Docker概述与基础入门

1. 什么是Docker？

Docker 是一个开源的平台，用于自动化应用程序的构建、部署和管理。它允许开发人员通过将应用程序及其依赖项打包成容器镜像，从而确保应用可以在任何环境中一致地运行。Docker 容器是轻量级的、可移植的、且具有高度隔离性的虚拟化环境。它们是运行在操作系统级别的，不同于传统的虚拟机（VM），Docker 容器共享主机的内核，因此具有更低的资源开销。

Docker的核心概念：

镜像（Image）：Docker 镜像是一个只读模板，用于创建容器。镜像包含了应用程序的运行环境、依赖项和配置文件。每个镜像都是由多个层次组成的，每一层通常都是基于另一个镜像构建的。镜像是创建容器的蓝图，可以通过 Dockerfile 来定义。
容器（Container）：容器是镜像的一个运行实例。容器包含了应用程序及其运行环境，并在隔离的环境中运行。每个容器在运行时都会有自己的文件系统、网络设置和进程。
Docker引擎（Docker Engine）：Docker引擎是一个客户端-服务器架构的应用程序，它负责构建、运行、管理容器，并与Docker守护进程交互。Docker引擎包括两个主要组件：
- 守护进程（Docker Daemon）：负责管理容器的生命周期，包括创建、运行、停止和删除容器。
- 客户端（Docker CLI）：用户与 Docker 交互的命令行工具。用户通过客户端向 Docker 守护进程发送指令。

为什么选择Docker？

跨平台性：Docker容器可以在任何支持Docker的操作系统上运行，无论是Linux、Windows还是macOS。这使得开发人员能够在本地开发并且能够保证应用程序能够在生产环境中无缝运行。
快速启动：容器启动速度远远快于传统虚拟机，因为它们共享主机操作系统的内核，而不需要启动整个操作系统。
隔离性：每个容器运行在独立的用户空间，互不干扰。这使得多个应用程序能够在同一台机器上运行，而不会相互影响。
资源效率：Docker容器的资源开销较小，不需要虚拟化整个操作系统，因此比虚拟机更轻量级。

2. Docker的工作原理：容器与镜像

Docker的工作原理是基于容器化的理念，而容器本质上是操作系统层级的虚拟化。容器通过共享宿主操作系统的内核来提供隔离，避免了虚拟机所需的额外硬件资源，因此更为高效。

镜像（Image）与容器（Container）的关系：

镜像是静态的、不可变的，通常由多个层组成。每一层代表对应用的某个变更（如安装软件、修改配置等）。镜像是通过Dockerfile构建的。
容器是镜像的一个运行实例。容器在启动时从镜像创建，容器拥有独立的文件系统、网络、进程空间和资源限制，但它们与主机操作系统共享内核。容器在运行时可以修改文件系统，但修改不会影响镜像本身，容器退出后，文件系统会被清理。

Docker的工作流程：

创建镜像：使用Dockerfile定义应用程序的环境，构建镜像。Dockerfile是一个文本文件，包含了构建镜像的所有指令。你可以使用命令如docker build来构建镜像。
推送镜像到仓库：镜像构建完成后，你可以将其推送到 Docker Hub 或私有的 Docker 镜像仓库，便于其他人或其他环境使用。
创建容器：使用镜像创建容器。通过docker run命令，Docker会从镜像中创建一个容器实例，分配网络资源和文件系统，并启动应用程序。
运行与管理容器：容器可以启动、停止、重启、删除。docker start、docker stop、docker restart、docker rm等命令都用于容器的管理。

3. Docker与传统虚拟化的区别

传统的虚拟化技术如虚拟机（VM）通过在物理硬件上运行多个完整的操作系统来实现隔离。每个虚拟机都包含了完整的操作系统、应用程序以及必要的库文件，虚拟机之间是完全独立的。而Docker容器通过在操作系统层面进行隔离，多个容器共享宿主机的操作系统内核，因此比虚拟机更加轻量。

对比 Docker 与虚拟机：

特性	Docker	虚拟机（VM）
资源使用	较少，容器共享宿主机内核	高，每个虚拟机需要独立的操作系统
启动时间	几秒钟	数分钟
性能	接近原生性能	相对较低，因需要虚拟化整个操作系统
隔离性	容器共享操作系统内核，提供进程和文件系统的隔离	完全隔离，每个虚拟机有自己的内核
资源管理	通过cgroups与namespaces管理资源	通过hypervisor管理资源

Docker的优势：

轻量级：由于没有虚拟化操作系统，容器启动和销毁速度非常快。
高效性：容器共享宿主机内核，减少了资源开销。
更强的密度：同一台物理机上，可以运行更多的容器而不影响性能。

4. 安装与配置Docker（Windows、macOS、Linux）

Docker提供了适用于多个操作系统的安装包。无论是在Windows、macOS还是Linux系统上安装Docker，都有各自的安装方法和注意事项。

Windows与macOS安装

Windows安装：
- 需要启用Hyper-V（Windows 10 Professional及以上版本支持）。
- 下载Docker Desktop for Windows，并执行安装程序。
- 安装完成后，Docker Desktop会自动启动并运行Docker守护进程。
- 通过命令行执行docker --version检查Docker是否正确安装。
macOS安装：
- 在macOS上安装Docker Desktop需要macOS 10.13或更高版本。
- 下载Docker Desktop for Mac，安装并启动。
- 安装完成后，可以通过命令行检查Docker是否正常运行。

Linux安装

在Linux上，Docker的安装方法可能会因发行版的不同而有所区别。以Ubuntu为例，安装步骤如下：
1. 更新包索引：sudo apt-get update
2. 安装Docker依赖包：sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common
3. 添加Docker官方GPG密钥：curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
4. 添加Docker的APT仓库：sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"
5. 安装Docker：sudo apt-get update && sudo apt-get install docker-ce
6. 启动Docker并设置开机自启：sudo systemctl start docker && sudo systemctl enable docker
7. 验证安装：docker --version

5. 第一个Docker容器：`docker run hello-world`

创建第一个Docker容器是验证Docker是否正确安装的重要步骤。执行以下命令：

docker run hello-world

该命令会下载hello-world镜像，并创建一个容器运行它。Docker会打印一条消息，告知你Docker已成功安装并运行。

6. 常用命令概览

了解Docker的基本命令是开发人员的必备技能。以下是一些常用的命令及其用途：

docker ps：列出所有正在运行的容器。
```
docker ps
```
docker ps -a：列出所有容器（包括停止的容器）。
```
docker ps -a
```
docker images：列出本地Docker镜像。
```
docker images
```
docker exec：在运行中的容器中执行命令。
```
docker exec -it <container_id> /bin/bash
```
这个命令允许你进入容器并在其中执行交互式命令。
docker stop：停止容器。
```
docker stop <container_id>
```

实践环节：安装Docker Desktop并创建容器

步骤1：安装Docker Desktop（Windows/macOS）
- 按照上述安装步骤，成功安装并启动Docker Desktop。
步骤2：运行第一个容器
- 使用docker run hello-world验证Docker是否正常工作。
步骤3：使用docker ps, docker stop, docker rm管理容器
- 通过docker ps查看当前正在运行的容器。
- 使用docker stop停止容器。
- 使用docker rm删除停止的容器。