Docker 学习

一 Hello Docker

#拉取busybox官方镜像，启动容器并执行输出"Hello Docker"

#********** Begin *********#
docker pull busybox:latest
docker run --name my_container busybox:latest echo "Hello Docker"

#********** End **********#

• Docker的发展历程

Docker 最初是 dotCloud 公司创始人 Solomon Hykes 在法国期间发起的一个公司内部项目，它是基于 dotCloud 公司多年云服务技术的一次革新，并于 2013 年 3月以 Apache 2.0 授权协议开源)，主要项目代码在 GitHub 上进行维护。Docker 项目后来还加入了 Linux 基金会，并成立推动开放容器联盟。

Docker 自开源后受到广泛的关注和讨论，至今其 GitHub 项目已经超过 3 万 6 千个星标和一万多个 fork。甚至由于 Docker 项目的火爆，在 2013 年底，dotCloud公司决定改名为 Docker。Docker 最初是在 Ubuntu 12.04 上开发实现的；Red Hat 则从 RHEL 6.5 开始对 Docker 进行支持；Google 也在其 PaaS 产品中广泛应用Docker。

Docker 使用 Google 公司推出的 Go 语言 进行开发实现，基于 Linux 内核的cgroup，namespace，以及 AUFS 类的 Union FS 等技术，对进程进行封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术。由于隔离的进程独立于宿主和其它的隔离的进程，因此也称其为容器。最初实现是基于 LXC，从 0.7 以后开始去除 LXC，转而使用自行开发的 libcontainer，从 1.11 开始，则进一步演进为使用 runC 和containerd。

Docker 在容器的基础上，进行了进一步的封装，从文件系统、网络互联到进程隔离等等，极大的简化了容器的创建和维护。使得 Docker 技术比虚拟机技术更为轻便、快捷。

• Docker的特性

在docker的官方网站上提到了docker的典型场景：

1. 自动化打包与部署应用
2. 创建轻量级、私密的PAAS环境
3. 自动化测试和持续的集成/部署
4. 部署与扩展webapp、数据库和后台服务

• Docker 架构

Docker 使用客户端-服务器 (C/S) 架构模式，使用远程API来管理和创建Docker容器。Docker 容器通过 Docker 镜像来创建。容器与镜像的关系类似于面向对象编程中的对象与类。

Docker采用 C/S架构 Docker daemon 作为服务端接受来自客户的请求，并处理这些请求（创建、运行、分发容器）。 客户端和服务端既可以运行在一个机器上，也可通过 socket 或者RESTful API 来进行通信。

Docker daemon 一般在宿主主机后台运行，等待接收来自客户端的消息。 Docker 客户端则为用户提供一系列可执行命令，用户用这些命令实现跟 Docker daemon 交互。

• Docker与虚拟机对比

虚拟化的核心是对资源进行抽象，目标往往是为了在同一个机器上运行多个系统或应用，从而提高系统资源的利用率。虚拟化分为很多类型，比如常见的硬件辅助虚拟化（VMware workstation、 KVM等）。Docker所代表的容器虚拟化技术属于操作系统级虚拟化：内核通过创建多个虚拟的操作系统实例（内核和库）来隔离不同的进程。

如下图所示，传统虚拟机技术是虚拟出一套硬件后，在其上运行一个完整操作系统，在该系统上再运行所需应用进程；而容器内的应用进程直接运行于宿主的内核，容器内没有自己的内核，而且也没有进行硬件虚拟。因此容器要比传统虚拟机更为轻便。

• Docker的优势：

作为一种新兴的虚拟化方式，Docker 跟传统的虚拟化方式相比具有众多的优势。

1. 更高效的利用系统资源
   由于容器不需要进行硬件虚拟以及运行完整操作系统等额外开销，Docker 对系统资源的利用率更高。无论是应用执行速度、内存损耗或者文件存储速度，都要比传统虚拟机技术更高效。因此，相比虚拟机技术，一个相同配置的主机，往往可以运行更多数量的应用。

2. 更快速的启动时间：
   传统的虚拟机技术启动应用服务往往需要数分钟，而 Docker 容器应用，由于直接运行于宿主内核，无需启动完整的操作系统，因此可以做到秒级、甚至毫秒级的启动时间。大大的节约了开发、测试、部署的时间。

3. 一致的运行环境
   开发过程中一个常见的问题是环境一致性问题。由于开发环境、测试环境、生产环境不一致，导致有些 bug 并未在开发过程中被发现。而 Docker 的镜像提供了除内核外完整的运行时环境，确保了应用运行环境一致性，从而不会再出现 “这段代码在我机器上没问题啊” 这类问题。

4. 持续交付和部署
   对开发和运维（ DevOps） 人员来说，最希望的就是一次创建或配置，可以在任意地方正常运行。使用 Docker 可以通过定制应用镜像来实现持续集成、持续交付、部署。开发人员可以通过 Dockerfile 来进行镜像构建，并结合 持续集成(Continuous Integration) 系统进行集成测试，而运维人员则可以直接在生产环境中快速部署该镜像，甚至结合持续部署(Continuous Delivery/Deployment) 系统进行自动部署。而且使用 Dockerfile 使镜像构建透明化，不仅仅开发团队可以理解应用运行环境，也方便运维团队理解应用运行所需条件，帮助更好的生产环境中部署该镜像。

5. 更轻松的迁移
   由于 Docker 确保了执行环境的一致性，使得应用的迁移更加容易。Docker 可以在很多平台上运行，无论是物理机、虚拟机、公有云、私有云，甚至是笔记本，其运行结果是一致的。因此用户可以很轻易的将在一个平台上运行的应用，迁移到另一个平台上，而不用担心运行环境的变化导致应用无法正常运行的情况。

6. 更轻松的维护和扩展
   Docker 使用的分层存储以及镜像的技术，使得应用重复部分的复用更为容易，也使得应用的维护更新更加简单，基于基础镜像进一步扩展镜像也变得非常简单。此外，Docker 团队同各个开源项目团队一起维护了一大批高质量的官方镜像，既可以直接在生产环境使用，又可以作为基础进一步定制，大大的降低了应用服务的镜像制作成本。

Docker的基本概念

 镜像（ Image）
 容器（ Container）
 仓库（ Repository）

Docker 镜像
我们都知道，操作系统分为内核和用户空间。对于 Linux 而言，内核启动后，会挂载 root 文件系统为其提供用户空间支持。而Docker 镜像（Image），就相当于是一个 root文件系统。比如官方镜像 ubuntu:14.04 就包含了完整的一套Ubuntu 14.04 最小系统的 root 文件系统。

Docker 镜像是一个特殊的文件系统，除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外，还包含了一些为运行时准备的一些配置参数（ 如匿名卷、环境变量、用户等）。镜像不包含任何动态数据，其内容在构建之后也不会被改变。

Docker容器
镜像（ Image） 和容器（ Container）的关系，就像是面向对象程序设计中的类和实例一样，镜像是静态的定义，容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。

容器的实质是进程，但与直接在宿主执行的进程不同，容器进程运行于属于自己的独立的命名空间。因此容器可以拥有自己的 root 文件系统、自己的网络配置、自己的进程空间，甚至自己的用户 ID 空间。容器内的进程是运行在一个隔离的环境里，使用起来，就好像是在一个独立于宿主的系统下操作一样。这种特性使得容器封装的应用比直接在宿主运行更加安全。

Docker Registry
仓库（Repository）是集中存放镜像的地方。另外一个非常相似的单词Registry是注册服务器（例如Docker Hub就是一个官方的Registry）。注册服务器是管理仓库的具体服务器，每个服务器上可以有多个仓库，而每个仓库下面有多个镜像。

从这方面来说，仓库可以被认为是一个具体的项目或目录。例如对于仓库地址dl.dockerpool.com/ubuntu来说，dl.dockerpool.com 是注册服务器地址，ubuntu 是仓库名。（一般而言，一个仓库会存放同一种类型的镜像，例如ubuntu的仓库。）

一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库（Repository）；每个仓库可以包含多个标签（Tag）；每个标签对应一个镜像。通常，一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像会，而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签，将以 latest 作为默认标签。

以 Ubuntu 镜像为例， ubuntu是仓库的名字，其内包含有不同的版本标签，比如，14.04 , 16.04 。我们可以通过 ubuntu:14.04 ，或者 ubuntu:16.04来具体指定所需哪个版本的镜像。如果忽略了标签，比如ubuntu ，那将视为ubuntu:latest 。

仓库名经常以两段式路径形式出现，比如training/webapp，前者往往意味着 Docker Registry 多用户环境下的用户名，后者则往往是对应的软件名。

参考文献：

1. docker官网,https://www.docker.com/
2. 百度百科,docker,https://baike.baidu.com/item/Docker/13344470?fr=aladdin
3. 浙江大学SEL实验室著,Docker容器与容器云: 人民邮电出版社 2015年9月出版.https://book.douban.com/subject/26593175/
4. DockerOne著,Docker入门:百度阅读 2015年6月出版. https://yuedu.baidu.com/ebook/d817967416fc700abb68fca1

二、获取指定镜像

• 任务描述
• 相关知识
  • 获取镜像
  • docker pull命令背后的工作
  • docker pull的两个基本实例
  • 设置镜像加速器
• 任务要求
• 评测说明

任务描述

在没有使用Docker之前，如果我们要准备一个ubuntu的运行环境，那么首先我们得安装一个ubuntu的系统，多么麻烦，多么耗时啊！！而使用Docker之后，只需要从Docker Hub中拉取一个ubuntu镜像，基于该ubuntu镜像启动一个容器，就可以在容器中做任何在ubuntu系统中做的事情，整个过程大约2-3分钟，而且主要的时间是用于下载镜像！是不是非常方便呢？

本关的任务是学习准备一个容器的运行环境，更准确的说，应该是拉取一个具备某个运行环境的镜像，要求学习者参照示例完成“从Docker Hub中拉取一个busybox:1.27镜像”的功能。

相关知识

在Docker的官方镜像仓库Docker Hub中保存了各种各样的镜像，这些镜像中保存了各种各样的运行环境。例如包含Linux运行环境的“ubuntu”镜像、“centos”镜像、“busybox”镜像等，提供数据库服务的“mysql”镜像、“oracle”镜像、“redis”镜像等。提供程序运行环境的“java”镜像、“python”镜像、“c++”镜像等等。基本上我们日常工作所需要的运行环境在Docker Hub中都会有对应的镜像（Docker Hub官网：https://hub.docker.com/ ）（这些镜像不是凭空出现的，这是镜像构建者们辛勤的劳动成果。每一个Docker的使用者都应该感谢这些镜像构建者们！!）

但是在安装完Docker之后，本地是没有任何镜像的。下面介绍如何从Docker Hub中拉取镜像（或者说下载镜像）。

获取镜像

默认情况下，使用docker pull命令，会从官方的Docker Hub库中将镜像拉取到本地。

首先介绍这条命令的格式：

docker pull [OPTIONS] <仓库名>：<标签>

其中，

• docker pull： Docker拉取镜像的命令关键词
• [OPTIONS]:命令选项
• 仓库名：仓库名的格式一般为<用户名>/<软件名>。对于Docker Hub，如果不指定用户名，则默认为library，即官方镜像。
• 标签：标签是区分镜像不同版本的一个重要参数，<仓库名>:<标签>会唯一确定一个镜像。默认为latest。

例如，我们要从Docker Hub官方仓库拉取一个Ubuntu 14.04的官方镜像，其语句如下：

docker pull ubuntu:14.04`

docker pull命令背后的工作

首先，如果tag值为空，即没有指定标签，就会使用默认tag，也就是latest，如果tag值不为空，就使用指定的tag。

然后，默认情况下，会在Docker Hub中寻找名为“repoName”的仓库，如果仓库不存在，返回错误信息。如果仓库存在，就从仓库中拉取对应tag的镜像。例如如果执行docker pull ubuntu:14.04，那么将从“ubuntu”仓库中拉取tag为14.04的镜像，而如果执行docker pull ubuntu，会从“ubuntu”仓库中拉取tag为latest的镜像
（在Docker Hub中有很多个镜像仓库，一般情况下会将同一类型的镜像放在同一个仓库中，例如在一个ubuntu仓库中由很多个ubuntu镜像组成，包括ubuntu:14.04、ubuntu:16.04、`ubuntu:latest等等镜像）

最后，将拉取的镜像存储到本地的指定位置。

docker pull的两个基本实例

执行docker pull ubuntu之后，会有下面的执行结果。（执行命令之前，本地并不存在ubuntu:latest镜像）。

如下图所示，因为没有显示地指定tag，所以就使用默认tag，也就是latest。于是会在Docker Hub中从ubuntu仓库中拉取ubuntu:latest镜像，当将镜像一层层下载完成后，存储到本地。

[root@localhost Desktop]# docker pull ubuntu
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/ubuntu
e0a742c2abfd: Pull complete 
486cb8339a27: Pull complete 
dc6f0d824617: Pull complete 
4f7a5649a30e: Pull complete 
672363445ad2: Pull complete 
Digest: sha256:84c334414e2bfdcae99509a6add166bbb4fa4041dc3fa6af08046a66fed3005f
Status: Downloaded newer image for ubuntu:latest
[root@localhost Desktop]#

那从Docker Hub中拉取一个不存在的镜像会怎么样呢？如下所示，执行docker pull aaa后，会在Docker Hub中查找aaa仓库，由于不存在aaa仓库，所以没有找到，返回了错误信息。

[root@localhost Desktop]# docker pull aaa
Using default tag: latest
Error response from daemon: repository aaa not found: does not exist or no pull access

设置镜像加速器

由于“伟大的墙”的原因，在国内从Docker Hub中拉取镜像的速度可能会比较慢，国内很多云服务商都提供了镜像加速器服务，例如阿里、网易等等。

以Linux系统配置阿里云加速器为例，只需要将下面的命令复制到Linux的终端，以root用户的身份执行之后，就成功的配置了阿里云加速器了！

#以root用户执行以下操作
mkdir -p /etc/docker
tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'
{#下面的URL可以替换为你自己的阿里云加速地址
"registry-mirrors": ["https://jxus37ad.mirror.aliyuncs.com "]
}
EOF
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

三、启动一个docker

• 任务详情
• 相关知识
  • 第一种方式：新建并启动。
    • docker run背后的工作
    • docker run实例一
    • docker run实例二
  • 第二种方式：启动一个已经终止的容器
  • 查看容器信息
• 任务要求
• 评测说明

任务详情

如果将Docker比作一艘轮船，那容器就是轮船上一个一个的集装箱，而镜像就是组成集装箱的基本材料。docker容器是Docker中至关重要的一部分，而这一节我们介绍如何启动一个容器。

本关任务是学习启动一个容器，要求学习者参照示例完成“创建并启动一个名为firstContainer的容器，该容器具备busybox的运行环境，并在启动时输出一个hello world”。

相关知识

在拉取到一个镜像之后，也就为容器准备了运行环境。下面我们将介绍如何使用镜像启动一个容器。

启动容器有两种方式，一种是基于镜像新建一个容器并启动，另外一个是将在终止状态（stopped）的容器重新启动。

第一种方式：新建并启动。

docker run命令会基于指定的镜像创建一个容器并且启动它。docker run的基本语法如下：

docker run [OPTIONS] 镜像名 [COMMAND] [ARG]

其中，

• docker run: Docker创建并启动容器的命令关键词
• OPTIIONS: 命令选项，最常用的包括-d后台运行容器并返回容器ID,-i以交互模式运行容器，-t为容器分配一个伪输入终端，--name指定启动容器的名称。更多选项请参考docker帮助文档。
• 镜像名： 以<仓库名>：<标签>的方式来指定
• COMMAND: 设置启动命令，该命令在容器启动后执行
• ARG: 其他一些参数

docker run背后的工作

Docker 在后台运行的标准操作包括：

1. 检查本地是否存在指定的镜像，不存在就从公有仓库下载启动
2. 利用镜像创建并启动一个容器
3. 分配一个文件系统，并在只读的镜像层外面挂载一层可读写层
4. 从宿主主机配置的网桥接口中桥接一个虚拟接口到容器中去
5. 从地址池配置一个 ip地址给容器
6. 执行用户指定的启动命令
7. 执行完毕后容器被终止

第三条到第五条看不懂没有什么关系，后面我们会介绍相关的知识，相信到时你一定能够明白，但是现在我们要知道这个过程，了解这个过程能够帮助我们更好的使用命令。好，接下来我们介绍几个实例。

docker run实例一

创建并启动一个容器，容器中具有ubuntu的运行环境，输出hello docker。

只需要一条命令：docker run ubuntu:14.04 echo 'hello docker'，问题就解决了，是不是很简单啊！！是的，现在我们来讲一下它里面的操作，用来之前学过的知识点。

首先由于本地不存在ubuntu:14.04镜像，所以先到Docker Hub中下载镜像；（其实也就是先执行docker pull ubuntu:14.04）

然后在下载完镜像之后，使用镜像创建。由于一个ubuntu镜像包含了一个ubuntu系统的所有内容，使用镜像启动后，容器中就具备了ubuntu的运行环境了。

启动容器后，执行echo 'hello docker'启动命令，执行完启动命令之后终止容器。

docker run实例二

创建并启动一个容器，容器中具有ubuntu的运行环境，容器名为firstContainer，为容器分配一个终端，与用户进行交互。

其中，-i选项告诉Docker保持标准输入输出流对容器开放，-t选项让Docker分配一个伪终端（pseudo-tty）并绑定到容器的标准输入上。--name为容器设置容器名。

注意docker run是创建一个新容器并启动，所以这条命令创建的容器与上个实例的创建的容器不是同一个容器。而且由于本地已经存在ubuntu:latest镜像了，所以并不需要再次从Docker Hub中下载，而是直接使用本地的ubuntu:latest镜像构建容器。

启动容器之后，我们进入容器内部并在终端进行与容器交互。我们可以根据左侧的命令提示符判断自己是否在容器内部。例如上面的例子，当左侧的命令提示符为root@localhost时，表示我们在容器外部，而命令提示符为：root@fe263c9359dd/时，表示我们在容器内部，且容器的ID是fe263c9359dd。我们可以通过exit退出当前的容器。

第二种方式：启动一个已经终止的容器

虽然Docker容器是非常轻量的，这意味着一般情况下，我们在启动完容器并完成操作之后都会将容器删除掉。但是有些时候我们会进入之前创建的容器，而docker run每次都会创建一个新容器，显然不符合我们的需求。这种时候，可以使用docker start命令，使用容器名或者容器id启动一个已经终止的容器。

docker start [OPTIONS] 容器 [容器2...]

其中，

• docker start: Docker启动容器的命令关键词
• OPTIIONS: 命令选项
• 容器： 需要启动的容器，该容器用“容器ID”或“容器名”表示，如果指定了多个容器，那么就将这些容器都启动。

假设一个名为firstContainer的容器处于终止状态，现在需要将它启动，可以这么做：执行docker start firstContainer，命令执行后，尝试启动firstContainer容器，并执行该容器的启动命令。

但是如果想启动第一个实例创建的容器，既不知道容器的名字（因为我没有指定）而且也不知道它的id。该怎么办呢？

查看容器信息

docker中有这样一条命令docker ps，可以查看容器的信息，包括容器ID，基础镜像，启动命令，创建时间，当前状态，端口号，容器名字。

如果不加任何参数，只执行docker ps，将会显示所有运行中的容器。例如执行docker ps，如下图所示，在当前的Docker环境中，只有一个正在运行的容器，它的容器Id是fe263c9359dd，基于ubuntu:latest镜像，启动命令为”/bin/bash”，创建时间为2分钟之前，当前状态为”Up 2 minutes”,也就是已经运行了2分钟了，容器名为：firstContainer。

而如果docker ps –a命令，可以查看Docker环境中所有的容器，包括已经停止的容器。执行docker ps –a后，如下图所示：除了名为firstContainer的容器外，还可以看到一个id为ee826f1d58ff的容器容器（容器id随机生成）。但是这个容器的当前状态为Exited (0) 3 minutes ago，这表示它是处于终止状态的，而且是在3分钟前退出的。

对于这个处于终止状态的容器，可以通过docker start ee826f1d58ff或者docker start gracious_lewin启动该容器了。

实际情况中，使用docker start ee826f1d58ff去启动第一个实例的容器，然后使用docker ps查看，会看不到该容器。这也就是说明了在执行docker ps时，容器Id为ee826f1d58ff的容器并不是处于运行状态，而是处于终止状态。

docker ps的执行结果如下所示：容器Id为ee826f1d58ff的容器的当前状态为Exited (0) 2 seconds ago！！！这表示ee826f1d58ff容器确实处于终止状态，但是它是2秒之前退出的，注意是2秒前！这表明2秒前启动过容器，但是由于某种原因，容器终止了！！

实际情况下，执行docker start ee826f1d58ff启动容器id为ee826f1d58ff的容器了！！但是在执行完启动命令之后，该容器就立即结束了，至于为什么会结束，下一关我们将为您揭晓答案！！

任务要求

本关的编程任务是补全step3/startcontainer.sh文件中的内容，要求创建并启动一个容器。具体要求如下：

• 创建并启动一个容器，容器名为firstContainer，具备busybox的运行环境。并输出hello world

#创建并启动一个容器，容器名为firstContainer，具备busybox的运行环境。并输出hello world
#********** Begin *********#
docker run --name firstContainer busybox:latest echo "hello world"
#********** End **********#

#以ubuntu镜像为基础，创建并在后台启动了一个名为firstContainer的容器（-d看不懂没关系，下一关会介绍的）
docker run -itd --name firstContainer ubuntu /bin/bash
#将firstContainer容器停止！
#********** Begin *********#
docker stop firstContainer
#********** End **********#

#删除所有容器
#********** Begin *********#
docker rm -f $(docker ps -a -q)
#********** End **********#