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Docker概念和架构

课程介绍

Docker是目前最流行的容器化技术,它可以将应用及其依赖打包成一个容器,实现快速部署和扩展。本课程将详细讲解Docker的概念、架构、核心组件等内容,帮助你掌握Docker的基础理论知识。

1. Docker概述

1.1 什么是Docker

Docker是一个开源的容器化平台。

Docker的定义: Docker是一个开源的容器化平台,它可以将应用及其依赖打包成一个容器,实现快速部署和扩展。

Docker的特点

特点说明
轻量级容器比虚拟机更轻量
快速部署容器启动速度快
一致性容器在不同环境中运行一致
可移植性容器可以在任何地方运行
隔离性容器之间相互隔离

1.2 Docker的历史

Docker的发展历史。

Docker的发展

时间事件
2013年Docker项目开源
2014年Docker 1.0发布
2015年Docker Registry v2发布
2017年Docker CE和Docker EE发布
2019年Docker Desktop发布
2020年Docker Hub免费版本限制
2021年Docker Desktop收费

1.3 Docker的优势

Docker的优势。

Docker的优势

优势说明
快速部署容器启动速度快
资源隔离容器之间相互隔离
环境一致性容器在不同环境中运行一致
可移植性容器可以在任何地方运行
易于扩展容器可以快速扩展
版本控制容器镜像可以版本控制
持续集成容器支持持续集成

2. Docker核心概念

2.1 镜像(Image)

镜像是Docker容器的基础。

镜像的定义: 镜像是一个只读的模板,包含了运行应用所需的所有文件和配置。

镜像的特点

特点说明
只读镜像一旦创建就不可修改
分层镜像采用分层存储
可重用镜像可以被多个容器使用
可版本化镜像可以版本控制

镜像示例

bash
# 查看本地镜像
docker images

# 拉取镜像
docker pull ubuntu:20.04

# 构建镜像
docker build -t myapp .

2.2 容器(Container)

容器是Docker的运行实例。

容器的定义: 容器是镜像的运行实例,包含了运行中的应用及其依赖。

容器的特点

特点说明
可运行容器是可运行的实例
可修改容器可以被修改
可隔离容器之间相互隔离
可删除容器可以被删除

容器示例

bash
# 运行容器
docker run -d --name mycontainer ubuntu:20.04

# 查看运行中的容器
docker ps

# 查看所有容器
docker ps -a

# 停止容器
docker stop mycontainer

# 删除容器
docker rm mycontainer

2.3 仓库(Repository)

仓库是存储Docker镜像的地方。

仓库的定义: 仓库是存储Docker镜像的地方,分为公共仓库和私有仓库。

仓库的类型

类型说明
公共仓库公开的镜像仓库,如Docker Hub
私有仓库私有的镜像仓库,如Harbor

仓库示例

bash
# 登录Docker Hub
docker login

# 推送镜像到Docker Hub
docker push username/myapp

# 从Docker Hub拉取镜像
docker pull username/myapp

2.4 网络(Network)

网络是Docker容器之间通信的桥梁。

网络的定义: 网络是Docker容器之间通信的桥梁,支持多种网络模式。

网络的模式

模式说明
bridge默认网络模式
host主机网络模式
none无网络模式
overlay覆盖网络模式

网络示例

bash
# 查看Docker网络
docker network ls

# 创建Docker网络
docker network create mynetwork

# 运行容器并连接网络
docker run -d --name mycontainer --network mynetwork ubuntu:20.04

2.5 存储(Volume)

存储是Docker容器持久化数据的方式。

存储的定义: 存储是Docker容器持久化数据的方式,支持多种存储驱动。

存储的类型

类型说明
volume卷存储
bind mount绑定挂载
tmpfs临时文件系统

存储示例

bash
# 查看Docker卷
docker volume ls

# 创建Docker卷
docker volume create myvolume

# 运行容器并挂载卷
docker run -d --name mycontainer -v myvolume:/data ubuntu:20.04

3. Docker架构

3.1 Docker架构概述

Docker采用客户端-服务器架构。

Docker架构

组件说明
Docker客户端用于与Docker守护进程通信
Docker守护进程负责构建、运行和管理容器
Docker Registry存储Docker镜像
Docker对象包括镜像、容器、网络和卷

3.2 Docker组件

Docker的核心组件。

Docker组件

组件说明
Docker EngineDocker引擎,包含Docker守护进程和Docker API
Docker CLIDocker命令行工具
Docker Compose用于定义和运行多容器应用
Docker Machine用于在虚拟机上安装Docker
Docker SwarmDocker集群管理工具

3.3 Docker工作流程

Docker的工作流程。

Docker工作流程

  1. 构建镜像:使用Dockerfile构建镜像
  2. 推送镜像:将镜像推送到Registry
  3. 拉取镜像:从Registry拉取镜像
  4. 运行容器:基于镜像运行容器
  5. 管理容器:管理容器的生命周期

Docker工作流程示例

bash
# 1. 构建镜像
docker build -t myapp .

# 2. 推送镜像
docker push username/myapp

# 3. 拉取镜像
docker pull username/myapp

# 4. 运行容器
docker run -d --name mycontainer username/myapp

# 5. 管理容器
docker stop mycontainer
docker start mycontainer
docker rm mycontainer

4. Docker与虚拟机的区别

4.1 Docker与虚拟机的对比

Docker和虚拟机的对比。

对比表

特性Docker虚拟机
启动时间秒级分钟级
资源占用
隔离级别容器级硬件级
镜像大小MB级GB级
性能接近原生有性能损耗
可移植性
管理复杂度

4.2 Docker的优势

Docker相比虚拟机的优势。

Docker的优势

优势说明
启动速度快容器启动速度快
资源占用低容器占用资源少
隔离级别适中容器提供足够的隔离
镜像体积小容器镜像体积小
性能接近原生容器性能接近原生
可移植性高容器可以在任何地方运行
管理复杂度低容器管理简单

5. Docker生态系统

5.1 Docker生态系统概述

Docker生态系统包括多个工具和服务。

Docker生态系统

工具/服务说明
Docker EngineDocker引擎
Docker HubDocker官方镜像仓库
Docker Compose多容器应用编排
Docker SwarmDocker集群管理
Docker Machine虚拟机上安装Docker
Docker Desktop桌面端Docker
Docker Registry镜像仓库
Docker Cloud容器云服务

5.2 第三方工具

Docker的第三方工具。

第三方工具

工具说明
Harbor企业级镜像仓库
PortainerDocker管理界面
Kubernetes容器编排平台
Rancher容器管理平台
HelmKubernetes包管理
Istio服务网格

6. 实战案例

案例1:运行一个简单的Nginx容器

场景:运行一个简单的Nginx容器。

步骤

bash
# 1. 拉取Nginx镜像
docker pull nginx

# 2. 运行Nginx容器
docker run -d --name nginx-container -p 80:80 nginx

# 3. 查看容器状态
docker ps

# 4. 访问Nginx
curl http://localhost

# 5. 停止容器
docker stop nginx-container

# 6. 删除容器
docker rm nginx-container

案例2:构建一个自定义镜像

场景:构建一个自定义的Ubuntu镜像。

步骤

bash
# 1. 创建Dockerfile
cat > Dockerfile << EOF
FROM ubuntu:20.04

RUN apt-get update && apt-get install -y curl

CMD ["curl", "--version"]
EOF

# 2. 构建镜像
docker build -t myubuntu .

# 3. 查看镜像
docker images

# 4. 运行容器
docker run --name myubuntu-container myubuntu

# 5. 删除容器
docker rm myubuntu-container

# 6. 删除镜像
docker rmi myubuntu

7. 常见问题

问题1:Docker命令需要sudo权限

问题:Docker命令需要sudo权限。

解决方法

bash
# 将用户添加到docker组
sudo usermod -aG docker $USER

# 重新登录
exit

# 测试Docker命令
docker ps

问题2:Docker镜像拉取失败

问题:Docker镜像拉取失败。

解决方法

bash
# 检查网络连接
ping google.com

# 更换Docker镜像源
sudo vim /etc/docker/daemon.json

问题3:Docker容器启动失败

问题:Docker容器启动失败。

解决方法

bash
# 查看容器日志
docker logs container-name

# 检查容器配置
docker inspect container-name

# 重新运行容器
docker run -d --name container-name image-name

课程总结

这节课我们学习了Docker概念和架构。

核心内容:

  • Docker概述(什么是Docker、Docker的历史、Docker的优势)
  • Docker核心概念(镜像、容器、仓库、网络、存储)
  • Docker架构(Docker架构概述、Docker组件、Docker工作流程)
  • Docker与虚拟机的区别
  • Docker生态系统
  • 实战案例(运行Nginx容器、构建自定义镜像)
  • 常见问题

重要命令:

  • docker images:查看本地镜像
  • docker pull:拉取镜像
  • docker build:构建镜像
  • docker run:运行容器
  • docker ps:查看容器
  • docker stop:停止容器
  • docker rm:删除容器
  • docker push:推送镜像

Docker是容器化技术的主流选择,掌握这些知识后,我们将在后续课程中学习Docker的安装和配置、镜像和容器管理等内容。

课后练习

练习1(基础)

运行一个Nginx容器,并访问。

练习2(进阶)

构建一个自定义的Ubuntu镜像,并运行容器。

练习3(拓展)

创建一个Docker网络,并在网络中运行两个容器,测试它们之间的通信。

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