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你了解Docker么

Docker实用篇

1.初识Docker

1.1.什么是Docker

微服务虽然具备各种各样的优势，但服务的拆分通用给部署带来了很大的麻烦。
  • 分布式系统中，依赖的组件非常多，不同组件之间部署时往往会产生一些冲突。
  • 在数百上千台服务中重复部署，环境不一定一致，会遇到各种问题

1.1.1.应用部署的环境问题

大型项目组件较多，运行环境也较为复杂，部署时会碰到一些问题：
  • 依赖关系复杂，容易出现兼容性问题
  • 开发、测试、生产环境有差异
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例如一个项目中，部署时需要依赖于node.js、Redis、RabbitMQ、MySQL等，这些服务部署时所需要的函数库、依赖项各不相同，甚至会有冲突。给部署带来了极大的困难。

1.1.2.Docker解决依赖兼容问题

而Docker确巧妙的解决了这些问题，Docker是如何实现的呢？
Docker为了解决依赖的兼容问题的，采用了两个手段：
  • 将应用的Libs（函数库）、Deps（依赖）、配置与应用一起打包
  • 将每个应用放到一个隔离容器去运行，避免互相干扰
notion image
这样打包好的应用包中，既包含应用本身，也保护应用所需要的Libs、Deps，无需再操作系统上安装这些，自然就不存在不同应用之间的兼容问题了。
虽然解决了不同应用的兼容问题，但是开发、测试等环境会存在差异，操作系统版本也会有差异，怎么解决这些问题呢？

1.1.3.Docker解决操作系统环境差异

要解决不同操作系统环境差异问题，必须先了解操作系统结构。以一个Ubuntu操作系统为例，结构如下：
notion image
结构包括：
  • 计算机硬件：例如CPU、内存、磁盘等
  • 系统内核：所有Linux发行版的内核都是Linux，例如CentOS、Ubuntu、Fedora等。内核可以与计算机硬件交互，对外提供内核指令，用于操作计算机硬件。
  • 系统应用：操作系统本身提供的应用、函数库。这些函数库是对内核指令的封装，使用更加方便。
应用于计算机交互的流程如下：
1）应用调用操作系统应用（函数库），实现各种功能
2）系统函数库是对内核指令集的封装，会调用内核指令
3）内核指令操作计算机硬件
Ubuntu和CentOSpringBoot都是基于Linux内核，无非是系统应用不同，提供的函数库有差异：
notion image
此时，如果将一个Ubuntu版本的MySQL应用安装到CentOS系统，MySQL在调用Ubuntu函数库时，会发现找不到或者不匹配，就会报错了：
notion image
Docker如何解决不同系统环境的问题？
  • Docker将用户程序与所需要调用的系统(比如Ubuntu)函数库一起打包
  • Docker运行到不同操作系统时，直接基于打包的函数库，借助于操作系统的Linux内核来运行
如图：
notion image

1.1.4.小结

Docker如何解决大型项目依赖关系复杂，不同组件依赖的兼容性问题？
  • Docker允许开发中将应用、依赖、函数库、配置一起打包，形成可移植镜像
  • Docker应用运行在容器中，使用沙箱机制，相互隔离
Docker如何解决开发、测试、生产环境有差异的问题？
  • Docker镜像中包含完整运行环境，包括系统函数库，仅依赖系统的Linux内核，因此可以在任意Linux操作系统上运行
Docker是一个快速交付应用、运行应用的技术，具备下列优势：
  • 可以将程序及其依赖、运行环境一起打包为一个镜像，可以迁移到任意Linux操作系统
  • 运行时利用沙箱机制形成隔离容器，各个应用互不干扰
  • 启动、移除都可以通过一行命令完成，方便快捷

1.2.Docker和虚拟机的区别

Docker可以让一个应用在任何操作系统中非常方便的运行。而以前我们接触的虚拟机，也能在一个操作系统中，运行另外一个操作系统，保护系统中的任何应用。
两者有什么差异呢？
虚拟机（virtual machine）是在操作系统中模拟硬件设备，然后运行另一个操作系统，比如在 Windows 系统里面运行 Ubuntu 系统，这样就可以运行任意的Ubuntu应用了。
Docker仅仅是封装函数库，并没有模拟完整的操作系统，如图：
notion image
对比来看：
notion image
小结：
Docker和虚拟机的差异：
  • docker是一个系统进程；虚拟机是在操作系统中的操作系统
  • docker体积小、启动速度快、性能好；虚拟机体积大、启动速度慢、性能一般

1.3.Docker架构

1.3.1.镜像和容器

Docker中有几个重要的概念：
镜像（Image）：Docker将应用程序及其所需的依赖、函数库、环境、配置等文件打包在一起，称为镜像。
容器（Container）：镜像中的应用程序运行后形成的进程就是容器，只是Docker会给容器进程做隔离，对外不可见。
一切应用最终都是代码组成，都是硬盘中的一个个的字节形成的文件。只有运行时，才会加载到内存，形成进程。
而镜像，就是把一个应用在硬盘上的文件、及其运行环境、部分系统函数库文件一起打包形成的文件包。这个文件包是只读的。
容器呢，就是将这些文件中编写的程序、函数加载到内存中允许，形成进程，只不过要隔离起来。因此一个镜像可以启动多次，形成多个容器进程。
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例如你下载了一个QQ，如果我们将QQ在磁盘上的运行文件及其运行的操作系统依赖打包，形成QQ镜像。然后你可以启动多次，双开、甚至三开QQ，跟多个妹子聊天。

1.3.2.DockerHub

开源应用程序非常多，打包这些应用往往是重复的劳动。为了避免这些重复劳动，人们就会将自己打包的应用镜像，例如Redis、MySQL镜像放到网络上，共享使用，就像GitHub的代码共享一样。
  • DockerHub：DockerHub是一个官方的Docker镜像的托管平台。这样的平台称为Docker Registry。
我们一方面可以将自己的镜像共享到DockerHub，另一方面也可以从DockerHub拉取镜像：
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1.3.3.Docker架构

我们要使用Docker来操作镜像、容器，就必须要安装Docker。
Docker是一个CS架构的程序，由两部分组成：
  • 服务端(server)：Docker守护进程，负责处理Docker指令，管理镜像、容器等
  • 客户端(client)：通过命令或RestAPI向Docker服务端发送指令。可以在本地或远程向服务端发送指令。
如图：
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1.3.4.小结

镜像：
  • 将应用程序及其依赖、环境、配置打包在一起
容器：
  • 镜像运行起来就是容器，一个镜像可以运行多个容器
Docker结构：
  • 服务端：接收命令或远程请求，操作镜像或容器
  • 客户端：发送命令或者请求到Docker服务端
DockerHub：
  • 一个镜像托管的服务器，类似的还有阿里云镜像服务，统称为DockerRegistry

1.4 Centos7安装Docker

Docker 分为 CE 和 EE 两大版本。CE 即社区版（免费，支持周期 7 个月），EE 即企业版，强调安全，付费使用，支持周期 24 个月。
Docker CE 分为 stable test 和 nightly 三个更新频道。
官方网站上有各种环境下的 安装指南，这里主要介绍 Docker CE 在 CentOS上的安装。

1.4.1 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，所以我们在CentOS 7安装Docker。

1.4.2 卸载（可选）

如果之前安装过旧版本的Docker，可以使用下面命令卸载：

1.4.3 安装docker

这里需要注意的是
CentOS 8操作系统版本结束了生命周期（EOL），Linux社区已不再维护该操作系统版本。请根据下文切换CentOS 8的源。
备份
下载新的 CentOS-Base.repo 到 /etc/yum.repos.d/centos8（centos8官方源已下线，建议切换centos-vault源）
或者
centos6（centos6官方源已下线，建议切换centos-vault源）
或者
CentOS 7
或者
接着需要大家虚拟机联网，安装yum工具

1.4.3 启动docker

Docker应用需要用到各种端口，逐一去修改防火墙设置。非常麻烦，因此建议大家直接关闭防火墙！
启动docker前，一定要关闭防火墙！！
启动docker前，一定要关闭防火墙！！
启动docker前，一定要关闭防火墙！！
通过命令启动docker：
然后输入命令，可以查看docker版本：
如图：

1.4.4 配置镜像加速

docker官方镜像仓库网速较差，我们需要设置国内镜像服务：
参考阿里云的镜像加速文档：https://cr.console.aliyun.com/cn-hangzhou/instances/mirrors

1.5 CentOS7安装DockerCompose

1.5.1 下载

Linux下需要通过命令下载：
上传到/usr/local/bin/目录也可以。

1.5.2 修改文件权限

修改文件权限：

1.5.3 Base自动补全命令(可选)

如果这里出现错误，需要修改自己的hosts文件：

1.6 Docker镜像仓库

搭建镜像仓库可以基于Docker官方提供的DockerRegistry来实现。
官网地址：https://hub.docker.com/_/registry

1.6.1 简化版镜像仓库

Docker官方的Docker Registry是一个基础版本的Docker镜像仓库，具备仓库管理的完整功能，但是没有图形化界面。
搭建方式比较简单，命令如下：
命令中挂载了一个数据卷registry-data到容器内的/var/lib/registry 目录，这是私有镜像库存放数据的目录。
访问http://YourIp:5000/v2/_catalog 可以查看当前私有镜像服务中包含的镜像

1.6.2 带有图形化界面版本

使用DockerCompose部署带有图象界面的DockerRegistry，命令如下：

1.6.3 配置Docker信任地址

我们的私服采用的是http协议，默认不被Docker信任，所以需要做一个配置：

2.Docker的基本操作

2.1.镜像操作

2.1.1.镜像名称

首先来看下镜像的名称组成：
  • 镜名称一般分两部分组成：[repository]:[tag]。
  • 在没有指定tag时，默认是latest，代表最新版本的镜像
如图：
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这里的mysql就是repository，5.7就是tag，合一起就是镜像名称，代表5.7版本的MySQL镜像。

2.1.2.镜像命令

常见的镜像操作命令如图：
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2.1.3.案例1-拉取、查看镜像

需求：从DockerHub中拉取一个nginx镜像并查看
1）首先去镜像仓库搜索nginx镜像，比如DockerHub:
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2）根据查看到的镜像名称，拉取自己需要的镜像，通过命令：docker pull nginx
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3）通过命令：docker images 查看拉取到的镜像
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2.1.4.案例2-保存、导入镜像

需求：利用docker save将nginx镜像导出磁盘，然后再通过load加载回来
1）利用docker xx --help命令查看docker save和docker load的语法
例如，查看save命令用法，可以输入命令：
结果：
notion image
命令格式：
2）使用docker save导出镜像到磁盘
运行命令：
结果如图：
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3）使用docker load加载镜像
先删除本地的nginx镜像：
然后运行命令，加载本地文件：
结果：
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2.2.容器操作

2.2.1.容器相关命令

容器操作的命令如图：
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容器保护三个状态：
  • 运行：进程正常运行
  • 暂停：进程暂停，CPU不再运行，并不释放内存
  • 停止：进程终止，回收进程占用的内存、CPU等资源
其中：
  • docker run：创建并运行一个容器，处于运行状态
  • docker pause：让一个运行的容器暂停
  • docker unpause：让一个容器从暂停状态恢复运行
  • docker stop：停止一个运行的容器
  • docker start：让一个停止的容器再次运行
  • docker rm：删除一个容器

2.2.2.案例-创建并运行一个容器

创建并运行nginx容器的命令：
命令解读：
  • docker run ：创建并运行一个容器
  • -name : 给容器起一个名字，比如叫做mn
  • p ：将宿主机端口与容器端口映射，冒号左侧是宿主机端口，右侧是容器端口
  • d：后台运行容器
  • nginx：镜像名称，例如nginx
这里的-p参数，是将容器端口映射到宿主机端口。
默认情况下，容器是隔离环境，我们直接访问宿主机的80端口，肯定访问不到容器中的nginx。
现在，将容器的80与宿主机的80关联起来，当我们访问宿主机的80端口时，就会被映射到容器的80，这样就能访问到nginx了：
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2.2.3.案例-进入容器，修改文件

需求：进入Nginx容器，修改HTML文件内容，添加“你好”
提示：进入容器要用到docker exec命令。
步骤：
1）进入容器。进入我们刚刚创建的nginx容器的命令为：
命令解读：
  • docker exec ：进入容器内部，执行一个命令
  • it : 给当前进入的容器创建一个标准输入、输出终端，允许我们与容器交互
  • mn ：要进入的容器的名称
  • bash：进入容器后执行的命令，bash是一个linux终端交互命令
2）进入nginx的HTML所在目录 /usr/share/nginx/html
容器内部会模拟一个独立的Linux文件系统，看起来如同一个linux服务器一样：
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nginx的环境、配置、运行文件全部都在这个文件系统中，包括我们要修改的html文件。
查看DockerHub网站中的nginx页面，可以知道nginx的html目录位置在/usr/share/nginx/html
我们执行命令，进入该目录：
查看目录下文件：
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3）修改index.html的内容
容器内没有vi命令，无法直接修改，我们用下面的命令来修改：
在浏览器访问自己的虚拟机地址，例如我的是：http://192.168.150.101，即可看到结果：

2.2.4.小结

docker run命令的常见参数有哪些？
  • -name：指定容器名称
  • p：指定端口映射
  • d：让容器后台运行
查看容器日志的命令：
  • docker logs
  • 添加 -f 参数可以持续查看日志
查看容器状态：
  • docker ps
  • docker ps -a 查看所有容器，包括已经停止的

2.3.数据卷（容器数据管理）

在之前的nginx案例中，修改nginx的html页面时，需要进入nginx内部。并且因为没有编辑器，修改文件也很麻烦。
这就是因为容器与数据（容器内文件）耦合带来的后果。
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要解决这个问题，必须将数据与容器解耦，这就要用到数据卷了。

2.3.1.什么是数据卷

数据卷（volume）是一个虚拟目录，指向宿主机文件系统中的某个目录。
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一旦完成数据卷挂载，对容器的一切操作都会作用在数据卷对应的宿主机目录了。
这样，我们操作宿主机的/var/lib/docker/volumes/html目录，就等于操作容器内的/usr/share/nginx/html目录了

2.3.2.数据卷操作命令

数据卷操作的基本语法如下：
docker volume命令是数据卷操作，根据命令后跟随的command来确定下一步的操作：
  • create 创建一个volume
  • inspect 显示一个或多个volume的信息
  • ls 列出所有的volume
  • prune 删除未使用的volume
  • rm 删除一个或多个指定的volume

2.3.3.创建和查看数据卷（必练）

需求：创建一个数据卷，并查看数据卷在宿主机的目录位置
① 创建数据卷
② 查看所有数据
结果：
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③ 查看数据卷详细信息卷
结果：
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可以看到，我们创建的html这个数据卷关联的宿主机目录为/var/lib/docker/volumes/html/_data目录。
小结：
数据卷的作用：
  • 将容器与数据分离，解耦合，方便操作容器内数据，保证数据安全
数据卷操作：
  • docker volume create：创建数据卷
  • docker volume ls：查看所有数据卷
  • docker volume inspect：查看数据卷详细信息，包括关联的宿主机目录位置
  • docker volume rm：删除指定数据卷
  • docker volume prune：删除所有未使用的数据卷

2.3.4.挂载数据卷

我们在创建容器时，可以通过 -v 参数来挂载一个数据卷到某个容器内目录，命令格式如下：
这里的-v就是挂载数据卷的命令：
  • v html:/root/html ：把html数据卷挂载到容器内的/root/html这个目录中

2.3.5.案例-给nginx挂载数据卷

需求：创建一个nginx容器，修改容器内的html目录内的index.html内容
分析：上个案例中，我们进入nginx容器内部，已经知道nginx的html目录所在位置/usr/share/nginx/html ，我们需要把这个目录挂载到html这个数据卷上，方便操作其中的内容。
提示：运行容器时使用 -v 参数挂载数据卷
步骤：
① 创建容器并挂载数据卷到容器内的HTML目录
② 进入html数据卷所在位置，并修改HTML内容

2.3.6.小结

docker run的命令中通过 -v 参数挂载文件或目录到容器中：
  • v volume名称:容器内目录
  • v 宿主机文件:容器内文
  • v 宿主机目录:容器内目录
数据卷挂载与目录直接挂载的
  • 数据卷挂载耦合度低，由docker来管理目录，但是目录较深，不好找
  • 目录挂载耦合度高，需要我们自己管理目录，不过目录容易寻找查看

3.Dockerfile自定义镜像

常见的镜像在DockerHub就能找到，但是我们自己写的项目就必须自己构建镜像了。
而要自定义镜像，就必须先了解镜像的结构才行。

3.1.镜像结构

镜像是将应用程序及其需要的系统函数库、环境、配置、依赖打包而成。
我们以MySQL为例，来看看镜像的组成结构：
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简单来说，镜像就是在系统函数库、运行环境基础上，添加应用程序文件、配置文件、依赖文件等组合，然后编写好启动脚本打包在一起形成的文件。
我们要构建镜像，其实就是实现上述打包的过程。

3.2.Dockerfile语法

构建自定义的镜像时，并不需要一个个文件去拷贝，打包。
我们只需要告诉Docker，我们的镜像的组成，需要哪些BaseImage、需要拷贝什么文件、需要安装什么依赖、启动脚本是什么，将来Docker会帮助我们构建镜像。
而描述上述信息的文件就是Dockerfile文件。
Dockerfile就是一个文本文件，其中包含一个个的指令(Instruction)，用指令来说明要执行什么操作来构建镜像。每一个指令都会形成一层Layer。
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更新详细语法说明，请参考官网文档： https://docs.docker.com/engine/reference/builder

3.3.构建Java项目

3.3.1.基于Ubuntu构建Java项目

需求：基于Ubuntu镜像构建一个新镜像，运行一个java项目
  • 步骤1：新建一个空文件夹docker-demo
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  • 步骤2：拷贝docker-demo.jar文件到docker-demo这个目录
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  • 步骤3：拷贝jdk8.tar.gz文件到docker-demo这个目录
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  • 步骤4：拷贝Dockerfile到docker-demo这个目录其中的内容如下：
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  • 步骤5：进入docker-demo将准备好的docker-demo上传到虚拟机任意目录，然后进入docker-demo目录下
  • 步骤6：运行命令：
最后访问 http://192.168.150.101:8090/hello/count，其中的ip改成你的虚拟机ip

3.4.小结

小结：
  1. Dockerfile的本质是一个文件，通过指令描述镜像的构建过程
  1. Dockerfile的第一行必须是FROM，从一个基础镜像来构建
  1. 基础镜像可以是基本操作系统，如Ubuntu。也可以是其他人制作好的镜像，例如：java:8-alpine

4.Docker-Compose

Docker Compose可以基于Compose文件帮我们快速的部署分布式应用，而无需手动一个个创建和运行容器！
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4.1.初识DockerCompose

Compose文件是一个文本文件，通过指令定义集群中的每个容器如何运行。格式如下：
上面的Compose文件就描述一个项目，其中包含两个容器：
  • mysql：一个基于mysql:5.7.25镜像构建的容器，并且挂载了两个目录
  • web：一个基于docker build临时构建的镜像容器，映射端口时8090
DockerCompose的详细语法参考官网：https://docs.docker.com/compose/compose-file/
其实DockerCompose文件可以看做是将多个docker run命令写到一个文件，只是语法稍有差异。

4.2 构建Java项目和其依赖环境

4.2.1 导入微服务工程

工程的基本功能就是统计用户的访问量，代码在资料中，直接解压到没有中文的目录下，使用Idea导入即可。
并使用 maven 插件对项目进行打包处理，并获得项目的 打包后的 jar 文件。

4.2.2 编写Dockerfile

（1）在任意位置创建一个新目录，将app.jar复制到该目录
（2）在该目录中，新建一个Dockerfile文件，并编写下面的内容：

4.2.3 编写docker-compose

在刚才的目录中，创建一个docker-compose.yml文件并填写内容：
此时的结构如下：
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命令解读：
  • version：compose的版本
  • services：服务列表，包括两个服务：
  • web：自己写的Java项目
  • build：这个服务镜像是临时构建的，构建目录是当前目录，会利用当前目录的Dockerfile来完成构建。
  • ports：端口映射，对外开放8080端口
  • redis：redis服务

4.2.4 启动测试

将刚刚准备好的文件夹上传到Linux的/opt/docker-compose目录：
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然后执行命令：
构建完成后，可以看到项目运行的日志信息：
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此时，访问浏览器 http://192.168.150.101:9090/hello，可以看到下面的结果：
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如果多次访问，这个次数会累加。
按次CTRL+C后可以停止运行程序，并且Docker运行的容器中也会关闭。
通过docker-compose up -d命令，可以后台启动，这样就不会显示日志：
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通过docker-compose stop 关闭容器
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通过docker-compose down关闭容器并删除
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4.3 Docker Composer 相关命令（参考）

docker-compose的相关命令参数：
通过：docker-compose —help 查看

5.Docker镜像仓库

5.1.推送、拉取镜像

推送镜像到私有镜像服务必须先tag，步骤如下：
① 重新tag本地镜像，名称前缀为私有仓库的地址：192.168.150.101:8080/
② 推送镜像
③ 拉取镜像