10分鐘快速掌握Docker必備基礎知識
帶著心里的一點點疑問，讓我們一起來學習Docker吧。
沒有虛擬化技術的原始年代
我們仔細想想，在沒有計算虛擬化技術的“遠古”年代，如果我們要部署一個應用程序(Application)，一般的步驟是怎么樣的？
第一步肯定是先要準備一臺物理服務器，然后在物理服務器上安裝一個操作系統(Operating System)，有了操作系統之后，便在操作系統上安裝運行我們的應用程序，這個過程可以用下面的圖來表示：
物理服務器部署應用示意圖
那么，這種方式有什么問題呢？其實，在物理機上部署應用有以下幾個缺點：
- 部署非常慢：因為我們得先準備硬件服務器，接著還要安裝操作系統，然后再部署應用程序，而且應用程序還有很多的依賴軟件，所以這個過程是比較慢的。
- 成本非常高：主要是物理器成本太高，即使是部署一個簡單的應用，也需要一臺服務器。
- 資源浪費：如果應用太簡單，也容易浪費硬件資源，比如CPU和內存
- 遷移和擴展太慢：如果需要遷移應用，或者擴展應用，都要再準備其他的物理服務器，過程很麻煩，也很慢。
那么有什么辦法可以解決這些問題呢？答案便是虛擬化技術。
使用虛擬機部署應用程序的年代
什么是虛擬化技術
談到計算機的虛擬化技術，我們直接想到的便是虛擬機，虛擬機允許我們在一臺物理計算機模擬出多臺機器,簡單地理解，虛擬化技術就是在一臺物理計算機上，通過中間虛擬軟件層Hypervisor隔離CPU、內存等硬件資源，虛擬出多臺虛擬服務器，這樣做的話，一臺物理服務器便可以安裝多個應用程序，達到資源利用的最大化，而且多個應用之間相互隔離，如下圖所示：
虛擬機上部署應用示意圖
虛擬機的優點
- 可以把資源分配到不同的虛擬機，達到硬件資源的最大化利用
- 與直接在物理機上部署應用，虛擬機更容易擴展應用。
- 云服務:通過虛擬機虛擬出不同的物理資源，可以快速搭建云服務。
虛擬機的不足之處
虛擬機的不足之處在于對物理服務器資源的消耗，當我們在物理服務器創建一臺虛擬機時，便需要虛擬出一套硬件并在上面運行完整的操作系統，每臺虛擬機都占用許多的服務器資源。
Docker是什么？
相對于虛擬機的笨重，Docker則更顯得輕量化，因此不會占用太多的系統資源。
Docker是使用時下很火的Golang語言進行開發的，其技術核心是Linux內核的Cgroup,Namespace和AUFS類的Union FS等技術，這些技術都是Linux內核中早已存在很多年的技術，所以嚴格來說Docker并不是一個完全創新的技術，Docker通過這些底層的Linux技術，對Linux進程進行封裝隔離，而被隔離的進程也被稱為容器，完全獨立于宿主機的進程。
所以Docker是容器技術的一種實現，也是操作系統層面的一種虛擬化，與虛擬機通過一套硬件再安裝操作系統完全不同。
docker容器與系統關系示意圖
Docker與虛擬機之間的比較
Docker是在操作系統進程層面的隔離，而虛擬機是在物理資源層面的隔離，兩者完全不同，另外，我們也可以通過下面的一個比較，了解兩者的根本性差異。
容器與虛擬機的比較【摘自《Docker-從入門到實踐》】
從上面的容器與虛擬機的對比中，我們明白了容器技術的優勢。
容器解決了開發與生產環境的問題
開發環境與生產環境折射的是開發人員與運維人員之間的矛盾，也許我們常常會聽到開發人員對運維人員說的這樣一句話：“在我的電腦運行沒問題，怎么到了你那里就出問題了，肯定是你的問題”，而運維人員則認為是開發人員的問題。
開發人員需要在本機安裝各種各樣的測試環境，因此開發的項目需要軟件越多，依賴越多，安裝的環境也就越復雜。
同樣的，運維人員需要為開發人員開發的項目提供生產環境，而運維人員除了應對軟件之間的依賴，還需要考慮安裝軟件與硬件之間的兼容性問題。
就是這樣，所以我們經常看到開發與運維相互甩鍋，怎么解決這個問題呢？
容器就是一個不錯的解決方案，容器能成為開發與運維之間溝通的語言，因為容器就像一個集裝箱一樣，提供了軟件運行的最小化環境，將應用與其需要的環境一起打包成為鏡像，便可以在開發與運維之間溝通與傳輸。
Docker的版本
Docker分為社區版(CE)和企業版(EE)兩個版本，社區版本可以免費使用，而企業版則需要付費使用，對于我們個人開發者或小企業來說，一般是使用社區版的。
Docker CE有三個更新頻道，分別為stable、test、nightly，stable是穩定版本，test是測試后的預發布版本，而nightly則是開發中準備在下一個版本正式發布的版本，我們可以根據自己的需求下載安裝。
如何安裝Docker?
好了，通過前面的介紹，我們應該對Docker有了初步的了解，下面開始進入Docker的學習之旅了。
而學習Docker的第一步，從安裝Docker運行環境開始，我們以Docker的社區版本(CE)安裝為例。
Docker社區版本提供了Mac OS,Microsoft Windows和Linux(Centos,Ubuntu,Fedora,Debian)等操作系統的安裝包，同時也支持在云服務器上的安裝，比如AWS Cloud。
在Windows系統上安裝
Docker Desktop for Windows
Docker為Windows提供了一個桌面應用程序管理的安裝包(Docker Desktop for Windows)，不過對系統有以下幾點要求：
- 必須是64位Windows10專業版，企業版，教育版，構建在15063或更高版本，
- 在BIOS中啟用虛擬化。通常，默認情況下啟用虛擬化。
- 至少有4GB內存。
- CPU支持SLAT。
如果操作系統滿足上面的要求，則可以直接下載安裝包直接安裝，在安裝成功后，Docker并不會自動啟動，需要我們自己啟動，我們可以在開始菜單中找到Docker，如下圖，單擊啟動便可啟動。
Docker Toolbox
如果系統達不到上面的要求，比如說你用的是Windows 7操作系統，這時候要想使用Docker，便需要借助Docker Toolbox，Docker Toolbox是Docker提供的在比較舊的Mac OS,Windows操作系統上安裝Docker環境的工具集。
Docker Toolbox包括docker-cli(就是我們在終端使用的docker命令行工具)，docker-compose(多容器管理工具),docker-mecahine，VirtualBox(虛擬機)，Kitematic(docker的GUI管理工具)。
本質上使用Docker Toolbox安裝Docker環境，實際上是在VirtualBox中創建一個Linux虛擬機，并在虛擬機上安裝Docker。
另外，在安裝過程中會開啟Windows的Hyper-V模塊(Windows操作系統實現虛擬化的一種技術)，這里面有個要注意的點是如果開啟了Hyper-V，則VirtualBox不再生效了。
在Mac OS上安裝
如同Windows操作系統一樣，Docker為Mac OS也一樣提供一個桌面應用程序(Docker Desktop for Mac)，比較簡單，從docker官網上下載Dokcer.dmg安裝，打開Docker.dmg，如下圖所示：
直接拖動Docker圖標便完成了安裝。
對于比較老的Mac OS操作系統，也可以像Windows一樣，使用Docker Toolbox，這點可以參考上面的介紹。
在Mac OS上安裝完成之后，在Application中找到Docker圖標，雙擊打開便可以啟動Docker了，如下：
在Linux上安裝
在Linux操作系統上的安裝，主要以Centos7為例，其他Linux系統的發行版本，如Ubuntu，Debian，Fedora等，可以自行查詢Docker的官方文檔。
刪除舊的docker版本
可能有些Linux預先安裝Docker，但一般版本比較舊，所以可以先執行以下代碼來刪除舊版本的Docker。
- $ sudo dnf remove docker \
- docker-client \
- docker-client-latest \
- docker-common \
- docker-latest \
- docker-latest-logrotate \
- docker-logrotate \
- docker-selinux \
- docker-engine-selinux \
- docker-engine
- 復制代碼
指定安裝版本
- $ sudo yum-config-manager \
- --add-repo \
- https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
- 復制代碼
使用yum安裝docker
- $ sudo yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io
- 復制代碼
啟動docker服務器
- # 啟動docker守護進程
- $ sudo systemctl start docker
- 復制代碼
測試安裝是否成功
通過上面幾種方式安裝了Docker之后，我們可以通過下面的方法來檢測安裝是否成功。
打印docker版本
- # 打印docker版本
- $ docker version
- 復制代碼
拉取鏡像并運行容器
- # 拉取hello-world鏡像
- docker pull hello-world
- # 使用hello-world運行一個容器
- docker run hello-world
- 復制代碼
運行上面的命令之后，如果有如下圖所示的輸出結果，則說明安裝已經成功了。
Docker的基本概念
鏡像(Image)、容器(Container)與倉庫(Repository)，這三個是docker中最基本也是最核心的概念，對這三個概念的掌握與理解，是學習docker的關鍵。
鏡像(Image)
什么是Docker的鏡像？
Docker本質上是一個運行在Linux操作系統上的應用，而Linux操作系統分為內核和用戶空間，無論是Centos還是Ubuntu，都是在啟動內核之后，通過掛載Root文件系統來提供用戶空間的,而Docker鏡像就是一個Root文件系統。
Docker鏡像是一個特殊的文件系統，提供容器運行時所需的程序、庫、資源、配置等文件，另外還包含了一些為運行時準備的一些配置參數（如匿名卷、環境變量、用戶等）。
鏡像是一個靜態的概念，不包含任何動態數據，其內容在構建之后也不會被改變。
下面的命令是一些對鏡像的基本操作，如下：
查看鏡像列表
- # 列出所有鏡像
- docker image ls
- 復制代碼
由于我們前面已經拉取了hello-world鏡像，所以會輸出下面的內容：
- REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
- hello-world latest fce289e99eb9 7 months ago 1.84kB
- 復制代碼
下面的命令也一樣可以查看本地的鏡像列表，而且寫法更簡潔。
- # 列表所有鏡像
- docker images
- 復制代碼
從倉庫拉取鏡像
前面我們已經演示過使用docker pull命令拉取了hello-world鏡像了，當然使用docker image pull命令也是一樣的。
一般默認是從Docker Hub上拉取鏡像的，Docker Hub是Docker官方提供的鏡像倉庫服務(Docker Registry)，有大量官方或第三方鏡像供我們使用，比如我們可以在命令行中輸入下面的命令直接拉取一個Centos鏡像：
- docker pull centos
- 復制代碼
docker pull命令的完整寫法如下：
- docker pull [選項] [Docker Registry 地址[:端口號]/]倉庫名[:標簽]
- 復制代碼
拉取一個鏡像，需要指定Docker Registry的地址和端口號，默認是Docker Hub，還需要指定倉庫名和標簽，倉庫名和標簽唯一確定一個鏡像，而標簽是可能省略，如果省略，則默認使用latest作為標簽名，另外，倉庫名則由作者名和軟件名組成。
那么，我們上面使用centos，那是因為省略作者名，則作者名library,表示Docker官方的鏡像，所以上面的命令等同于：
- docker pull library/centos:latest
- 復制代碼
因此，如果拉取非官方的第三方鏡像，則需要指定完整倉庫名，如下：
- docker pull mysql/mysql-server:latest
- 復制代碼
運行鏡像
使用docker run命令，可以通過鏡像創建一個容器，如下：
- docker run -it centos /bin/bash
- 復制代碼
刪除鏡像
當本地有些鏡像我們不需要時，那我們也可以刪除該鏡像，以節省存儲空間，不過要注意，如果有使用該鏡像創建的容器未刪除，則不允許刪除鏡像。
- # image_name表示鏡像名，image_id表示鏡像id
- dockere image rm image_name/image_id
- 復制代碼
刪除鏡像的快捷命令：
- docker rmi image_name/image_id
- 復制代碼
好了，關于Docker鏡像的相關知識，我們就簡單地介紹到這里，有機會的話，我們單獨寫一篇文章來談談，特別構建Docker鏡像部分的相關知識，有必要深入再學習一下。
容器(Container)
Docker的鏡像是用于生成容器的模板，鏡像分層的，鏡像與容器的關系，就是面向對象編程中類與對象的關系，我們定好每一個類，然后使用類創建對象，對應到Docker的使用上，則是構建好每一個鏡像，然后使用鏡像創建我們需要的容器。
啟動和停止容器
啟動容器有兩種方式，一種是我們前面已經介紹過的，使用docker run命令通過鏡像創建一個全新的容器，如下：
- docker run hello-world
- 復制代碼
另外一種啟動容器的方式就是啟動一個已經停止運行的容器：
- # container_id表示容器的id
- docker start container_id
- 復制代碼
要停止正在運行的容器可以使用docker container stop或docker stop命令，如下：
- # container_id表示容器的id
- docker stop container_id
- 復制代碼
查看所有容器
如果要查看本地所有的容器，可以使用docker container ls命令：
- # 查看所有容器
- docker container ls
- 復制代碼
查看所有容器也有簡潔的寫法，如下：
- # 查看所有容器
- docker ps
- 復制代碼
刪除容器
我們也可以使用docker container rm命令，或簡潔的寫法docker rm命令來刪除容器，不過不允許刪除正在運行的容器，因此如果要刪除的話，就必須先停止容器。
- # container_id表示容器id,通過docker ps可以看到容器id
- $ docker rm container_id
- 復制代碼
當我們需要批量刪除所有容器，可以用下面的命令：
- # 刪除所有容器
- docker rm $(docker ps -q)
- 復制代碼
- # 刪除所有退出的容器
- docker container prune
- 復制代碼
進入容器
- # 進入容器,container_id表示容器的id,command表示linux命令,如/bin/bash
- docker exec -it container_id command
- 復制代碼
倉庫(Repository)
在前面的例子中，我們使用兩種方式構建鏡像，構建完成之后，可以在本地運行鏡像，生成容器，但如果在更多的服務器運行鏡像呢？很明顯，這時候我們需要一個可以讓我們集中存儲和分發鏡像的服務，就像Github可以讓我們自己存儲和分發代碼一樣。
Docker Hub就是Docker提供用于存儲和分布鏡像的官方Docker Registry，也是默認的Registry，其網址為https://hub.docker.com，前面我們使用docker pull命令便從Docker Hub上拉取鏡像。
Docker Hub有很多官方或其他開發提供的高質量鏡像供我們使用，當然，如果要將我們自己構建的鏡像上傳到Docker Hub上，我們需要在Docker Hub上注冊一個賬號，然后把自己在本地構建的鏡像發送到Docker Hub的倉庫當中，Docker Registry包含很多個倉庫，每個倉庫對應多個標簽，不同標簽對應一個軟件的不同版本。
Docker的組成與架構
在安裝好并啟動了Docker之后，我們可以使用在命令行中使用docker命令操作docker，比如我們使用如下命令打印docker的版本信息。
- docker verion
- 復制代碼
其結果如下：
從上面的圖中，我們看到打出了兩個部分的信息：Client和Server。
這是因為Docker跟大部分服務端軟件一樣(如MySQL)，都是使用C/S的架構模型，也就是通過客戶端調用服務器，只是我們現在剛好服務端和客戶端都在同一臺機器上而已。
因此，我們可以使用下面的圖來表示Docker的架構，DOCKER_HOST是Docker server，而Clinet便是我們在命令中使用docker命令。
Docker Engine
docker server為客戶端提供了容器、鏡像、數據卷、網絡管理等功能，其實，這些功能都是由Docker Engine來實現的。
- dockerd:服務器守護進程。
- Client docker Cli：命令行接口
- REST API：除了cli命令行接口，也可以通過REST API調用docker
下面是Docker Engine的示例圖：
小結
作為一名開發人員，在學習或開發過程中，總需要安裝各種各樣的開發環境，另外，一個技術團隊在開發項目的過程，也常常需要統一開發環境，這樣可能避免環境不一致引發的一些問題。
雖然使用虛擬機可以解決上面的問題，但虛擬機太重，對宿主機資源消耗太大，而作為輕量級容器技術，Docker可以簡單輕松地解決上述問題，讓開發環境的安裝以及應用的部署變得非常簡單，而且使用Docker，比在虛擬機安裝操作系統，要簡單得多。
