Docker¶

1. 什么是 Docker 以及为什么要用它：从服务部署的历史说起¶

为了更好地理解 Docker 的必要性，有必要讲一段历史。

最早，大家想要在服务器上部署一个服务进程，就是直接运行程序：例如想启动一个 nginx 服务器，就直接运行 nginx 命令。

后来，人们发现每个服务程序都有类似的操作：启动、停止、重启、查看日志等。这样，人们创立了 服务（Service） 的概念，在 Windows 上把 nginx 注册为一个 Service，就可以用 sc start/stop nginx 命令来启动/停止它，Linux 上则是 service nginx start/stop。

再后来，随着软件之间的关系逐渐变得复杂，运行一个服务也变得困难起来：php 可能依赖特定版本的 mysql 服务器软件，而 mysql 服务器软件的这个版本又不能在最新的系统中运行，但另一个软件 nginx 偏偏又需要最新的系统才能运行。这个时候，在同一个服务器上就没办法同时运行多个软件。好在天无绝人之路，虚拟机（Virtual Machine） 就可以解决这个问题。创建多个虚拟机，在每个虚拟机中安装各个服务软件和它们需要的依赖程序版本，就可以互不干扰地运行多个服务了。

再再后来，人们发现：根本没有必要创建一个完整的虚拟机啊！一个虚拟机会模拟出从底层硬件到操作系统的所有东西，而我们只是想要隔离不同版本的软件，这样的话，完全可以只隔离软件的运行环境，而不需要模拟硬件和操作系统。这就是 容器（Container） 的概念。容器首先由 Linux 实现，Linux 内核中添加了一组新的功能，统称为 LXC（Linux Containers），可以实现不同环境的隔离。每个环境就是一个容器，容器中的软件可以运行在自己的环境中，只能看到自己需要的软件、文件和网络，而不会影响到其他容器。

容器非常轻量，和虚拟机相比，几乎没有额外的开销，也不像虚拟机在启动、停止时需要几分钟的时间，容器可以在几秒钟内启动、停止。

另一个问题是，人们又发现：很多时候大家想运行的容器是类似的。例如，几乎全世界的后端都要运行一个网关软件，这个软件大概率是 nginx。懒惰的人们不想每次都重新配置 nginx，于是就有了 镜像（Image） 的概念。镜像是一个压缩文件，里面包含了运行一个容器所需要的所有文件和配置，相当于「一键懒人包」。只要有了镜像，就可以在任何地方立刻运行一个一模一样的 nginx 容器，而不需要重新配置了。

最终，随着互联网和云概念的普及，人们发现：镜像的分享 是一个非常重要的功能。如果我在我的电脑上配置好了一个 nginx 容器，我希望能够把这个容器分享给其他人，让他们也能在自己的电脑上运行这个容器。最终，我们的 Docker 闪亮登场：Docker 是一个开源的容器引擎，可以让你随时运行、分享、修改、上传、下载容器；Docker Hub 是一个 Docker 镜像的仓库，你可以在上面找到几乎所有服务器软件的镜像。

今天，Docker 已经不仅仅是后端运维人员偷懒的工具，它已经成为了云计算、微服务、DevOps 等概念的基石，许多普通软件也会提供打包好的 Docker 镜像，让用户可以在任何地方运行。使用 Docker 可以极大地便利你的开发、测试、部署工作，无需顾虑环境配置问题。

你知道吗？

早期的 Docker 依赖于 LXC，但后来 Docker 自己开发了一个更轻量的容器技术和一套镜像规范，称为 libcontainer。

Docker 并不「纯粹」？

Docker 最初只是一个开源项目，但今天已经成为了一个名为 Docker Inc. 的公司产品（由 Moby Project 社区运行），并且推出了一系列附属商业产品，例如 Docker Enterprise。它曾经有过许多争议：Docker Hub 擅自停止免费 Team 计划并删除用户镜像，引发社区不满。

如果你并不喜欢 Docker Inc. 的商业策略，所幸 Docker 的遗产已经成就了开放容器标准 OCI（Open Container Initiative），例如 RedHat 公司的 Podman 等兼容 Docker 镜像的开源项目正在欣欣向荣地发展。我个人已经不使用 Docker 而是 Podman 很久了，体验也非常好。

2. 几个关于 Docker 的基本事实¶

本节解答一些关于 Docker 具体情况的疑惑。如果你仔细阅读了前一节，这些问题应该可以跳过。

Docker 是什么？ Docker 是一个开源的容器引擎，可以让你随时运行、分享、修改、上传、下载容器。Docker 本身还是一个命令，可以在终端中输入 docker 命令来操作容器。
Docker 的容器和普通的虚拟机有什么区别？ 虚拟机是模拟出一个完整的计算机环境，包括硬件、操作系统和软件，而容器只是隔离出一个软件运行环境。虚拟机需要额外的开销，而容器几乎没有额外开销。
Docker 能让我运行什么？ Docker 几乎可以运行任何 Linux 上的服务器软件，例如 nginx、mysql、redis 等。
Docker 镜像是什么？ 镜像是一个压缩文件，里面包含了运行一个容器所需要的所有文件和配置。镜像可以用来创建容器。
Docker Hub 是什么？ Docker Hub 是一个 Docker 镜像的仓库，你可以在上面找到几乎所有服务器软件的镜像。你也可以上传自己的镜像到 Docker Hub 让别人下载。
Docker 在 Windows 上也可以装吗？它如何运行 Linux 容器？ Docker 在 Windows 上有 Docker Desktop。Docker Desktop 使用了 Windows 10 中的 WSL（Windows Subsystem for Linux）技术，即虚拟机来运行 Linux 容器。因此，Docker Desktop 在 Windows 上运行的容器都是运行在一个 Linux 虚拟机中的。
镜像不是一个文件吗，什么叫「启动一个镜像」？ 一个镜像是一个压缩文件，你可以把它想象成一个软件的安装包。启动一个镜像，就是把这个安装包解压，然后运行其中指定好的特定程序。

3. 在个人电脑上安装 Docker¶

本节简单扼要介绍如何在自己的电脑上安装 Docker，更具体地说是 Docker Desktop。你应当具有阅读英文的基本能力。

前往 Docker 官网：https://www.docker.com/；
在 Product 菜单中找到 Docker Desktop，点击；
点击页面中的 Download，下载 Docker Desktop 安装程序；
双击安装程序，按照提示安装 Docker Desktop。

安装完成后，你需要从开始菜单中启动 Docker Desktop，右下角会出现一个鲸鱼图标，表示 Docker Desktop 正在运行。

你可以在终端中输入 docker --version 来检查 Docker 是否安装成功。我们接下来所有工作都将在终端中进行。

4. 在 Linux 服务器上安装 Docker¶

本节简单扼要介绍如何在 Linux 服务器上安装 Docker。如果你不需要了解，可以跳过。你应当具有阅读英文的基本能力。

服务器上安装的是 Docker Engine 而非 Desktop。

在官网文档中选择 Engine -> Install：https://docs.docker.com/engine/install/；
按照页面说明，选择对应的发行版。下面以 Ubuntu 为例：https://docs.docker.com/engine/install/ubuntu/；
卸载已有的 Docker 软件：

for pkg in docker.io docker-doc docker-compose docker-compose-v2 podman-docker containerd runc; do sudo apt-get remove $pkg; done

安装 Docker Engine：

# Add Docker's official GPG key:
sudo apt-get update
sudo apt-get install ca-certificates curl
sudo install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings
sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg -o /etc/apt/keyrings/docker.asc
sudo chmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.asc

# Add the repository to Apt sources:
echo \
  "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.asc] https://download.docker.com/linux/ubuntu \
  $(. /etc/os-release && echo "$VERSION_CODENAME") stable" | \
  sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin

5. 简单使用¶

Docker 的使用非常简单，只需要记住几个命令就可以了。我们以运行 MySQL 为例，介绍运行容器的全过程。

搜索镜像：在 Docker Hub 中搜索「MySQL」，优先选择带有星标（Docker 官方维护）、下载量高、最后更新时间较近的镜像。这里满足以上要求的仅有官方镜像 https://hub.docker.com/_/mysql。
下载镜像并启动容器：

docker run --detach --name mysql --env MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 mysql:latest

解释：

docker run ... mysql:latest：下载镜像、创建一个新容器并运行。中间 ... 是运行参数，mysql:latest 指定镜像名，格式说明见下；
--detach（或简写为 -d）：后台运行容器；如果不加，当前终端将被 mysql 占用，直到关闭容器。加上后命令会在容器启动后立刻返回，并在后台静默运行容器；
--name mysql：给新建的容器设定名称。如果不加，docker 会自动分配一个随机名称；
--env MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456：设置容器的环境变量，这里是将 MySQL 的 root 用户密码设为 123456。这个参数需要按照镜像的要求设置，不同镜像有不同的环境变量名。

总之，我们在后台运行了一个容器，这个容器的初始镜像是 mysql:latest，容器名为 mysql，MySQL 数据库的 root 用户密码为 123456。

查看容器状态：

用以下命令列出所有容器：

docker ps -a

这里 -a 代表列出所有容器，包括已经停止的容器，如果不加则只列出正在运行的容器。你会看到一个名为 mysql 的容器，状态为 Up，表示正在运行。

进入容器：

docker exec -it mysql bash

这里 -it 是两个参数的简便写法。-i（或 --interactive）表示交互式操作，-t（或 --tty）表示分配一个伪终端，两者合并起来表示分配一个临时终端，并在接下来进入该终端。后面的 bash 代表执行 bash 命令，进入 mysql 容器的 bash。

容器可以看成一个微型的 Linux 虚拟机，可以用 Linux 命令浏览。你可以在这里输入 mysql -u root -p 来进入 MySQL 数据库，或者 exit 退出容器。

查看日志：

docker logs mysql

非常好理解，就是输出 mysql 容器的日志。

停止容器：

docker stop mysql

这里 mysql 是容器名，你也可以用容器 ID 来指定容器。已经停止的容器还可以重新用 docker start mysql 启动，如果你想进一步删除容器，可以用 docker rm mysql。

5.1. 镜像名格式¶

在上面的例子中，我们用到了 mysql:latest，这是一个镜像名。镜像名的格式是 [源地址]/[仓库名]/[镜像名]:[标签]，其中：

源地址：表示镜像从哪个仓库服务器下载。Docker Hub 是最大的镜像仓库，如果不指定源地址，默认为 Docker Hub。也有很多其他镜像仓库，例如 GitHub 的 ghcr.io 或 RedHat 的 quay.io；
仓库名：表示镜像的来源，可以是 Docker Hub 的用户名、组织名，或者其他镜像仓库的地址。对于 Docker Hub 中网址含有 _（例如 hub.docker.com/_/mysql）的官方镜像，仓库名和后面的 / 可以省略；
镜像名：表示镜像的名称，例如 mysql；
标签：表示镜像的版本。同一个镜像可能有多个版本，例如你可能需要特定版本的 MySQL，或者希望这个容器中运行的是特定发行版的 Linux。如果不指定标签，默认为 latest。

注意

标签并没有严格的规定，发布的镜像可以有任意多个标签。latest 只是一个约定俗成的标签，表示最新版本。如果你省略标签，Docker 会默认使用 latest。

和环境变量一样，你需要仔细阅读 Docker Hub 上镜像的说明，了解镜像的标签和环境变量可以取什么值。

一些例子：

mysql:latest：Docker Hub 上的 MySQL 官方镜像的最新版本；
ubuntu:20.04：Docker Hub 上的 Ubuntu 官方镜像的 20.04 版本；
nginx：Docker Hub 上的 Nginx 官方镜像的最新版本；
myname/myimage:1.0：Docker Hub 上的 myname 用户的 myimage 镜像的 1.0 版本；
ghcr.io/myname/myimage：GitHub Container Registry 上的 myname 用户的 myimage 镜像的最新版本。

6. docker-compose¶

手写 Docker 命令行也是一件痛苦的事。除了上面的 --env 参数，还有很多参数需要记住。这样一来，使用 Docker 不又变得和 LXC 一样麻烦了吗？

为了简化这个过程，Docker 提供了一个叫做 docker-compose 的工具，可以用一个 YAML 文件来描述容器的配置，然后用 docker compose 命令来启动容器。

YAML 文件：

YAML 是一种简单的数据格式，类似于 JSON，但更易读。YAML 文件以 .yml 或 .yaml 为后缀，可以用文本编辑器打开。YAML 文件中的每一行都是一个键值对，键和值之间用冒号分隔，键值对之间用空格分隔。例如：
key1: value1
key2: value2
key3:
  - value3
  - value4
这个文件中有三个键值对，key1 的值是 value1，key2 的值是 value2，key3 的值是一个列表，包含两个元素 value3 和 value4。

YAML 文件中要注意缩进，缩进表示层级关系。例如：
key1:
  key2: value2
  key3: value3
这里 key2 和 key3 是 key1 的子键，它们的值是 value2 和 value3。

你可以在 YAML 语言教程查看更多关于 YAML 的信息。

一个典型的 docker-compose.yml 文件如下：

version: '3.1'

services:
  mysql:
    image: mysql:latest
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123456

这个文件描述了一个服务 mysql（「服务」是 Docker Compose 的概念，和 Docker 本身的「容器」类似），这个服务的各项设置和上面的 docker run 命令一样。

创建这个文件后，在包含这个文件的目录下，你可以用 docker compose up 命令来启动这个服务，用 docker compose down 命令来停止这个服务。

docker-compose 的优势在于，你可以在一个文件中描述多个服务之间的关系，例如一个服务依赖另一个服务，或者一个服务需要另一个服务的输出。这样，你可以用一个命令启动整个应用，而不需要一个一个启动服务。

举例，你需要一个 MySQL 服务和一个 PHP 服务，PHP 服务需要 MySQL 服务。你可以在 docker-compose.yml 文件中描述这两个服务，然后用 docker compose up 一次性启动这两个服务：

version: '3.1'

services:
  mysql:
    image: mysql:latest
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123456

  php:
    image: php:latest
    depends_on:
      - mysql

这里 php 服务依赖于 mysql 服务，docker compose up 命令会先启动 mysql 服务，然后再启动 php 服务，也就是启动两个不同的容器。同理，docker compose down 命令会先停止 php 服务，再停止 mysql 服务。