Docker入门指南：从基础到安装实践

# Docker入门：从基础到安装的全面指南 ## 1. Docker分发组件概述 在容器化的世界里，我们已经了解了构建（Dockerfile和镜像）和运行时（容器）的相关知识。现在，让我们聚焦于最后一个关键元素——分发组件。Docker的分发组件由Docker注册表（registry）、索引（index）和仓库（repository）组成。 ### 1.1 Docker注册表、仓库和索引详解 - **注册表（Registry）**：Docker使用分层系统来存储镜像。注册表是存储Docker镜像的服务。例如，Docker Hub就是一个公开可用的注册表，它免费且拥有大量不断增长的现有镜像。你构建的镜像可以存储在远程注册表中供他人使用。 - **仓库（Repository）**：仓库是相关镜像的集合（命名空间），通常提供同一应用程序或服务的不同版本。它是具有相同名称和不同标签的不同Docker镜像的集合。例如，如果你的应用名为`hello-world-java`，注册表的用户名（或命名空间）为`dockerJavaDeveloper`，那么你的镜像将被放置在`dockerJavaDeveloper/hello-world-java`仓库中。你可以对镜像进行标记，并在单个命名仓库中存储具有不同ID的多个版本的镜像，通过特殊语法`username/image_name:tag`访问不同标记版本的镜像。Docker仓库与Git仓库非常相似，通过URI标识，可以是公共的或私有的，URI格式如下： ```plaintext {registryAddress}/{namespace}/{repositoryName}:{tag} ``` Docker Hub是默认的注册表，如果你不指定注册表地址，Docker将从Docker Hub拉取镜像。要在注册表中搜索镜像，可执行`docker search`命令，例如： ```bash $ docker search hello-java-world ``` 不指定远程注册表时，Docker将在Docker Hub上进行搜索，并输出符合搜索条件的镜像列表。 - **索引（Index）**：索引负责管理搜索、标记，以及用户账户和权限。实际上，注册表将身份验证委托给索引。执行远程命令（如`push`或`pull`）时，索引首先会查看镜像名称，然后检查是否有对应的仓库。如果有，索引会验证你是否有权限访问或修改该镜像。如果允许，操作将被批准，注册表将获取或发送镜像。 ### 1.2 相关操作示例 执行`docker pull ubuntu:16.04`命令时，它会从Docker Hub注册表中下载`ubuntu`仓库中标记为`16.04`的镜像。官方的`ubuntu`仓库不使用用户名，因此在这个示例中省略了命名空间部分。虽然Docker Hub是公共的，但使用Docker Hub用户账户可以免费获得一个私有仓库。 ### 1.3 知识总结 以下是我们目前所学内容的总结： | 概念 | 描述 | | ---- | ---- | | Dockerfile | 构建镜像的配方，是包含有序指令的文本文件，每个Dockerfile都有一个基础镜像 | | 镜像 | 文件系统的特定状态，是实时容器的只读、冻结的不可变快照，由代表不同时间点文件系统变化的层组成，Docker使用层缓存 | | 容器 | 镜像的运行时实例，可以运行或停止，同一镜像可以有多个容器运行。可以对容器的文件系统进行更改并提交，提交总是会创建一个新镜像，只有文件系统的更改可以提交，内存更改会丢失 | | 注册表 | 包含命名仓库的集合，仓库是通过ID跟踪的镜像集合，类似于Git仓库，可以推送和拉取镜像 | ## 2. Docker的额外工具和API Docker不仅仅是一个Dockerfile处理器和运行时引擎，它还提供了一系列广泛的工具和API，对开发者和DevOps人员的日常工作非常有帮助。 ### 2.1 开发环境集成工具 - **Kinematic**：适用于Windows和macOS X的桌面开发环境，方便使用Docker。 - **IntelliJ IDEA Docker集成插件**：对于Java开发者来说，在日常编程工作中特别有用。 - **Eclipse Docker工具**：从Eclipse Mars版本开始可用。 - **NetBeans**：支持Docker命令。无论选择哪种开发环境，这些插件都可以让你直接从喜欢的IDE中下载和构建Docker镜像、创建和启动容器以及执行其他相关任务。 ### 2.2 第三方工具 如今Docker非常流行，已经开发了数百个第三方工具来使其更加实用。其中最著名的是Kubernetes。此外，还有许多其他工具可以支持与Docker相关的操作，如持续集成/持续交付、部署和基础设施管理或镜像优化。目前有数十家托管服务支持运行和管理Docker容器。你可以在GitHub的`awesome Docker`列表（https://github.com/veggiemonk/awesome-docker ）中找到精心整理的与Docker相关的工具和服务列表。 ### 2.3 Docker API - **远程API（Remote API）**：用于管理镜像和容器，使用此API可以将镜像分发到运行时Docker引擎。 - **统计API（Stats API）**：可以暴露容器的实时资源使用信息（如CPU、内存、网络I/O和块I/O），可用于创建工具来展示容器在生产系统中的行为。 ## 3. Docker安装指南 接下来，我们将了解如何在Windows、macOS和Linux操作系统上安装Docker，并运行一个示例`hello-world`镜像来验证设置并检查安装过程后一切是否正常工作。 ### 3.1 不同系统的安装特点 Linux是Docker的天然运行环境，在Linux上运行容器将使用本机的Linux内核。而在macOS和Windows上，需要虚拟化Linux内核才能运行Docker容器。Docker引擎在macOS或Windows上运行时，将使用专门为运行Docker容器而设计的轻量级Linux发行版，它完全从RAM运行，仅使用几兆字节，并且可以在几秒钟内启动。安装主Docker包后，macOS和Windows默认使用操作系统内置的虚拟化引擎。对于最新的原生Docker设置，在Windows上需要64位的Windows 10专业版或企业版；在macOS上，最新的Docker for Mac是一个从头开发的原生Mac应用程序，具有原生用户界面，集成了OS X原生虚拟化、虚拟机框架、网络和文件系统，要求操作系统为Yosemite 10.10.3或更高版本。 ### 3.2 macOS安装步骤 1. 访问http://www.docker.com ，进入“Get Docker macOS”部分，下载标准的原生dmg包并挂载。 2. 将包中的`Docker.app`移动到“Applications”文件夹，安装完成。运行Docker后，它将以小鲸鱼图标显示在macOS菜单中，启动过程中图标会动画显示，启动完成后会稳定显示。点击图标会显示一个包含Docker状态和一些额外选项的便捷菜单。 3. **偏好设置**： - **自动更新**：Docker for Mac具有自动更新功能，第一个“Preferences...”面板允许你自动检查更新，默认已标记。你也可以切换到测试版通道获取更新，但这会卸载当前稳定版本的Docker并销毁所有设置和容器，Docker会进行提醒。 - **文件共享**：“File Sharing”面板可以选择将macOS上的目录绑定挂载到后续运行的Docker容器中，目前可使用默认选择的目录。 - **高级设置**：“Advanced”面板可以调整计算机的资源（处理器数量和内存量）供Docker使用，对于初学者来说，默认设置通常是一个不错的开始。 - **代理设置**：“Proxies”面板可设置代理，你可以选择使用系统设置或手动设置。 - **守护进程设置**：可以编辑一些Docker守护进程设置，包括添加注册表和注册表镜像。“Advanced”选项卡包含一个文本字段，你可以在其中输入包含守护进程配置的JSON文本。还可以在“Daemon”面板中关闭Docker实验性功能，点击链接可查看GitHub页面上列出和解释的所有新实验性功能。 - **重置设置**：最后一个“Preferences...”面板是“Reset”，如果Docker无法启动或运行异常，可以尝试将Docker安装重置为出厂默认设置，但这会删除机器上所有已下载的镜像和容器，建议在有未推送的镜像时先进行备份。 - **Kitematic**：Docker菜单中的“Open Kitematic”是打开Kitematic应用程序的便捷快捷方式。如果尚未安装Kitematic，Docker会提供安装包链接。运行Kitematic时，它会首先显示Docker Hub登录屏幕，你可以注册并登录，也可以点击“Skip For Now”不登录直接查看镜像列表。为了测试安装，我们可以搜索`hello-java-world`镜像，拉取并启动它，Kitematic将显示运行容器的日志，输出著名的“hello world”消息。也可以在终端中执行以下命令进行测试： ```bash $ docker run milkyway/java-hello-world ``` 此时，你将在macOS终端中看到相同的问候消息。 ### 3.3 Linux安装步骤（以Ubuntu 16.04为例） ```mermaid graph LR A[允许apt使用HTTPS协议] --> B[添加Docker的apt仓库gpg密钥] B --> C[设置稳定仓库] C --> D[更新apt包索引] D --> E[确保使用官方Docker仓库] E --> F[安装最新版本的Docker] F --> G[验证Docker是否正常工作] G --> H[解决sudo问题] ``` 1. 允许`apt`包管理器通过HTTPS协议使用仓库： ```bash $ sudo apt-get install -y --no-install-recommends apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common ``` 2. 将Docker的`apt`仓库gpg密钥添加到`apt`源列表： ```bash $ curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add – ``` 如果成功，将返回简单的“OK”响应。 3. 设置稳定仓库： ```bash $ sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" ``` 4. 更新`apt`包索引： ```bash $ sudo apt-get update ``` 5. 确保`apt`安装程序使用官方Docker仓库而不是默认的Ubuntu仓库（默认仓库可能包含较旧版本的Docker）： ```bash $ apt-cache policy docker-ce ``` 6. 安装最新版本的Docker： ```bash $ sudo apt-get install -y docker-ce ``` `apt`包管理器将下载许多包，包括所需的依赖项和`docker-engine`本身。 7. 验证Docker是否在Linux上正常工作： ```bash $ sudo docker run milkyway/java-hello-world ``` Docker引擎将从Docker Hub拉取`milkyway/java-hello-world`镜像及其所有层，并返回问候消息。 8. **解决`sudo`问题**：默认情况下，Docker守护进程以root用户身份运行，自Docker 0.5.2版本以来，Docker守护进程绑定到Unix套接字而不是TCP端口，该Unix套接字默认由root用户拥有，因此默认需要使用`sudo`访问。为了能够以普通用户身份运行Docker命令，可以按照以下步骤操作： - 添加`docker`组（如果不存在）： ```bash $ sudo groupadd docker ``` - 将自己的用户添加到`docker`组（将用户名替换为你自己的用户名）： ```bash $ sudo gpasswd -a jarek docker ``` - 重启Docker守护进程： ```bash $ sudo service docker restart ``` - 注销并重新登录，再次执行`docker run`命令，这次无需使用`sudo`： ```bash $ docker run milkyway/java-hello-world ``` 现在你可以作为普通非root用户使用Docker。 ### 3.4 Windows安装步骤 1. 原生Docker包可以在64位的Windows 10专业版或企业版上运行，它使用Windows 10的虚拟化引擎来虚拟化Linux内核，安装包是典型的`.msi`安装包。运行安装包后，它会显示友好消息，表明将在任务栏托盘中以小鲸鱼图标显示。 2. **图标和上下文菜单**：托盘中的Docker图标可以告知Docker引擎状态，还包含一个小但有用的上下文菜单。 3. **偏好设置**： - **常规设置**：“General”选项卡允许你设置Docker在登录时自动运行。如果你每天使用Docker，这可能是推荐的设置。你还可以标记自动检查更新并发送使用统计信息，建议开启此选项以帮助Docker团队改进工具。 - **共享驱动器**：“Shared Drives”选项卡允许你选择本地Windows驱动器，这些驱动器将可供后续运行的Docker容器使用。选择驱动器意味着可以将本地系统的目录映射到Docker容器中，作为Windows主机进行读取。 - **高级设置**：“Advanced”选项卡可以对运行在Windows PC上的Docker引擎进行一些限制，并选择包含Linux内核的虚拟机镜像的位置。默认值通常开箱即用，除非在开发过程中遇到问题，否则建议保持默认设置。 - **网络设置**：“Network”选项卡可以配置Docker与网络的交互方式，如子网地址和掩码或DNS服务器。 - **代理设置**：如果你的网络需要代理才能让Docker访问互联网，可以在“Proxies”选项卡中设置代理，对话框类似于其他应用程序中的代理设置，可以选择无代理、系统代理设置或手动设置（HTTP和HTTPS通信使用不同的代理）。 - **守护进程配置**：可以配置Docker守护进程，“Basic”开关表示Docker使用基本配置，你可以切换到“Advanced”并以JSON结构提供自定义设置。实验性功能与macOS上的设置相同，例如“Checkpoint & Restore”或启用Docker图形驱动插件。你还可以指定远程注册表列表，Docker将使用纯HTTP而不是HTTPS从不安全的注册表中拉取镜像。 - **重置设置**：“Reset”选项卡允许你重启或重置Docker到出厂设置，但要注意，重置会删除当前机器上的所有镜像和容器。 - **Kitematic**：Docker托盘图标上下文菜单中的“Open Kitematic...”选项是启动Kitematic的快捷方式。如果首次使用且未安装Kitematic，Docker会询问是否要先下载它。 4. **最后测试**：作为安装过程的最后一步，检查是否可以从命令提示符或PowerShell中运行Docker。在命令提示符或PowerShell中执行以下命令： ```bash docker run milkyway/java-hello-world ``` 通过以上步骤，你可以在不同操作系统上成功安装并初步使用Docker，开启容器化开发的旅程。 ## 4. 安装总结与常见问题处理 ### 4.1 安装总结 不同操作系统安装Docker的步骤各有特点，以下是一个简洁的对比总结： | 操作系统 | 安装包类型 | 关键步骤 | 注意事项 | | ---- | ---- | ---- | ---- | | macOS | dmg包 | 下载挂载，移动`Docker.app`到“Applications”文件夹，配置偏好设置 | 测试版更新会卸载稳定版并销毁设置和容器；重置会删除镜像和容器 | | Linux（Ubuntu 16.04） | 通过`apt`包管理器 | 配置仓库、更新索引、安装Docker，解决`sudo`问题 | 确保使用官方仓库；普通用户使用需添加到`docker`组 | | Windows | .msi安装包 | 运行安装包，配置偏好设置 | 需64位Windows 10专业版或企业版；重置会删除镜像和容器 | ### 4.2 常见问题处理 在安装和使用Docker过程中，可能会遇到一些常见问题，以下是一些解决思路： - **权限问题**：在Linux上，如果遇到权限不足的错误，如无法访问Unix套接字，可按照前面提到的步骤将用户添加到`docker`组并重启Docker守护进程。 - **网络问题**：如果在拉取镜像时遇到网络连接问题，可检查网络设置，确保网络正常。若需要代理，可在相应操作系统的Docker偏好设置中配置代理。 - **镜像拉取失败**：可能是由于注册表问题或镜像不存在。可检查镜像名称和标签是否正确，也可以尝试更换注册表或等待一段时间后再次尝试。 ## 5. Docker基础操作拓展 ### 5.1 镜像操作 - **查看本地镜像**：使用`docker images`命令可以查看本地已下载的所有镜像。 ```bash $ docker images ``` - **删除本地镜像**：使用`docker rmi`命令可以删除本地镜像，需要指定镜像的ID或标签。 ```bash $ docker rmi <image_id_or_tag> ``` ### 5.2 容器操作 - **查看运行中的容器**：使用`docker ps`命令可以查看当前正在运行的容器。 ```bash $ docker ps ``` 若要查看所有容器（包括已停止的），可使用`docker ps -a`命令。 ```bash $ docker ps -a ``` - **停止和启动容器**：使用`docker stop`命令停止正在运行的容器，使用`docker start`命令启动已停止的容器。 ```bash $ docker stop <container_id_or_name> $ docker start <container_id_or_name> ``` - **删除容器**：使用`docker rm`命令删除已停止的容器。 ```bash $ docker rm <container_id_or_name> ``` ### 5.3 操作流程总结 ```mermaid graph LR A[镜像操作] --> B[查看本地镜像] A --> C[删除本地镜像] D[容器操作] --> E[查看运行中的容器] D --> F[停止和启动容器] D --> G[删除容器] ``` ## 6. Docker的应用场景与优势 ### 6.1 应用场景 - **开发环境一致性**：不同开发者可以使用相同的Docker镜像来构建开发环境，确保代码在不同机器上的运行结果一致。例如，Java开发者可以使用包含特定Java版本和依赖的镜像，避免因环境差异导致的问题。 - **持续集成/持续交付（CI/CD）**：在CI/CD流程中，Docker可以将应用程序及其依赖打包成镜像，方便在不同阶段进行部署和测试。例如，在代码提交后，自动构建Docker镜像并进行测试，然后部署到生产环境。 - **微服务架构**：Docker容器非常适合微服务架构，每个微服务可以打包成一个独立的容器，便于管理和扩展。不同的微服务可以使用不同的编程语言和技术栈，通过容器进行隔离。 ### 6.2 优势 - **资源利用率高**：与传统虚拟机相比，Docker容器共享主机的内核，占用资源更少，启动速度更快。 - **隔离性好**：容器之间相互隔离，一个容器的故障不会影响其他容器的运行，提高了系统的稳定性和安全性。 - **可移植性强**：Docker镜像可以在不同的操作系统和环境中运行，方便应用程序的迁移和部署。 ## 7. 总结与展望 通过本文，我们全面了解了Docker的分发组件、额外工具和API，掌握了在不同操作系统上安装Docker的详细步骤，以及一些基础的操作和应用场景。Docker作为一种强大的容器化技术，为开发者和运维人员带来了诸多便利，能够提高开发效率、降低运维成本。 随着技术的不断发展，Docker相关的工具和生态系统也在不断完善。未来，我们可以期待更多创新的应用场景和更便捷的工具出现，进一步推动容器化技术的发展。同时，我们也应该不断学习和探索，充分发挥Docker的潜力，为软件开发和部署带来更多的价值。 希望本文能够帮助你快速入门Docker，并在实际项目中应用这一技术。如果你在使用过程中遇到问题或有更多的想法，欢迎在评论区留言交流。