掌握 Docker 已成为软件开发中的一项关键技能。本教程探讨了容器化的世界，包括其核心概念、优缺点，以及开始使用容器化的分步指南。

无论是 Docker 的新手，还是希望复习基础知识的更有经验的开发人员，本指南都能满足需求。

什么是 Docker？

Docker 利用容器化来简化应用程序部署、扩展和管理。开发人员可以将应用程序及其依赖项捆绑到独立的容器中，从而确保在各种计算环境中实现一致的性能。

Docker 在简化应用程序部署和管理方面至关重要，因为它将应用程序封装在容器中。这通过提供可靠且统一的运行时环境解决了臭名昭著的“它可以在我的机器上运行”问题。

Docker 基础知识

详细了解 Docker 对于充分利用其创建高效、可扩展且一致的应用程序环境的潜力至关重要。

集装箱

容器化是 Docker 的基石。它涉及将应用程序及其环境封装到一个自包含的单元中。这种级别的隔离保证了应用程序无论在何处部署，都能始终如一地运行。

与需要在虚拟机 （VM） 上运行完整操作系统的传统虚拟化不同，Docker 容器共享主机的内核，使其轻量级且高效。这使它们更轻、更高效。

Docker 使用 Linux 命名空间来提供称为容器的隔离工作区。命名空间创建隔离的环境，使容器的进程、网络设置和文件系统与主机和其他容器分开。

Docker 还利用 cgroups 来限制和监控资源使用情况，例如容器的 CPU、内存、磁盘 I/O 和网络带宽。这样，没有一个容器可以垄断或耗尽系统的资源。

图像创建

Docker 镜像是创建容器的基础模板。它们将应用程序代码与无缝运行所需的任何库和依赖项打包在一起。

Dockerfile 是一个配置文件，概述了创建 Docker 映像的必要操作，可让 自动执行映像创建过程，以实现一致性和可重复性。它从基础映像开始，然后通过执行一系列指定的命令来添加层。这些层将被缓存，如果层未更改，则后续构建速度更快。

联网

Docker 的网络功能允许相同或不同主机上的容器无缝通信。有三种主要的联网模式：

• 桥接网络：默认网络驱动程序，使容器能够使用 IP 地址相互交互
• 主机网络：消除容器和 Docker 主机网络之间的分离，允许它们共享相同的网络接口
• 叠加网络： 支持在不同 Docker 守护进程上运行的 Swarm 服务之间进行通信，从而实现跨节点的无缝交互

Volumes

Docker 中的数据持久性是通过卷处理的，卷允许将数据存储在容器的可写层之外;这样，可以确保在更新或销毁容器时不会丢失数据。

假设有一个数据库容器和一个应用程序容器，它们都需要访问同一个数据卷。卷可确保多个容器可以一致地访问和修改相同的数据。

可扩展性

使用 Docker 可以简单地水平扩展应用程序以处理更高的负载。将 Kubernetes 与 Docker 容器结合使用，我们可以设置水平 Pod 自动扩展程序 （HPA），以根据 CPU 使用率或其他性能指标动态调整容器实例的数量。

CI/CD 集成

将 Docker 与 CI/CD 管道集成，通过增强持续集成和部署工作流来加快部署周期。通过容器化应用程序， 可以保证在持续集成期间验证的代码与生产中运行的代码相同。

传统应用程序现代化

容器化旧式应用程序允许 在不重写代码的情况下对其进行现代化改造。这为较旧的应用程序带来了可扩展性、可移植性和高效资源利用的优势。

现代化的优势包括：

• 节省成本：通过在共享基础设施上运行容器来降低硬件成本。
• 改进的部署：使用现代 CI/CD 管道实现一致的部署。
• 增强的安全性：更新基础映像以包含安全补丁，而无需更改应用程序代码。

有关更详细的 Docker 定义和术语，请查看 Incredibuild 的 Docker 词汇表。

Docker：优点和缺点

在完全采用 Docker 之前，权衡其优缺点对于确保它最适合需求至关重要。

优势

让我们探讨上表中列出的 Docker 的优点。

可移植性

容器具有高度的可移植性，可在支持 Docker 的任何系统上无缝运行，这增加了部署的灵活性。我们可以一次构建，然后在任何地方运行，无论是在本地还是在云中。换句话说，使用 Docker 容器化的应用程序可以部署在 AWS、Azure、Google Cloud 或任何其他云提供商上，而无需修改。

资源利用率

容器共享主机内核，不需要完整的操作系统。这使得它们资源高效且轻量级，与虚拟机相比，所需的开销要少得多，而虚拟机可能需要数 GB 的 RAM 来运行操作系统。

这种效率允许多个 Docker 容器在相同的资源约束下运行，从而在单个系统上实现更高密度的应用程序。

可扩展性

容器化通过根据需要轻松增加或减少容器实例的数量来简化应用程序扩展。Kubernetes 等自动化工具可以根据需求管理扩展。以电子商务网站为例;在购物高峰期，IT 部门可以通过添加更多容器副本来轻松扩展，以保持性能和可靠性。

跨环境的一致性

Docker 保证所有环境（即开发、测试和生产）的一致性，从而最大限度地减少意外行为。在整个开发管道中使用相同的 Docker 镜像可以减少由不一致环境引起的错误，从而缩短开发周期。

应用程序隔离

应用程序独立运行，减少冲突。依赖项封装在容器中，防止版本冲突。例如，在同一主机上运行数据库服务器的多个版本而不受到干扰，可以同时测试不同的版本。

局限性

Docker 也有其缺点。我们将介绍上表中的问题，并提供一些缓解每个问题的建议。

学习曲线

Docker 需要付出一些努力来理解其容器化概念。联网、存储和编排可能是困难的话题。

最佳实践：

• 培训和文档：花时间浏览官方 Docker 文档和教程。
• 社区支持： 与 Docker 社区互动，获取指导和最佳实践。

数据持久性挑战

管理持久性数据可能很复杂。容器本质上是短暂的，因此必须仔细规划数据存储策略。

最佳实践：

• 使用卷：使用 Docker 卷进行持久存储。
• 外部数据库：考虑在容器外部运行数据库，或者将有状态容器编排与 Kubernetes 结合使用。

网络复杂性

在容器之间设置网络可能具有挑战性，尤其是在多个主机或复杂拓扑之间。

最佳实践：

• 编排工具：采用 Kubernetes 或 Docker Swarm 等解决方案来简化复杂网络配置的管理。
• 网络插件：利用 Docker 的网络驱动程序和插件创建自定义网络配置。

有限的 GUI 支持

Docker 主要依赖于命令行界面。虽然存在 GUI（如 Docker Desktop），但高级功能通常需要熟练掌握 CLI。

最佳实践： 熟悉 Docker CLI 命令，以充分利用 Docker 并有效地管理容器。

安全注意事项

由于容器依赖于主机内核，因此管理不当可能会引入潜在的安全漏洞。

最佳实践：

• 更新基础映像：定期执行此操作，确保 拥有最新的安全更新。
• 最低权限：将容器配置为仅使用它们绝对需要的权限运行，避免以 root 用户身份运行，以最大限度地降低安全风险。
• 安全扫描：使用安全扫描工具检测容器镜像中的漏洞。

Docker 说明：分步指南

准备好动手使用 Docker 了吗？我们将引导 完成安装 Docker、构建映像和管理容器的过程。本指南将使 可以轻松地立即开始在项目中使用 Docker。

第 1 步：安装 Docker

首先直接从其官方网站下载适用于操作系统的 Docker。然后，按照为操作系统量身定制的分步安装指南进行操作：

• 在 macOS 上： 安装适用于 Mac 的 Docker Desktop。
• 在 Linux 上： 使用适用于 Ubuntu 的 apt 等软件包管理器 （sudo apt-get install docker.io）

第 2 步：了解 Docker 命令

Docker 使用命令行界面 （CLI）。虽然有许多命令可供探索，但以下是帮助入门的三个基本命令：

# docker run: Run a container from an image.docker run hello-world# docker build: Build an image from a Dockerfile.docker build -t my_image .# docker pull: Download pre-built container image from registry.docker pull nginx docker

步骤 3：创建 Dockerfile

Dockerfile 定义应用程序的环境，指定依赖项和配置。以下 Dockerfile 通过解释容器映像的每一层来打包 Node.js 应用程序：

# Sets the base image to Node.js version 14.FROM node:14# Sets the working directory inside the container.WORKDIR /usr/src/app# Copies package.json and package-lock.json for dependency installation.COPY package*.json ./# Installs Node.js dependencies.RUN npm install# Copy application’s source code to container imageCOPY . .# Documents that the container listens on port 3000.EXPOSE 3000# Defines the command to run the application.CMD [“node”, “server.js”]

步骤 4：构建 Docker 镜像

docker build 命令将根据 Dockerfile 生成镜像：

docker build -t my-node-app .

在这里，“-t my-node-app” 使用名称 my-node-app 标记图像，而 “.（点）“ 指定构建上下文（当前目录）。

第 5 步：运行 Docker 容器

使用 docker run 命令从映像启动容器：

docker run -p 8080：3000 我的节点应用程序

在此示例中，-p 8080：3000 标志将容器的端口 3000 映射到主机上的端口 8080。

然后，可以在 http://localhost:8080 访问该应用程序，来自 server.js 的日志将出现在终端中。

步骤 6：管理容器

可以使用各种命令来有效地管理容器，包括列出、停止和删除等操作。

列出所有正在运行的容器：

docker ps

列出所有正在运行和已停止的容器：

docker ps -a

Stop a container:

docker stop [container_id]

Remove a container:

docker rm [container_id]

Remove all stopped containers:

docker container prune Docker

第 7 步：推送到容器注册表

要与他人共享容器映像或将其部署到生产环境，需要将它们推送到容器注册表。以下命令将指导你完成标记和上传 Docker 映像。

为注册表标记映像：

docker 标签 my-node-app 用户名/my-node-app

登录到 Docker 注册表帐户（例如 Docker Hub）进行身份验证：

docker login docker

Push the image:

docker 推送用户名/my-node-app

对于私有注册表，请包括注册表 URL：

Docker 标记 My-Node 应用程序 registry.example.com/username/my-node-app

结论

在本教程中，我们介绍了 Docker 的基本知识，从了解其基础知识到在容器中部署应用程序。

通过在现代开发中采用 Docker， 可以解锁更快的部署周期、更可靠的应用程序和简化的工作流程。如前所述，Docker 不仅仅是一个工具，它还体现了现代软件开发的变革性方法，可提供一致性、可扩展性和效率。

无论 是刚开始学习 Docker 还是精通其功能，它都是在微服务和云原生架构的日益普及中保持竞争力的重要工具。

为了进一步增强应用程序开发流程，请考虑探索 Incredibuild 的开发加速平台。它通过加快构建时间和优化资源使用来补充 Docker，从而将工作流效率再提升一个层次

Docker 适合初学者吗？

绝对适合！Docker 是一个强大的工具，但其核心概念可供初学者使用。最好先从小规模和简单开始，然后再处理更高级的应用程序。

Docker 最适合做什么？

Docker 在开发、测试和生产工作流中维护统一的环境方面大放异彩。它最适合用于：

• 使用依赖项打包应用程序
• 启用微服务架构
• 改进部署工作流
• 促进持续集成和部署

Docker 是容器还是 VM？

Docker 是一个容器化平台，而不是虚拟机。VM 模拟整个操作系统，而容器共享主机系统的内核，从而使它们更加轻量级。

它们的主要区别在于：

• 性能：凭借其最小的开销，容器可以享受接近原生的性能。
• 隔离级别： VM 以资源使用为代价提供更强大的隔离。
• 启动时间：容器在几秒钟内启动，而 VM 可能需要几分钟。