Docker新手入门：基本用法

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Docker新手入门：基本用法

作者：cdai 来源;C博客发布于 2016-8-16

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Docker新手入门：基本用法

1.Docker简介

1.1 第一本Docker书

工作中不断碰到Docker，今天终于算是正式开始学习了。在挑选系统学习Docker以及虚拟化技术的书籍时还碰到了不少麻烦，主要就是没有特别经典的书！Docker的《第一版Docker书》和《Docker技术入门与实战》普遍评价不高，而《Docker开发实践》和《Dockeru源码分析》又是2015年最近才出的，评价不是很多。综合看了下，最终还是选择了《Docker开发实践》，以下都主要以这本书作为学习资料。

1.2 Docker是什么？

《Docker开发实践》中讲了个故事：20世纪60年代以前的海运，货物都放置在一起，很容易挤压受损。同时，不同的运输方式之间的转运也很麻烦，例如从码头和火车汽车转运卸货时。不同货物和不同交通工具之间的组合是一个巨大的二维矩阵。海运界最后达成了一致，制定了国际标准集装箱来解决这个棘手的问题。所有货物都打包进集装箱互相隔离，所有交通工具都通过集装箱转运，极大地提供了运输的安全性和效率。

在软件开发中我们也经常碰到同样的问题，使用了各种各样技术框架的应用程序，从前端静态网站到后端数据库，从PHP到Java，以及多种多样的部署环境，从测试服务器到线上环境，从虚拟机到公有云等等。Docker，正是这个集装箱，而Docker的logo也的确是个集装箱。

1.3 Docker与容器和虚拟机

很自然地我们会问，Docker跟虚拟机有什么区别啊？这个问题可以拆成两部分。因为Docker并不是什么完全独创的技术，而是属于很早便有了的容器技术，所以第一个问题就是容器与虚拟机的区别？同属于容器技术，Docker的兄弟姐妹还有Solaris Zones、BSD jails、LXC等。但Docker现在这么火，自然有它的独到之处，所以第二个问题就是Docker与其他容器的区别？

关于第一个问题比较简单，容器是一种轻量级的虚拟技术。它不像虚拟机那样具有一套完整的CPU、内存和磁盘，对操作系统有绝对的权限。容器和宿主主机共享内核，所有容器共享操作系统，在一台物理机上可以运行成百上千的容器。第二个问题稍麻烦一些，与LXC相比，Docker对配置进行了抽象，使应用在任何平台上的运行环境都一致。同时提供了版本控制、镜像托管等类似Git的现代化设施和生态圈。

总体来看，Docker的应用场景有：

加速本地开发：快速搭建好开发环境和运行环境。

自动打包和部署应用。

创建轻量级的私有Paas环境。

自动化测试和持续集成。

创建安全沙盒。

2.Docker安装与32位问题

2.1 安装Docker

Docker对Linux环境有两个要求，一是64位系统，二是内核在3.8以上。而我使用的是Linux Mint 17的32位版，所以下载了源码包准备编译安装。正愁找不到编译安装的资料时，发现Ubuntu软件库提供了已经编译好的Docker 32位版，真是太好了！再看一下我的内核版本是3.13，也符合要求，于是直接用apt安装。

cdai@dell ~ $ uname -a
Linux dell 3.13.0-37-generic #64-Ubuntu SMP Mon Sep 
22 21:30:01 UTC 2014 i686 i686 i686 GNU/Linux

cdai@dell ~ $ apt-cache search docker
docker.io - Linux container runtime
kdocker - lets you dock any application into the system tray
vim-syntax-docker - Docker container engine - Vim highlighting syntax files

cdai@dell ~ $ sudo apt-get install docker.io
cdai@dell ~ $ docker -v
Docker version 1.0.1, build 990021a

2.2 32位版镜像

尽管Docker能用了，但是官方Docker Hub中的镜像都是为64位系统准备的，下载这些镜像后创建启动容器时会报”finalize namespace drop capabilities operation not permitted”的错误。所以我们可以用官方提供的Dockerfile构建出32位版本的镜像，才能在32位系统上使用。（镜像构建的具体讲解请参见第3.4节）

以构建32位版的Ubuntu为例，执行官方GitHub上提供的Shell脚本即可。经过漫长的等待后，就能看到32位的Ubuntu镜像已经成功安装到我们本地了，官方的脚本果然还是挺靠谱的。

cdai ~ $ docker images
REPOSITORY    TAG    IMAGE ID      CREATED         VIRTUAL SIZE
32bit/ubuntu    14.04     c062cc00654e    About a minute ago   295.3 MB

注意：这里为了在我的老本子上学习研究Docker而做了workaround，真正应用时当然还是一定要在64位机器上使用Docker的。

3.入门实战

3.1 核心概念

在开始使用Docker之前，首先要了解Docker中的概念和它们之间的关系，否则直接上手可能会搞得一头雾水。Docker中最重要的三个概念就是：镜像、容器、库。

镜像：是一个包含了应用程序和其运行时依赖环境的只读文件。

容器：它是构建容器的模板，通过一个镜像我们可以构造出很多相互独立但运行环境一样的容器。

库：Docker提供了Hub来保存公有或私有的镜像，也允许第三方搭建。

下面就是典型的Docker工作流，从这张图中能清晰地理解这三个重要概念之间的关系。本节接下来就根据这个Workflow逐一介绍常用的操作。

3.2 搜索下载镜像

首先用docker search [keyword]命令查看Docker Hub上都有哪些镜像可以下载，search后可以用通配符表示关键字：

cdai ~ $ docker search ubuntu
NAME           DESCRIPTION                   STARS     OFFICIAL   AUTOMATED
ubuntu            Ubuntu is a Debian-based Linux operating s...   2179      [OK]       
ubuntu-upstart       Upstart is an event-based replacement for ...   31      [OK]       
torusware/speedus-ubuntu   Always updated official Ubuntu docker imag...   25     [OK]
tleyden5iwx/ubuntu-cuda  Ubuntu 14.04 with CUDA drivers pre-installed    17    [OK]
ubuntu-debootstrap      debootstrap --variant=minbase --components...   12        [OK]       
neurodebian           NeuroDebian provides neuroscience research...   11        [OK]       
    ...

接下来用docker pull [repository/url:tag]命令下载镜像。因为从官方Docker Hub下载非常慢，所以这里从国内的镜像站http://dockerpool.com/下载，速度非常快。（注：后面会讲到用docker run命令创建容器，其实如果镜像不存在Docker会自动去下载，这里为了学习pull命令所以手动下载镜像）

cdai ~ $ docker pull dl.dockerpool.com:5000/ubuntu:14.04
cdai ~ $ docker pull dl.dockerpool.com:5000/centos:latest

下载完成后，就可以用docker images查看本地都有哪些镜像。这里的REPOSITORY列可能有三种类型：

[namespace/ubuntu]：当你在Docker Hub上注册账户时，账户名就自动成为你的namespace，它是用来区分不同用户的镜像的。

[ubuntu]：这种只有仓库名的可以认为它属于顶级namespace，这种仓库只用于官方的镜像。

[dl.dockerpool.com:5000/ubuntu]：URL路径表示镜像是放置在第三方搭建的Hub上。

cdai ~ $ docker images
REPOSITORY     TAG       IMAGE ID         CREATED        VIRTUAL SIZE
dl.dockerpool.com:5000/ubuntu   14.04   5506de2b643b    10 months ago     199.3 MB
dl.dockerpool.com:5000/centos   latest     87e5b6b3ccc1   11 months ago    224 MB

如果想要查看镜像的详细信息，可以用docker inspect [image-id]命令查看。（注：下面容器一节会看到，这个命令也能够用来查看容器的详细信息）

cdai ~ $ docker inspect 5506de2b643b
[{
    "Architecture": "amd64",
    "Author": "",
    "Comment": "",
    "Config": {
        "AttachStderr": false,
        "AttachStdin": false,
        "AttachStdout": false,
        "Cmd": [
            "/bin/bash"
        ],
        ...
    },
    "Container"
: "201ae89099c20e577dd9c60cb9199c2dac0688d49efa676bf3eeb859666294bd",
    "ContainerConfig": {
        "AttachStderr": false,
        "AttachStdin": false,
        "AttachStdout": false,
        ...
    },
    "Created": "2014-10-23T23:53:59.03271073Z",
    "DockerVersion": "1.3.0",
    "Id"
: "5506de2b643be1e6febbf3b8a240760c6843244c41e12aa2f60ccbb7153d17f5",
    "Os": "linux",
    "Parent": "
22093c35d77bb609b9257ffb2640845ec05018e3d96cb939f68d0e19127f1723",
    "Size": 0
}]

3.3 创建启动容器

了解了镜像的基本操作后，我们就可以创建容器了。首先用docker create创建容器或者用docker run [repository:tag]创建并运行容器。容器可以分为两种类型：

交互型容器：前台运行，可以通过控制台与容器交互。如果创建该容器的终端被关闭，则容器就变为停止状态。此外，在容器控制台中输入exit或者通过docker stop或docker kill也能终止容器。

后台型容器：后台运行，创建启动之后就与终端无关了，需要用docker stop或docker kill来终止。

说明：因为我的老本子是32位的，即便从第三方Hub安装了镜像也都是64位的无法使用，所以这里的例子都使用第一节中手动构建出的32位Ubuntu镜像。

首先我们创建运行一个交互型容器试试，在容器的控制台里简单的输出个”Hello,Docker”。怎么样？Docker容器非常轻量级，启动非常快吧！用docker ps可以查看正在运行的容器，用docker ps -a查看所有容器，包括未启动的容器。（-l和-n=x能列出最后创建的一个或x个容器）

cdai ~ $ docker run -i -t 32bit/ubuntu:14.04 /bin/bash
root@328aa6305d82:/# echo "Hello, Docker!"
Hello, Docker!
root@328aa6305d82:/# exit
exit

cdai ~ $ docker ps -a
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
328aa6305d82 32bit/ubuntu:14.04 /bin/bash 24 seconds ago Exited (0) 4 seconds ago

现在再创建运行一个后台型容器。可以用restart参数设置容器异常退出时自动重启：”always”不管什么返回码都尝试重启容器；”on-failure:x”则只在返回码非0时才会重启，并尝试x次。最后可以接上一个容器启动后执行的命令。这里为了做一个例子学习，所以用一个循环每隔5秒输出”hello world”。（Docker 1.3后提供了docker exec用于在容器运行之后中途启动另一个程序）

cdai ~ $ docker run -d 32bit/ubuntu:14.04 /bin/bash 
-c "while true; do echo hello world; sleep 5; done"
5c40590cc23cfa02bd6c0220da77b601973f01f8bc430baca22315ef68d81e44
cdai ~ $ docker ps
CONTAINER ID IMAGE  COMMAND  CREATED  STATUS  PORT NAMES
5c40590cc23c  32bit/ubuntu:14.04  /bin/bash -c while  5 seconds ago  Up 5 seconds

现在容器已经在后台运行起来了，没有控制台我们怎样能查看容器的状态呢？Docker提供了一些很实用的容器内操作命令，例如docker logs [container-name]能够查看容器内标准输出流中的内容，docker top [container-name]查看容器中的所有进程。下面就用这两个命令查看一下刚才启动的容器运行得怎么样了？注意：启动容器时如果没用name参数指定容器名称的话，Docker会自动生成一个，下面的命令都用这个名称作为参数。

hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
hello world
^C
cdai ~ $ docker top evil_bartik
UID   PID          PPID    C   STIME     TTY         TIME                CMD
root    26803      1700    0     21:54      ?       00:00:00   
 /bin/bash -c while true; do echo hello world; sleep 5; done
root    26859    26803    0   21:55       ?       00:00:00     sleep 5

可以看到我们的容器运行良好，循环体在不断输出”hello world”到输出流中。之前学习镜像说过docker inspect也可以用于容器，现在就用它查看一下容器的详细信息。从输出可以清晰地看到启动命令、环境参数、网络等信息。

cdai ~ $ docker inspect evil_bartik
[{
    "Args": [
        "-c",
        "while true; do echo hello world; sleep 5; done"
    ],
    "Config": {
        "AttachStderr": false,
        "AttachStdin": false,
        "AttachStdout": false,
        "Hostname": "5c40590cc23c",
        "Image": "32bit/ubuntu:14.04",
        ...
    },
    "Created": "2015-09-03T13:54:03.389202827Z",
    "Driver": "aufs",
    ...
    "MountLabel": "",
    "Name": "/evil_bartik",
    "NetworkSettings": {
        "Bridge": "docker0",
        "Gateway": "172.17.42.1",
        "IPAddress": "172.17.0.5",
        "IPPrefixLen": 16,
        "PortMapping": null,
        "Ports": {}
    },
    ...
}]

容器学习的差不多了，现在就把它停下来了吧。之前说过，对于后台型容器有docker stop [container-name]和docker kill [container-name]两种方法。那它们有什么区别呢？前者会给容器内的进程发送SIGTERM信号，默认行为是容器退出，当然容器内的程序也可以捕获该信号后自行处理。而后者会给容器内的进程发送SIGKILL信号，导致容器直接退出。

cdai ~ $ docker stop evil_bartik
evil_bartik
cdai ~ $ docker ps -a
CONTAINER ID    IMAGE     COMMAND     CREATED   STATUS       
PORTS          NAMES
5c40590cc23c      32bit/ubuntu:14.04   /bin/bash -c while    3 minutes ago    
Exited (-1) 5 seconds ago       evil_bartik         
328aa6305d82   32bit/ubuntu:14.04   /bin/bash      11 minutes ago     
 Exited (0) 11 minutes ago        stupefied_curie

3.4 制作上传镜像

本地镜像的制作有使用commit命令和编写Dockerfile两种方式。下面就先分别介绍这两种制作方式，然后学习一下如何把我们自己制作的本地镜像上传到Docker Hub上。

3.4.1 用commit制作镜像

首先启动我们之前创建的交互型容器stupefied_curie。启动成功后会发现我们并没有进入容器的控制台，这时就要使用之前没有介绍的一个容器内使用的命令，attach命令，帮我们重新进入一个已启动容器的控制台。（注意：执行attach后，要按一次回车才会出现容器的控制台界面。而且后台型容器是无法attach的）

cdai ~ $ docker ps -a
CONTAINER ID IMAGE  COMMAND  CREATED  STATUS  PORTS  NAMES
328aa6305d82   32bit/ubuntu:14.04   /bin/bash  10 hours ago     Exited (0) 10 hours ago
 stupefied_curie

attach上之后我们就可以在容器内操作了，这里我们安装一个Sqlite数据库并保存一个文本文件，准备好要制作成本地镜像的容器。本以为一切会很顺利，结果却碰到了容器内无法上网的问题，因为默认容器与宿主主机是桥接的关系需要配置一些DNS等设置。上网查了一下最简单的方法就是改一下网络模式，让容器使用与宿主主机一样的网络栈。这里重新创建一个交互型容器，网络模式使用host模式。

cdai ~ $ docker run -i -t --net="host" 32bit/ubuntu:14.04 /bin/bash
root@cdai:/# apt-get install sqlite3
Reading package lists... Done
Building dependency tree       
Reading state information... Done
Suggested packages:
  sqlite3-doc
The following NEW packages will be installed:
  sqlite3
0 upgraded, 1 newly installed, 0 to remove and 0 not upgraded.
Need to get 28.3 kB of archives.
After this operation, 161 kB of additional disk space will be used.
Get:1 http://archive.ubuntu.com/ubuntu/ trusty-updates/main
 sqlite3 i386 3.8.2-1ubuntu2.1 [28.3 kB]
Fetched 28.3 kB in 2s (10.8 kB/s)                   
Selecting previously unselected package sqlite3.
(Reading database ... 11535 files and directories currently installed.)
Preparing to unpack .../sqlite3_3.8.2-1ubuntu2.1_i386.deb ...
Unpacking sqlite3 (3.8.2-1ubuntu2.1) ...
Setting up sqlite3 (3.8.2-1ubuntu2.1) ...
root@cdai:/# echo "test docker commit" >> hellodocker
root@cdai:/# exit
exit

现在就可以用docker commit [container-id]命令将前面准备好的容器制作成镜像了！（为什么有的命令用ID有的用name呢？）执行完成后，就能查我们的镜像已安装到本地库了。这里还发现了一个问题，就是基于32位镜像创建的容器，再制作成镜像好像又是64位了，启动时又会报”finalize namespace drop capabilities operation not permitted”错误，：（

cdai ~ $ docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE   COMMAND    CREATED  STATUS    PORTS    NAMES
1718e35463ff   32bit/ubuntu:14.04   /bin/bash   53 seconds ago   Exited (0) 8 seconds ago  
    boring_babbage

cdai ~ $ docker commit --author="cdai" 1718e35463ff cdai/sqlite3:v1
e10622157a5df7c82bdf148bda021e0fe312c153852f7a6c765c216d4d636ecb
cdai ~ $ docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED VIRTUAL SIZE
cdai/sqlite3 v1 e10622157a5d 6 seconds ago 321.8 MB
32bit/ubuntu 14.04 c062cc00654e 11 hours ago 295.3 MB

3.4.2 用Dockerfile制作镜像

上面我们在容器的控制台上手动执行一些操作，而Dockerfile是一种更加透明并且可重复的制作方式，因为我们不是手动执行操作，而是将所有操作用Docker提供的命令和语法编写到Dockerfile中。命令名全部大写，常用的Dockerfile命令有：

FROM：指定扩展自哪个父级镜像。

RUN：执行命令修改镜像。例如RUN apt-get update和RUN [“apt-get”, “update”]。前者在/bin/sh中执行命令，后者直接使用系统调用exec执行。

EXPOSE：指明容器内进程对外开放的端口。也可以在容器启动时用-p参数开放一些在Dockerfile里没有列出的端口。

ADD：添加宿主主机文件、文件夹或URL指定资源到镜像中。

ENV：设置容器运行的环境变量。

USER：为容器的运行以及Dockerfile后面的命令指定用户。

其他命令还有：MAINTAINER声明作者信息、WORKDIR指定工作目录（最后一个会作为容器启动后的工作目录）、VOLUME挂载文件、CMD和ENTRYPOINT指定容器启动后执行的命令、ONBUILD指定一些命令在当前镜像构建时不会执行，而是在子镜像构建时触发。

了解了这些常用的命令，下面就可以开始编写Dockerfile了。注意：Dockerfile文件名默认就叫”Dockerfile”，否则执行build命令时Docker会找不到。编写好后，执行docker build .就可以开始构建了，每一条Dockerfile的命令都相当于构建出一个临时镜像，最后一步会生成最终的目标镜像。

cdai $ ls
-rw-r--r--  1 root root   17 Sep  4 09:08 abc.txt
-rw-r--r--  1 root root  188 Sep  4 09:08 Dockerfile
cdai $ cat Dockerfile 
FROM 32bit/ubuntu:14.04
MAINTAINER cdai "XXX@163.com"
USER root
RUN apt-get install -y nginx
EXPOSE 80 8080
RUN touch test.txt
ADD abc.txt .
ENTRYPOINT ["ls"]
CMD ["-a", "-l"]

cdai $ docker build -t cdai/nginx:v1 .
Sending build context to Docker daemon 3.584 kB
Sending build context to Docker daemon
Step 0 : FROM 32bit/ubuntu:14.04
---> c062cc00654e
Step 1 : MAINTAINER cdai "dc_726@163.com"
---> Running in 53ece79679ed
---> 979f81286bbe
Removing intermediate container 53ece79679ed
Step 2 : USER root
---> Running in f5d29e4895e5
---> 4965bbb8d8cd
Removing intermediate container f5d29e4895e5
Step 3 : RUN apt-get install -y nginx
---> Running in d4e46baff94a
Reading package lists...
Building dependency tree...
Reading state information...
The following extra packages will be installed:
fontconfig-config fonts-dejavu-core geoip-database libfontconfig1
libfreetype6 libgd3 libgeoip1 libjbig0 libjpeg-turbo8 libjpeg8 libtiff5
libvpx1 libx11-6 libx11-data libxau6 libxcb1 libxdmcp6 libxml2 libxpm4
libxslt1.1 nginx-common nginx-core sgml-base xml-core
Suggested packages:
libgd-tools geoip-bin fcgiwrap nginx-doc sgml-base-doc debhelper
...
Setting up nginx (1.4.6-1ubuntu3.3) ...
---> 73f5d909ac29
Removing intermediate container d4e46baff94a
Step 4 : EXPOSE 80 8080
---> Running in 4333d2f3c58c
---> b693316fb774
Removing intermediate container 4333d2f3c58c
Step 5 : RUN touch test.txt
---> Running in 815dfbfb2005
...

3.4.3 上传镜像到Hub

首先用docker login命令输入我们在Docker Hub的登录信息，Docker会将其保存到~/.dockercfg中。

cdai $ docker login
Username: cdai
Password: 
Email: XXX@163.com
Login Succeeded
cdai $ cat ~/.dockercfg 
{"https://index.docker.io/v1/":  
{"auth":"XXXXaToxXXXXXXlEYiE=","email":"XXX@163.com"}}

cdai $ docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED VIRTUAL SIZE
cdai/sqlite3 v1 e10622157a5d 37 minutes ago 321.8 MB
32bit/ubuntu 14.04 c062cc00654e 11 hours ago 295.3 MB

cdai $ docker push cdai/sqlite3:v1
The push refers to a repository [cdai/sqlite3] (len: 1)
Sending image list
Pushing repository cdai/sqlite3 (1 tags)
c062cc00654e: Buffering to disk
...

4.附：Docker相关技术

容器隔离：采用libcontainer取代了LXC作为默认容器。通过内核的pid、net、ipc、mnt和uts等命名空间实现对进程、网络、消息、文件系统和主机名的隔离。

资源调配：通过cgroups控制资源的度量和分配。

可移植性：利用AUFS实现对容器的快速更新。AUFS具有层的概念，每次修改都是在已有的只写层进行增量修改，修改内容形成新的文件层而不影响原有的层。

安全性：通过命名空间的隔离和cgroups审计，并配合一系列工具如SELinux等来保证安全。

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