Docker学习

简介:
主要通过这本书进行学习,这个本书是开源可以在Gitbook上面能找到,Star的数量不少,搜索很容易能够找到。为什么学习它因为发现它对环境管理非常方便,只需要一个镜像就能快速复制相同的环境,对于运维方面或者开发测试方面都非常便捷,节省大量的时间与精力,这个才是最重要的。
更新日志:
- 2017-10-21 Init

一、什么是 Docker

Docker 最初是 dotCloud 公司创始人 Solomon Hykes 在法国期间发起的一个公司内部项目,它是基于 dotCloud 公司多年云服务技术的一次革新,主要是业务不太乐观,于是就把项目开源出来,获得大家的喜爱与追捧。

Docker 使用 Google 公司推出的 Go 语言 进行开发实现,基于 Linux 内核的 cgroup,namespace,以及 AUFS 类的 Union FS 等技术,对进程进行封装隔离,属于 操作系统层面的虚拟化技术。由于隔离的进程独立于宿主和其它的隔离的进程,因此也称其为容器。最初实现是基于 LXC,从 0.7 以后开始去除 LXC,转而使用自行开发的 libcontainer,从 1.11 开始,则进一步演进为使用 runC 和 containerd。

Docker 在容器的基础上,进行了进一步的封装,从文件系统、网络互联到进程隔离等等,极大的简化了容器的创建和维护。使得 Docker 技术比虚拟机技术更为轻便、快捷。

下面的图片比较了 Docker 和传统虚拟化方式的不同之处。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;而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,而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。

二、 相比于其他虚拟方式为什么要选用Docker呢?

  1. 更高效的利用系统资源。由于容器不需要进行硬件虚拟以及运行完整操作系统等额外开销,Docker 对系统资源的利用率更高。无论是应用执行速度、内存损耗或者文件存储速度,都要比传统虚拟机技术更高效。因此,相比虚拟机技术,一个相同配置的主机,往往可以运行更多数量的应用。
  2. 更快速的启动时间。 传统的虚拟机技术启动应用服务往往需要数分钟,而 Docker 容器应用,由于直接运行于宿主内核,无需启动完整的操作系统,因此可以做到秒级、甚至毫秒级的启动时间。大大的节约了开发、测试、部署的时间。
  3. 一致的运行环境。开发过程中一个常见的问题是环境一致性问题。由于开发环境、测试环境、生产环境不一致,导致有些 bug 并未在开发过程中被发现。而 Docker 的镜像提供了除内核外完整的运行时环境,确保了应用运行环境一致性,从而不会再出现 「这段代码在我机器上没问题啊」 这类问题。
  4. 持续交付和部署。 对开发和运维(DevOps)人员来说,最希望的就是一次创建或配置,可以在任意地方正常运行。使用 Docker 可以通过定制应用镜像来实现持续集成、持续交付、部署。开发人员可以通过 Dockerfile 来进行镜像构建,并结合 持续集成(Continuous Integration) 系统进行集成测试,而运维人员则可以直接在生产环境中快速部署该镜像,甚至结合 持续部署(Continuous Delivery/Deployment) 系统进行自动部署。而且使用 Dockerfile 使镜像构建透明化,不仅仅开发团队可以理解应用运行环境,也方便运维团队理解应用运行所需条件,帮助更好的生产环境中部署该镜像。

三、Docker的基本概念

  • 镜像(Image)
  • 容器(Container)
  • 仓库(Repository)

镜像

我们都知道,操作系统分为内核和用户空间。对于 Linux 而言,内核启动后,会挂载 root 文件系统为其提供用户空间支持。而 Docker 镜像(Image),就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:14.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 14.04 最小系统的 root 文件系统。

Docker 镜像是一个特殊的文件系统,除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外,还包含了一些为运行时准备的一些配置参数(如匿名卷、环境变量、用户等)。镜像不包含任何动态数据,其内容在构建之后也不会被改变。

因为镜像包含操作系统完整的 root 文件系统,其体积往往是庞大的,因此在 Docker 设计时,就充分利用 Union FS 的技术,将其设计为分层存储的架构。所以严格来说,镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件,镜像只是一个虚拟的概念,其实际体现并非由一个文件组成,而是由一组文件系统组成,或者说,由多层文件系统联合组成,这样了设计将文件尽可能地轻量化。

镜像构建时,会一层层构建,前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变,后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如,删除前一层文件的操作,实际不是真的删除前一层的文件,而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候,虽然不会看到这个文件,但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此,在构建镜像的时候,需要额外小心,每一层尽量只包含该层需要添加的东西,任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。

分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层,然后进一步添加新的层,以定制自己所需的内容,构建新的镜像。

Docker 容器

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实例一样,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。

容器的实质是进程,但与直接在宿主执行的进程不同,容器进程运行于属于自己的独立的 命名空间。因此容器可以拥有自己的 root 文件系统、自己的网络配置、自己的进程空间,甚至自己的用户 ID 空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里,使用起来,就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。也因为这种隔离的特性,很多人初学 Docker 时常常会把容器和虚拟机搞混。

前面讲过镜像使用的是分层存储,容器也是如此。每一个容器运行时,是以镜像为基础层,在其上创建一个当前容器的存储层,我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为容器存储层。

容器存储层的生存周期和容器一样,容器消亡时,容器存储层也随之消亡。因此,任何保存于容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。
按照 Docker 最佳实践的要求,容器不应该向其存储层内写入任何数据,容器存储层要保持无状态化。所有的文件写入操作,都应该使用 数据卷(Volume)、或者绑定宿主目录,在这些位置的读写会跳过容器存储层,直接对宿主(或网络存储)发生读写,其性能和稳定性更高。

数据卷的生存周期独立于容器,容器消亡,数据卷不会消亡。因此,使用数据卷后,容器可以随意删除、重新 run,数据却不会丢失。

Docker仓库

镜像构建完成后,可以很容易的在当前宿主上运行,但是,如果需要在其它服务器上使用这个镜像,我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务,Docker Registry 就是这样的服务。

一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库(Repository);每个仓库可以包含多个标签(Tag);每个标签对应一个镜像。

通常,一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像,而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签,将以 latest 作为默认标签。

以 Ubuntu 镜像 为例,ubuntu 是仓库的名字,其内包含有不同的版本标签,如,14.04, 16.04。我们可以通过 ubuntu:14.04,或者 ubuntu:16.04 来具体指定所需哪个版本的镜像。如果忽略了标签,比如 ubuntu,那将视为 ubuntu:latest。

仓库名经常以 两段式路径 形式出现,比如 jwilder/nginx-proxy,前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名,后者则往往是对应的软件名。但这并非绝对,取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务。

公用仓库 Docker Registry

  • Docker官方仓库: Docker Hub(Docker默认链接的仓库)
  • 网易云镜像服务
  • DaoCloud 镜像市场
  • 阿里云镜像库

私有仓库 Docker Registry

用户还可以在本地搭建私有 Docker Registry。Docker 官方提供了 Docker Registry 镜像,可以直接使用做为私有 Registry 服务。

四、安装Docker

Docker版本

Docker 划分为 CE 和 EE。CE 版本即社区版(免费,支持周期三个月),EE 即企业版,强调安全,付费使用。

Docker CE 每月发布一个 edge 版本 (17.03, 17.04, 17.05...),每三个月发布一个 stable 版本 (17.03, 17.06, 17.09...),Docker EE 和 stable 版本号保持一致,但每个版本提供一年维护。

Ubantu安装Docker

Ubantu是官方推荐的Linux系统,由于内核比较新,可以很好地支持功能,比较稳定。

1.自动安装

$ curl -fsSL get.docker.com -o get-docker.sh
$ sudo sh get-docker.sh --mirror Aliyun

执行这个命令后,脚本就会自动的将一切准备工作做好,并且把 Docker 安装在系统中。

2.启动Docker

sudo systemctl enable docker
$ sudo systemctl start docker

3.建立 docker 用户组

默认情况下,docker 命令会使用 Unix socket 与 Docker 引擎通讯。而只有 root 用户和 docker 组的用户才可以访问 Docker 引擎的 Unix socket。出于安全考虑,一般 Linux 系统上不会直接使用 root 用户。因此,更好地做法是将需要使用 docker 的用户加入 docker 用户组。

建立 docker 组:

$ sudo groupadd docker

将当前用户加入 docker 组:

$ sudo usermod -aG docker $USER

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,但由于内核版本比较低,部分功能(如 overlay2 存储层驱动)无法使用,并且部分功能可能不太稳定。

1.卸载旧版本

旧版本的 Docker 称为 docker 或者 docker-engine,使用以下命令卸载旧版本:

$ sudo yum remove docker \
                  docker-common \
                  docker-selinux \
                  docker-engine

2.安装Docker

下面部分于Ubantu的操作相同;

添加内核参数

默认配置下,如果在 CentOS 使用 Docker CE 看到下面的这些警告信息:

WARNING: bridge-nf-call-iptables is disabled
WARNING: bridge-nf-call-ip6tables is disabled

请添加内核配置参数以启用这些功能。

$ sudo tee -a /etc/sysctl.conf <<-EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF

然后重新加载 sysctl.conf 即可

$ sudo sysctl -p

Windows10安装Docker

Docker CE 支持 64 位版本的 Windows 10 Pro,且必须开启 Hyper-V。

  1. 点击以下链接下载 stable 或 edge 版本的 Docker CE。下载好之后双击 Docker for Windows Installer.exe 开始安装。
  2. 点击 Docker for Windows 开始运行。

五、安装Docker加速器

国内访问 Docker Hub 有时会遇到困难,此时可以配置镜像加速器。Docker官方和国内很多云服务商都提供了加速器服务,下面都有Linux、Mac、Windows配置说明。

六、安装镜像

1. 获取镜像/拉取镜像

从 Docker Registry 获取镜像的命令是 docker pull。其命令格式为:

docker pull [选项] [Docker Registry地址]<仓库名>:<标签>

例如:

$ docker pull ubuntu:14.04 

上面的命令中没有给出 Docker Registry 地址,因此将会从 Docker Hub 获取镜像。而镜像名称是 ubuntu:14.04,因此将会获取官方镜像 library/ubuntu 仓库中标签为 14.04 的镜像。
从下载过程中可以看到我们之前提及的分层存储的概念,镜像是由多层存储所构成。下载也是一层层的去下载,并非单一文件。下载过程中给出了每一层的 ID 的前 12 位。并且下载结束后,给出该镜像完整的 sha256 的摘要,以确保下载一致性。

2. 运行镜像

有了镜像后,我们就可以以这个镜像为基础启动一个容器来运行。以上面的 ubuntu:14.04 为例,如果我们打算启动里面的 bash 并且进行交互式操作的话,可以执行下面的命令。

$ docker run -it --rm ubuntu:14.04 bash
root@e7009c6ce357:/# cat /etc/os-release
NAME="Ubuntu"
VERSION="14.04.5 LTS, Trusty Tahr"
ID=ubuntu
ID_LIKE=debian
PRETTY_NAME="Ubuntu 14.04.5 LTS"
VERSION_ID="14.04"
HOME_URL="http://www.ubuntu.com/"
SUPPORT_URL="http://help.ubuntu.com/"
BUG_REPORT_URL="http://bugs.launchpad.net/ubuntu/"
root@e7009c6ce357:/# exit
exit
$

docker run 就是运行容器的命令,具体格式我们会在后面的章节讲解,我们这里简要的说明一下上面用到的参数。

  • -it:这是两个参数,一个是 -i:交互式操作,一个是 -t 终端。我们这里打算进入 bash 执行一些命令并查看返回结果,因此我们需要交互式终端。
  • --rm:这个参数是说容器退出后随之将其删除。默认情况下,为了排障需求,退出的容器并不会立即删除,除非手动 docker rm。我们这里只是随便执行个命令,看看结果,不需要排障和保留结果,因此使用 --rm 可以避免浪费空间。
  • ubuntu:14.04:这是指用 ubuntu:14.04 镜像为基础来启动容器。
  • bash:放在镜像名后的是命令,这里我们希望有个交互式 Shell,因此用的是 bash。

进入容器后,我们可以在 Shell 下操作,执行任何所需的命令。这里,我们执行了 cat /etc/os-release,这是 Linux 常用的查看当前系统版本的命令,从返回的结果可以看到容器内是 Ubuntu 14.04.5 LTS 系统。

最后我们通过 exit 退出了这个容器。

列出镜像

$docker images
REPOSITORY           TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
redis                latest              5f515359c7f8        5 days ago          183 MB
nginx                latest              05a60462f8ba        5 days ago          181 MB
mongo                3.2                 fe9198c04d62        5 days ago          342 MB
<none>               <none>              00285df0df87        5 days ago          342 MB
ubuntu               16.04               f753707788c5        4 weeks ago         127 MB
ubuntu               latest              f753707788c5        4 weeks ago         127 MB
ubuntu               14.04               1e0c3dd64ccd        4 weeks ago         188 MB

使用docker images查看已经拉取下来的镜像。列表包含了仓库名、标签、镜像 ID、创建时间以及所占用的空间。镜像 ID 则是镜像的唯一标识,一个镜像可以对应多个标签。因此,在上面的例子中,我们可以看到 ubuntu:16.04 和 ubuntu:latest 拥有相同的 ID,因为它们对应的是同一个镜像。

镜像体积,如果仔细观察,会注意到,这里标识的所占用空间和在 Docker Hub 上看到的镜像大小不同。比如,ubuntu:16.04 镜像大小,在这里是 127 MB,但是在 Docker Hub 显示的却是 50 MB。这是因为 Docker Hub 中显示的体积是压缩后的体积。在镜像下载和上传过程中镜像是保持着压缩状态的,因此 Docker Hub 所显示的大小是网络传输中更关心的流量大小。而 docker images 显示的是镜像下载到本地后,展开的大小,准确说,是展开后的各层所占空间的总和,因为镜像到本地后,查看空间的时候,更关心的是本地磁盘空间占用的大小。另外一个需要注意的问题是,docker images 列表中的镜像体积总和并非是所有镜像实际硬盘消耗。由于 Docker 镜像是多层存储结构,并且可以继承、复用,因此不同镜像可能会因为使用相同的基础镜像,从而拥有共同的层。由于 Docker 使用 Union FS,相同的层只需要保存一份即可,因此实际镜像硬盘占用空间很可能要比这个列表镜像大小的总和要小的多。

虚悬镜像,上面的镜像列表中,还可以看到一个特殊的镜像,这个镜像既没有仓库名,也没有标签,均为 。这个镜像原本是有镜像名和标签的,原来为 mongo:3.2,随着官方镜像维护,发布了新版本后,重新 docker pull mongo:3.2 时,mongo:3.2 这个镜像名被转移到了新下载的镜像身上,而旧的镜像上的这个名称则被取消,从而成为了 。除了 docker pull 可能导致这种情况,docker build 也同样可以导致这种现象。由于新旧镜像同名,旧镜像名称被取消,从而出现仓库名、标签均为 的镜像。这类无标签镜像也被称为 虚悬镜像(dangling image) ,可以用下面的命令专门显示这类镜像。

$ docker images -f dangling=true
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
<none>              <none>              00285df0df87        5 days ago          342 MB

一般来说,虚悬镜像已经失去了存在的价值,是可以随意删除的,可以用下面的命令删除。

$ docker rmi $(docker images -q -f dangling=true)

中间层镜像,为了加速镜像构建、重复利用资源,Docker 会利用 中间层镜像。所以在使用一段时间后,可能会看到一些依赖的中间层镜像。默认的 docker images 列表中只会显示顶层镜像,如果希望显示包括中间层镜像在内的所有镜像的话,需要加 -a 参数。

$ docker images -a

这样会看到很多无标签的镜像,与之前的虚悬镜像不同,这些无标签的镜像很多都是中间层镜像,是其它镜像所依赖的镜像。这些无标签镜像不应该删除,否则会导致上层镜像因为依赖丢失而出错。实际上,这些镜像也没必要删除,因为之前说过,相同的层只会存一遍,而这些镜像是别的镜像的依赖,因此并不会因为它们被列出来而多存了一份,无论如何你也会需要它们。只要删除那些依赖它们的镜像后,这些依赖的中间层镜像也会被连带删除。

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