockerHub:
根据查看到的镜像名称，拉取自己需要的镜像，通过命令：docker pull nginx
通过命令：docker images 查看拉取到的镜像

保存镜像

需求：利用 docker save 将 Nginx 镜像导出磁盘，然后再通过 load 加载回来

利用 docker xx --help 命令查看 docker save 和 docker load 的语法。例如，查看save命令用法，可以输入命令：

1	docker save --help

命令格式：

1	docker save -o [保存的目标文件名称] [镜像名称]

使用 docker save 导出镜像到磁盘，运行命令：

1	docker save -o nginx.tar nginx:latest

导入镜像

先删除本地的 Nginx 镜像：

1	docker rmi nginx:latest

然后运行命令，加载本地文件：

1	docker load -i nginx.tar

容器操作

容器相关命令

容器操作的命令如图：

Docker容器相关命令

容器保护三个状态：

运行：进程正常运行
暂停：进程暂停，CPU 不再运行，并不释放内存
停止：进程终止，回收进程占用的内存、CPU 等资源

其中：

docker run：创建并运行一个容器，处于运行状态
docker pause：让一个运行的容器暂停
docker unpause：让一个容器从暂停状态恢复运行
docker stop：停止一个运行的容器
docker start：让一个停止的容器再次运行
docker rm：删除一个容器
docker logs ：查看容器日志的命令，添加 -f 参数可以持续查看日志
docker ps ：查看容器状态，-a 查看所有容器，包括已经停止的

创建并运行一个容器

创建并运行 Nginx 容器的命令：

1	docker run --name haloNginx -p 81:80 -d nginx

命令解读：

docker run ：创建并运行一个容器
--name : 给容器起一个名字，比如叫做 haloNginx
-p ：将宿主机端口与容器端口映射，冒号左侧是宿主机端口，右侧是容器端口
-d：后台运行容器
nginx：镜像名称，例如 nginx

这里的 -p 参数，是将容器端口映射到宿主机端口。

默认情况下，容器是隔离环境，我们直接访问宿主机的 81 端口，肯定访问不到容器中的 Nginx。

现在，将容器的 80 与宿主机的 81 关联起来，当我们访问宿主机的 81 端口时，就会被映射到容器的80，这样就能访问到 Nginx 了

进入容器并修改文件

需求：进入 Nginx 容器，修改 HTML 文件内容，添加“Halo World!”

提示：进入容器要用到 docker exec 命令。

① 进入容器。进入我们刚刚创建的 Nginx 容器的命令为：

1	docker exec -it haloNginx bash

命令解读：

docker exec ：进入容器内部，执行一个命令
-it : 给当前进入的容器创建一个标准输入、输出终端，允许我们与容器交互
haloNginx：要进入的容器的名称
bash：进入容器后执行的命令，bash 是一个 Linux 终端交互命令

② 进入 Nginx 的 HTML 所在目录 /usr/share/nginx/html

容器内部会模拟一个独立的 Linux 文件系统，看起来如同一个 Linux 服务器一样

Nginx 的环境、配置、运行文件全部都在这个文件系统中，包括我们要修改的 html 文件。

查看 DockerHub 网站中的 Nginx 页面，可以知道 Nginx 的 html 目录位置在 /usr/share/nginx/html

我们执行命令，进入该目录：

1	cd /usr/share/nginx/html

③ 修改 index.html 的内容

容器内没有 vi 命令，无法直接修改，我们用下面的命令来修改：

1	sed -i -e 's#Welcome to nginx#Halo World!#g' -e 's#<head>#<head><meta charset="utf-8">#g' index.html

数据卷（容器数据管理）

在之前的 Nginx 案例中，修改 Nginx 的 html 页面时，需要进入 Nginx 内部。并且因为没有编辑器，修改文件也很麻烦。

这就是因为容器与数据（容器内文件）耦合带来的后果。容器与数据耦合的问题：

不便于修改：当我们要修改 Nginx 的 html 内容时，需要进入容器内部修改，很不方便。
数据不可复用：在容器内的修改对外是不可见的。所有修改对新创建的容器是不可复用的。
升级维护困难：数据在容器内，如果要升级容器必然删除旧容器，所有数据都跟着删除了

要解决这个问题，必须将数据与容器解耦，这就要用到数据卷了。

什么是数据卷

数据卷（volume）是一个虚拟目录，指向宿主机文件系统中的某个目录。

一旦完成数据卷挂载，对容器的一切操作都会作用在数据卷对应的宿主机目录了。

这样，我们操作宿主机的 /var/lib/docker/volumes/html 目录，就等于操作容器内的 /usr/share/nginx/html 目录了

数据集操作命令

数据卷操作的基本语法如下：

1	docker volume [COMMAND]

docker volume 命令是数据卷操作，根据命令后跟随的 command 来确定下一步的操作：

create ：创建一个 volume
inspect ：显示一个或多个 volume 的信息
ls ：列出所有的 volume
prune ：删除未使用的 volume
rm ：删除一个或多个指定的 volume

创建和查看数据卷

① 创建数据卷

1	docker volume create nginx-html

② 查看所有数据

1	docker volume ls

③ 查看数据卷详细信息卷

1	docker volume inspect nginx-html

可以看到，我们创建的 nginx-html 这个数据卷关联的宿主机目录为 /var/lib/docker/volumes/nginx-html/_data 目录。

挂载数据卷

我们在创建容器时，可以通过 -v 参数来挂载一个数据卷到某个容器内目录，命令格式如下：

docker run \
  --name halo-nginx \
  -v nginx-html:/usr/share/nginx/html \
  -p 81:80
  nginx \

这里的 -v 就是挂载数据卷的命令。-v nginx-html:/root/htm ：把 nginx-html 数据卷挂载到容器内的 /root/html 这个目录中

需求：创建一个 Nginx 容器，修改容器内的 html 目录内的 index.html 内容

分析：上个案例中，我们进入 Nginx 容器内部，已经知道 Nginx 的 html 目录所在位置 /usr/share/nginx/html ，我们需要把这个目录挂载到 html 这个数据卷上，方便操作其中的内容。

① 创建容器并挂载数据卷到容器内的 HTML 目录

1	docker run --name halo-nginx -v nginx-html:/usr/share/nginx/html -p 81:80 -d nginx

② 进入 nginx-html 数据卷所在位置，并修改 HTML 内容

# 查看html数据卷的位置
docker volume inspect nginx-html
# 进入该目录
cd /var/lib/docker/volumes/nginx-html/_data
# 修改文件
vi index.html

数据卷不存在会自动创建

挂载本地目录

容器不仅仅可以挂载数据卷，也可以直接挂载到宿主机目录上。关联关系如下：

带数据卷模式：宿主机目录 → 数据卷 → 容器内目录
直接挂载模式：宿主机目录 → 容器内目录

目录挂载与数据卷挂载的语法是类似的：

-v [宿主机目录]:[容器内目录]
-v [宿主机文件]:[容器内文件]

需求：创建并运行一个 MySQL 容器，将宿主机目录直接挂载到容器

拉取 MySQL 镜像
创建目录 /develop/docker-volumes/halo-mysql/data
创建目录 /develop/docker-volumes/halo-mysql/conf ，并在其中创建 halo.conf，内容如下
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5
[mysqld]
skip-name-resolve
character_set_server=utf8
datadir=/var/lib/mysql
server-id=1000

进行挂载

docker run \
  --name halo-mysql \
  -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=halo \
  -p 3307:3306 \
  -v /develop/docker-volumes/halo-mysql/conf/halo.conf:/etc/mysql/conf.d/halo.conf \
  -v /develop/docker-volumes/halo-mysql/data:/var/lib/mysql \
  -d \
  mysql:latest

Dockerfile 自定义镜像

镜像结构

镜像是将应用程序及其需要的系统函数库、环境、配置、依赖打包而成。

基础镜像（Base Image）：应用依赖的系统函数库、环境、配置、文件等
层（ Layer ）：在 Base Image 基础上添加安装包、依赖、配置等，每次操作都形成新的一层。
入口（Entry Point）：镜像运行入口，一般是程序启动的脚本和参数

简单来说，镜像就是在系统函数库、运行环境基础上，添加应用程序文件、配置文件、依赖文件等组合，然后编写好启动脚本打包在一起形成的文件。

我们要构建镜像，其实就是实现上述打包的过程。

Dockerfile 语法

构建自定义的镜像时，并不需要一个个文件去拷贝，打包。

我们只需要告诉 Docker，我们的镜像的组成，需要哪些 Base Image、需要拷贝什么文件、需要安装什么依赖、启动脚本是什么，将来 Docker 会帮助我们构建镜像。

而描述上述信息的文件就是 Dockerfile 文件。

Dockerfile 就是一个文本文件，其中包含一个个的指令（Instruction），用指令来说明要执行什么操作来构建镜像。每一个指令都会形成一层 Layer。

指令	说明	示例
FROM	指定基础镜像	`FROM centos:6`
ENV	设置环境变量，可在后面指令使用	`ENV key value`
COPY	拷贝本地文件到镜像的指定目录	`COPY ./mysql-5.7.rpm /tmp`
RUN	执行 Linux 的 shell 命令，一般是安装过程的命令	`RUN yum install gcc`
EXPOSE	指定容器运行时监听的端口，是给镜像使用者看的	`EXPOSE 8080`
ENTRYPOINT	镜像中应用的启动命令，容器运行时调用	`ENTRYPOINT java -jar xx.jar`

更新详细语法说明，请参考官网文档： https://docs.docker.com/engine/reference/builder

直接构建 Java 项目

需求：基于 Ubuntu 镜像构建一个新镜像，运行一个 Java 项目

Linux 下新建一个空文件夹 docker-demo
拷贝 docker-demo.jar 文件到 docker-demo 这个目录
拷贝 jdk8.tar.gz 文件到 docker-demo 这个目录

拷贝 Dockerfile 到 docker-demo 这个目录，其中的内容如下：

# 指定基础镜像
FROM ubuntu:16.04
# 配置环境变量，JDK的安装目录
ENV JAVA_DIR=/usr/local

# 拷贝jdk和java项目的包
COPY ./jdk8.tar.gz $JAVA_DIR/
COPY ./docker-demo.jar /tmp/app.jar

# 安装JDK
RUN cd $JAVA_DIR \
 && tar -xf ./jdk8.tar.gz \
 && mv ./jdk1.8.0_144 ./java8

# 配置环境变量
ENV JAVA_HOME=$JAVA_DIR/java8
ENV PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin

# 暴露端口
EXPOSE 8090
# 入口，java项目的启动命令
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar

进入 docker-demo ，运行命令：
1
docker build -t javaweb:1.0 .
运行测试

基于 java8-alpine 构建 Java 项目

虽然我们可以基于 Ubuntu 基础镜像，添加任意自己需要的安装包，构建镜像，但是却比较麻烦。所以大多数情况下，我们都可以在一些安装了部分软件的基础镜像上做改造。

例如，构建 Java 项目的镜像，可以在已经准备了JDK 的基础镜像基础上构建。

需求：基于 java:8-alpine 镜像，将一个 Java 项目构建为镜像

实现思路如下：

新建一个空的目录，然后在目录中新建一个文件，命名为 Dockerfile
拷贝 docker-demo.jar 到这个目录中

编写 Dockerfile 文件，内容如下：

FROM java:8-alpine
COPY ./app.jar /tmp/app.jar
EXPOSE 8090
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar

进入 docker-demo ，运行命令：
1
docker build -t javaweb:2.0 .

Dockerfile 小结

Dockerfile 的本质是一个文件，通过指令描述镜像的构建过程
Dockerfile 的第一行必须是 FROM，从一个基础镜像来构建
基础镜像可以是基本操作系统，如 Ubuntu。也可以是其他人制作好的镜像，例如：java:8-alpine

Docker Compose

Docker Compose 可以基于 Compose 文件帮我们快速的部署分布式应用，而无需手动一个个创建和运行容器。

初识 Docker Compose

Compose 文件是一个文本文件，通过指令定义集群中的每个容器如何运行。格式如下：

version: "3.8"
 services:
  mysql:
    image: mysql:5.7.25
    environment:
     MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123 
    volumes:
     - "/tmp/mysql/data:/var/lib/mysql"
     - "/tmp/mysql/conf/hmy.cnf:/etc/mysql/conf.d/hmy.cnf"
  web:
    build: .
    ports:
     - "8090:8090"

上面的 Compose 文件就描述一个项目，其中包含两个容器：

mysql：一个基于 mysql:5.7.25 镜像构建的容器，并且挂载了两个目录
web：一个基于 docker build 临时构建的镜像容器，映射端口时 8090

Docker Compose 的详细语法参考官网：https://docs.docker.com/compose/compose-file/

其实 Docker Compose 文件可以看做是将多个 docker run 命令写到一个文件，只是语法稍有差异。

安装 Docker Compose

下载 docker-compose，Linux 下需要通过命令下载（速度较慢）：

1	curl -L https://github.com/docker/compose/releases/download/1.23.1/docker-compose-`uname -s`-`uname -m` > /usr/local/bin/docker-compose

修改文件权限
1
chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

配置 Base 自动补全命令

1	curl -L https://raw.githubusercontent.com/docker/compose/1.29.1/contrib/completion/bash/docker-compose > /etc/bash_completion.d/docker-compose

如果这里出现错误，需要修改自己的 hosts 文件：

1	echo "199.232.68.133 raw.githubusercontent.com" >> /etc/hosts

部署微服务集群

需求：将之前学习的 spring-cloud-demo 微服务集群利用 Docker Compose 部署

实现思路：

编写 docker-compose 文件
修改自己的 cloud-demo 项目，将数据库、nacos 地址都命名为 docker-compose 中的服务名
使用 maven 打包工具，将项目中的每个微服务都打包为 app.jar
将打包好的 app.jar 拷贝到 cloud-demo 中的每一个对应的子目录中
到 cloud-demo 目录，利用 docker-compose up -d 来部署

Docker 镜像仓库

搭建私有镜像仓库

搭建镜像仓库可以基于 Docker 官方提供的 Docker Registry 来实现。

官网地址：https://hub.docker.com/_/registry

简化版镜像仓库

Docker 官方的 Docker Registry 是一个基础版本的 Docker 镜像仓库，具备仓库管理的完整功能，但是没有图形化界面。

搭建方式比较简单，命令如下：

docker run -d \
    --restart=always \
    --name registry	\
    -p 5000:5000 \
    -v registry-data:/var/lib/registry \
    registry

命令中挂载了一个数据卷 registry-data 到容器内的 /var/lib/registry 目录，这是私有镜像库存放数据的目录。

访问 http://halo:5000/v2/_catalog 可以查看当前私有镜像服务中包含的镜像

带有图形化界面版本

使用 Docker Compose 部署带有图象界面的 Docker Registry，命令如下：

version: '3.0'
services:
  registry:
    image: registry
    volumes:
      - ./registry-data:/var/lib/registry
  ui:
    image: joxit/docker-registry-ui:static
    ports:
      - 8181:80
    environment:
      - REGISTRY_TITLE=Halo-Docker-Registry
      - REGISTRY_URL=http://registry:5000
    depends_on:
      - registry

配置 Docker 信任地址，私服采用的是 http 协议，默认不被 Docker 信任，所以需要做一个配置：

# 打开要修改的文件
vi /etc/docker/daemon.json
# 添加内容：
"insecure-registries":["http://halo:8181"]
# 重加载
systemctl daemon-reload
# 重启docker
systemctl restart docker

推送、拉取镜像

推送镜像到私有镜像服务必须先 tag，步骤如下：

① 重新 tag 本地镜像，名称前缀为私有仓库的地址：halo:8181/

1	docker tag nginx:latest halo:8181/nginx:1.0

② 推送镜像

1	docker push halo:8181/nginx:1.0

③ 拉取镜像

1	docker pull halo:8181/nginx:1.0