理解 Docker 镜像与容器之间的关系

简介

本教程全面介绍了 Docker 镜像与容器之间的关系。它涵盖了构建、存储和管理 Docker 镜像的关键概念，以及创建、运行和监控 Docker 容器的方法。你将学习如何利用网络、卷和 Docker Compose 来构建和部署多容器应用程序。通过本指南的学习，你将深入了解 Docker 镜像和容器如何协同工作，以简化应用程序的部署和管理流程。

Skills Graph

Docker 简介：什么是 Docker 以及为何使用它？

Docker 是一个强大的开源平台，使开发者和 IT 专业人员能够以一致且高效的方式构建、部署和管理应用程序。它提供了一种标准化的软件打包和分发方式，让跨不同环境开发、测试和部署应用程序变得更加容易。

什么是 Docker？

Docker 是一个容器化平台，它允许你将应用程序及其依赖项打包成一个轻量级、可移植且自包含的单元，称为 Docker 容器。这些容器可以轻松地进行部署、扩展和管理，确保你的应用程序在从开发到生产的不同环境中都能一致地运行。

为何使用 Docker？

使用 Docker 有几个关键优势：

1. 一致性和可重复性：Docker 确保你的应用程序及其依赖项以相同的方式进行打包和部署，无论底层基础设施如何。这有助于消除“在我的机器上能运行”的问题，即一个应用程序在一个系统上运行良好，但在另一个系统上却不行。

2. 可扩展性和灵活性：Docker 容器轻量级，可以轻松地向上或向下扩展，从而更轻松地应对应用程序需求的波动。此外，Docker 的模块化设计使你能够轻松替换或更新应用程序的各个组件，而不会影响系统的其他部分。

3. 提高开发者生产力：Docker 通过为构建、测试和运行应用程序提供一致、隔离的环境，简化了开发和部署过程。这有助于减少设置和维护开发及生产环境所需的时间和精力。

4. 高效资源利用：Docker 容器共享主机操作系统的内核，这意味着它们可以快速启动和停止，并且比传统虚拟机使用更少的资源。这可以提高计算资源的使用效率并降低基础设施成本。

5. 可移植性和部署灵活性：Docker 容器可以轻松地在不同环境之间移动，从开发者的笔记本电脑到生产服务器，而无需担心底层基础设施的差异。这使得在各种环境中部署和管理应用程序变得更加容易，包括本地、云端或混合环境。

要开始使用 Docker，你需要在系统上安装 Docker 引擎。在本教程中，我们将使用 Ubuntu 22.04 作为主机操作系统。你可以通过以下步骤在 Ubuntu 22.04 上安装 Docker：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y docker.io
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

安装完 Docker 后，你可以通过运行以下命令来验证安装：

docker version

这应该会显示你系统上安装的 Docker 版本。

理解 Docker 镜像：构建、存储和拉取镜像

Docker 镜像是 Docker 容器的基础。它们是用于创建容器的只读模板。在本节中，我们将探讨如何构建、存储和拉取 Docker 镜像。

构建 Docker 镜像

要构建 Docker 镜像，你需要创建一个 Dockerfile，这是一个文本文件，其中包含构建镜像的指令。以下是一个使用 Nginx 创建简单 Web 服务器的 Dockerfile 示例：

FROM nginx:latest
COPY index.html /usr/share/nginx/html/
EXPOSE 80

你可以使用以下命令构建此镜像：

docker build -t my-nginx-image.

此命令将根据 Dockerfile 中的指令创建一个名为 my-nginx-image 的新镜像。

存储 Docker 镜像

Docker 镜像可以存储在 Docker 注册表中，这是一个用于 Docker 镜像的集中式存储库。最流行的公共注册表是 Docker Hub，但你也可以设置自己的私有注册表。

要将镜像推送到 Docker Hub，你首先需要登录到你的 Docker Hub 账户：

docker login

然后，你可以使用你的 Docker Hub 用户名标记你的镜像并将其推送到注册表：

docker tag my-nginx-image username/my-nginx-image:latest
docker push username/my-nginx-image:latest

拉取 Docker 镜像

要从注册表中拉取 Docker 镜像，你可以使用 docker pull 命令。例如，要从 Docker Hub 拉取最新的 Nginx 镜像：

docker pull nginx:latest

你也可以通过指定注册表 URL 从私有注册表中拉取镜像：

docker pull private-registry.example.com/my-image:latest

一旦你有了一个镜像，就可以使用它来创建一个 Docker 容器，我们将在下一节中介绍。

创建和管理 Docker 容器：运行、停止和监控容器

既然我们对 Docker 镜像有了基本的了解，接下来探讨如何创建和管理 Docker 容器。

运行 Docker 容器

要从 Docker 镜像创建一个新容器，可以使用 docker run 命令。例如，要从 nginx:latest 镜像创建一个新的 Nginx 容器：

docker run -d -p 80:80 --name my-nginx-container nginx:latest

此命令将：

• -d：以分离模式（在后台）运行容器
• -p 80:80：将主机上的端口 80 映射到容器内的端口 80
• --name my-nginx-container：为容器分配名称“my-nginx-container”
• nginx:latest：使用 nginx:latest 镜像创建容器

停止和移除容器

要停止正在运行的容器，可以使用 docker stop 命令：

docker stop my-nginx-container

要移除已停止的容器，可以使用 docker rm 命令：

docker rm my-nginx-container

监控容器

可以使用 docker ps 命令监控容器的状态。这将显示所有正在运行的容器列表：

docker ps

要查看正在运行的容器的日志，可以使用 docker logs 命令：

docker logs my-nginx-container

还可以使用 docker stats 命令查看容器的实时资源使用情况：

docker stats my-nginx-container

通过了解如何创建、管理和监控 Docker 容器，你可以使用 Docker 平台有效地部署和管理应用程序。

容器网络与连接：暴露端口、链接容器及网络模式

Docker 提供了一个灵活的网络系统，使你能够在容器之间、容器与主机系统以及外部网络之间进行连接和通信。在本节中，我们将探讨如何在 Docker 中管理网络。

暴露端口

当你运行一个容器时，可以使用 -p 或 --publish 标志将其内部端口暴露给主机系统。这允许外部系统访问容器内运行的服务。

例如，要运行一个 Nginx 容器并在主机系统上暴露端口 80：

docker run -d -p 80:80 nginx:latest

这会将主机系统上的端口 80 映射到容器内的端口 80。

链接容器

Docker 还允许你将容器链接在一起，使它们能够相互通信。当你有多个需要交互的容器时，比如一个 Web 应用程序和一个数据库，这会很有用。

要链接两个容器，可以在运行容器时使用 --link 标志：

docker run -d --name my-db-container postgres:latest
docker run -d --name my-app-container --link my-db-container:db my-app-image

在这个例子中，my-app-container 可以使用主机名 db 来访问 my-db-container。

网络模式

Docker 支持几种网络模式，这些模式决定了容器如何连接到网络：

1. 桥接（Bridge）：这是默认的网络模式，容器连接到一个虚拟桥接网络，并且可以相互通信以及与主机系统通信。
2. 主机（Host）：在这种模式下，容器共享主机系统的网络栈，有效地消除了容器与主机之间的网络隔离。
3. 无（None）：此模式禁用容器的网络功能，使其与网络隔离。
4. 覆盖网络（Overlay）：此模式允许容器跨多个 Docker 主机进行通信，从而能够创建多主机分布式应用程序。

你可以在运行容器时使用 --network 标志来指定网络模式：

docker run -d --network host nginx:latest

通过了解 Docker 的网络功能，你可以有效地在容器之间以及与外部系统之间进行连接和通信。

使用 Docker 卷持久化数据：在容器中存储和管理数据

默认情况下，存储在 Docker 容器内的数据是临时的，这意味着当容器停止或移除时数据会丢失。为了持久化数据，Docker 提供了一个名为卷（volumes）的功能，它允许你将主机系统中的一个目录挂载到容器中。

什么是 Docker 卷？

Docker 卷是一种在容器的文件系统之外存储和管理数据的方式。卷可用于存储应用程序数据、配置文件或任何其他需要在容器生命周期之外持久化的数据。

卷可以使用 docker volume 命令来创建和管理。例如，要创建一个新卷：

docker volume create my-data-volume

在容器中挂载卷

要在容器中挂载卷，可以在运行 docker run 命令时使用 -v 或 --mount 标志。例如，要运行一个 Nginx 容器并将一个卷挂载到 /usr/share/nginx/html 目录：

docker run -d -p 80:80 -v my-data-volume:/usr/share/nginx/html nginx:latest

在这个例子中，my-data-volume 卷被挂载到容器内的 /usr/share/nginx/html 目录。写入此目录的任何数据都将存储在卷中，并且即使容器停止或移除也会持久化。

管理卷

你可以使用 docker volume ls 命令列出系统上的所有卷：

docker volume ls

要检查特定卷的详细信息，可以使用 docker volume inspect 命令：

docker volume inspect my-data-volume

如果你不再需要某个卷，可以使用 docker volume rm 命令将其移除：

docker volume rm my-data-volume

通过使用 Docker 卷，你可以确保应用程序数据在单个容器的生命周期之外持久化，从而更轻松地管理和扩展应用程序。

Dockerfile 与镜像优化：构建高效的 Docker 镜像

Dockerfile 是构建 Docker 镜像的基础。它包含创建 Docker 镜像的指令，包括基础镜像、应用代码以及任何必要的依赖项。在本节中，我们将探讨如何编写高效的 Dockerfile 并优化 Docker 镜像。

理解 Dockerfile

Dockerfile 是一个文本文件，其中包含一系列用于构建 Docker 镜像的指令。Dockerfile 中的每条指令都对应最终镜像中的一层。以下是一个 Dockerfile 示例：

FROM ubuntu:22.04
RUN apt-get update && apt-get install -y nginx
COPY index.html /usr/share/nginx/html/
EXPOSE 80
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

此 Dockerfile 基于 ubuntu:22.04 基础镜像创建一个新镜像，安装 Nginx，将 index.html 文件复制到 Nginx 的网页根目录，暴露端口 80，并设置启动 Nginx 服务器的默认命令。

镜像优化技巧

为了构建高效的 Docker 镜像，你可以使用以下优化技巧：

1. 使用最小化基础镜像：从最小化的基础镜像（如 alpine 或 scratch）开始，以减小最终镜像的大小。
2. 利用多阶段构建：使用多阶段构建来分离构建环境和运行时环境，从而减小最终镜像的大小。
3. 优化层缓存：安排 Dockerfile 指令以利用 Docker 的层缓存，这可以显著加快构建过程。
4. 避免不必要的软件包：仅安装应用运行所需的软件包和依赖项，并在使用后将其移除。
5. 使用.dockerignore：创建一个 .dockerignore 文件，以从构建上下文排除不必要的文件和目录，减少需要发送到 Docker 守护进程的数据量。
6. 压缩构建工件：在将大型构建工件（如源代码或依赖项）复制到镜像之前对其进行压缩。

通过遵循这些最佳实践，你可以创建高效且经过优化的 Docker 镜像，这些镜像体积更小，构建和部署速度更快。

Docker Compose：定义和运行多容器应用程序

Docker Compose 是一个工具，可让你定义和运行多容器应用程序。它通过提供一种声明式方式来定义应用程序的服务、网络和卷，简化了管理和编排多个 Docker 容器的过程。

什么是 Docker Compose？

Docker Compose 是一个基于 YAML 的配置文件，用于描述构成应用程序的服务。它使你能够定义不同容器之间的关系以及它们应如何部署和管理。

以下是一个 docker-compose.yml 文件示例，它定义了一个包含 Web 服务器和数据库的简单 Web 应用程序：

version: "3"
services:
  web:
    build:.
    ports:
      - "80:80"
    depends_on:
      - db
  db:
    image: postgres:12
    environment:
      POSTGRES_DB: myapp
      POSTGRES_USER: myuser
      POSTGRES_PASSWORD: mypassword
    volumes:
      - db-data:/var/lib/postgresql/data
volumes:
  db-data:

此配置定义了两个服务：web 和 db。web 服务从当前目录中的 Dockerfile 构建，并在主机上暴露端口 80。db 服务使用 postgres:12 镜像，并设置一个具有特定数据库名称、用户和密码的 PostgreSQL 数据库。它还挂载一个卷以持久化数据库数据。

使用 Docker Compose

要使用 Docker Compose，请执行以下步骤：

1. 在项目目录中创建一个 docker-compose.yml 文件。
2. 在 YAML 文件中定义服务及其配置。
3. 运行 docker-compose up 命令启动应用程序。

docker-compose up -d

这将在后台启动 docker-compose.yml 文件中定义的所有服务。

你还可以使用其他 Docker Compose 命令来管理应用程序，例如：

• docker-compose down：停止并移除容器、网络和卷。
• docker-compose ps：列出正在运行的容器。
• docker-compose logs：查看正在运行的容器的日志。

通过使用 Docker Compose，你可以轻松管理和部署复杂的多容器应用程序，使其成为 Docker 工具库中的一个强大工具。

总结

在本教程中，你已经了解了 Docker 镜像和容器之间的基本区别与关系。你现在明白了如何构建、存储和拉取 Docker 镜像，以及如何创建、运行和管理 Docker 容器。你还探索了网络、卷以及 Docker Compose，以构建和部署多容器应用程序。有了这些知识，你可以有效地利用 Docker 的强大功能来简化应用程序部署和管理工作流程。