Docker容器入門
2013年釋出至今，Docker一直廣受矚目，被認為可能會改變軟體行業。
但是，許多人並不清楚 Docker 到底是什麼，要解決什麼問題，好處又在哪裡？本文就來詳細解釋，幫助大家理解它，還帶有簡單易懂的例項，教你如何將它用於日常開發。
一、環境配置的難題
軟體開發最大的麻煩事之一，就是環境配置。使用者計算機的環境都不相同，你怎麼知道自家的軟體，能在那些機器跑起來？
使用者必須保證兩件事：作業系統的設定，各種庫和元件的安裝。只有它們都正確，軟體才能執行。舉例來說，安裝一個 Python 應用，計算機必須有 Python 引擎，還必須有各種依賴，可能還要配置環境變數。
如果某些老舊的模組與當前環境不相容，那就麻煩了。開發者常常會說："它在我的機器可以跑了"（It works on my machine），言下之意就是，其他機器很可能跑不了。
環境配置如此麻煩，換一臺機器，就要重來一次，曠日費時。很多人想到，能不能從根本上解決問題，軟體可以帶環境安裝？也就是說，安裝的時候，把原始環境一模一樣地複製過來。
二、虛擬機器
虛擬機器（virtual machine）就是帶環境安裝的一種解決方案。它可以在一種作業系統裡面執行另一種作業系統，比如在 Windows 系統裡面執行 Linux 系統。應用程式對此毫無感知，因為虛擬機器看上去跟真實系統一模一樣，而對於底層系統來說，虛擬機器就是一個普通檔案，不需要了就刪掉，對其他部分毫無影響。
雖然使用者可以通過虛擬機器還原軟體的原始環境。但是，這個方案有幾個缺點。
（1）資源佔用多
虛擬機器會獨佔一部分記憶體和硬碟空間。它執行的時候，其他程式就不能使用這些資源了。哪怕虛擬機器裡面的應用程式，真正使用的記憶體只有 1MB，虛擬機器依然需要幾百 MB 的記憶體才能執行。
（2）冗餘步驟多
虛擬機器是完整的作業系統，一些系統級別的操作步驟，往往無法跳過，比如使用者登入。
（3）啟動慢
啟動作業系統需要多久，啟動虛擬機器就需要多久。可能要等幾分鐘，應用程式才能真正執行。
三、Linux 容器
由於虛擬機器存在這些缺點，Linux 發展出了另一種虛擬化技術：Linux 容器（Linux Containers，縮寫為 LXC）。
Linux 容器不是模擬一個完整的作業系統，而是對程序進行隔離。或者說，在正常程序的外面套了一個
由於容器是程序級別的，相比虛擬機器有很多優勢。
（1）啟動快
容器裡面的應用，直接就是底層系統的一個程序，而不是虛擬機器內部的程序。所以，啟動容器相當於啟動本機的一個程序，而不是啟動一個作業系統，速度就快很多。
（2）資源佔用少
容器只佔用需要的資源，不佔用那些沒有用到的資源；虛擬機器由於是完整的作業系統，不可避免要佔用所有資源。另外，多個容器可以共享資源，虛擬機器都是獨享資源。
（3）體積小
容器只要包含用到的元件即可，而虛擬機器是整個作業系統的打包，所以容器檔案比虛擬機器檔案要小很多。
總之，容器有點像輕量級的虛擬機器，能夠提供虛擬化的環境，但是成本開銷小得多。
四、Docker 是什麼？
Docker 屬於 Linux 容器的一種封裝，提供簡單易用的容器使用介面。它是目前最流行的 Linux 容器解決方案。
Docker 將應用程式與該程式的依賴，打包在一個檔案裡面。執行這個檔案，就會生成一個虛擬容器。程式在這個虛擬容器裡執行，就好像在真實的物理機上執行一樣。有了 Docker，就不用擔心環境問題。
總體來說，Docker 的介面相當簡單，使用者可以方便地建立和使用容器，把自己的應用放入容器。容器還可以進行版本管理、複製、分享、修改，就像管理普通的程式碼一樣。
五、Docker 的用途
Docker 的主要用途，目前有三大類。
（1）提供一次性的環境。比如，本地測試他人的軟體、持續整合的時候提供單元測試和構建的環境。
（2）提供彈性的雲服務。因為 Docker 容器可以隨開隨關，很適合動態擴容和縮容。
（3）組建微服務架構。通過多個容器，一臺機器可以跑多個服務，因此在本機就可以模擬出微服務架構。
六、Docker 的安裝
Docker 是一個開源的商業產品，有兩個版本：社群版（Community Edition，縮寫為 CE）和企業版（Enterprise Edition，縮寫為 EE）。企業版包含了一些收費服務，個人開發者一般用不到。下面的介紹都針對社群版。
Docker CE 的安裝請參考官方文件。
安裝完成後，執行下面的命令，驗證是否安裝成功。
$ docker version # 或者 $ docker info
Docker 需要使用者具有 sudo 許可權，為了避免每次命令都輸入sudo，可以把使用者加入 Docker 使用者組（官方文件）。
$ sudo usermod -aG docker $USER
Docker 是伺服器----客戶端架構。命令列執行docker命令的時候，需要本機有 Docker 服務。如果這項服務沒有啟動，可以用下面的命令啟動（官方文件）。
# service 命令的用法 $ sudo service docker start # systemctl 命令的用法 $ sudo systemctl start docker
六、image 檔案
Docker 把應用程式及其依賴，打包在 image 檔案裡面。只有通過這個檔案，才能生成 Docker 容器。image 檔案可以看作是容器的模板。Docker 根據 image 檔案生成容器的例項。同一個 image 檔案，可以生成多個同時執行的容器例項。
image 是二進位制檔案。實際開發中，一個 image 檔案往往通過繼承另一個 image 檔案，加上一些個性化設定而生成。舉例來說，你可以在 Ubuntu 的 image 基礎上，往裡面加入 Apache 伺服器，形成你的 image。
# 列出本機的所有 image 檔案。 $ docker image ls # 刪除 image 檔案 $ docker image rm [imageName]
image 檔案是通用的，一臺機器的 image 檔案拷貝到另一臺機器，照樣可以使用。一般來說，為了節省時間，我們應該儘量使用別人製作好的 image 檔案，而不是自己製作。即使要定製，也應該基於別人的 image 檔案進行加工，而不是從零開始製作。
為了方便共享，image 檔案製作完成後，可以上傳到網上的倉庫。Docker 的官方倉庫Docker Hub是最重要、最常用的 image 倉庫。此外，出售自己製作的 image 檔案也是可以的。
七、例項：hello world
下面，我們通過最簡單的 image 檔案"hello world"，感受一下 Docker。
需要說明的是，國內連線 Docker 的官方倉庫很慢，還會斷線，需要將預設倉庫改成國內的映象網站，具體的修改方法在下一篇文章的第一節。有需要的朋友，可以先看一下。
首先，執行下面的命令，將 image 檔案從倉庫抓取到本地。
$ docker image pull library/hello-world
上面程式碼中，docker image pull是抓取 image 檔案的命令。library/hello-world是 image 檔案在倉庫裡面的位置，其中library是 image 檔案所在的組，hello-world是 image 檔案的名字。
由於 Docker 官方提供的 image 檔案，都放在library組裡面，所以它的是預設組，可以省略。因此，上面的命令可以寫成下面這樣。
$ docker image pull hello-world
抓取成功以後，就可以在本機看到這個 image 檔案了。
$ docker image ls
現在，執行這個 image 檔案。
$ docker container run hello-world
docker container run命令會從 image 檔案，生成一個正在執行的容器例項。
注意，docker container run命令具有自動抓取 image 檔案的功能。如果發現本地沒有指定的 image 檔案，就會從倉庫自動抓取。因此，前面的docker image pull命令並不是必需的步驟。
如果執行成功，你會在螢幕上讀到下面的輸出。
$ docker container run hello-world Hello from Docker! This message shows that your installation appears to be working correctly.
輸出這段提示以後，hello world就會停止執行，容器自動終止。
有些容器不會自動終止，因為提供的是服務。比如，安裝執行 Ubuntu 的 image，就可以在命令列體驗 Ubuntu 系統。
$ docker container run -it ubuntu bash
對於那些不會自動終止的容器，必須使用docker container kill命令手動終止。
$ docker container kill [containID]
八、容器檔案
image 檔案生成的容器例項，本身也是一個檔案，稱為容器檔案。也就是說，一旦容器生成，就會同時存在兩個檔案： image 檔案和容器檔案。而且關閉容器並不會刪除容器檔案，只是容器停止執行而已。
# 列出本機正在執行的容器 $ docker container ls # 列出本機所有容器，包括終止執行的容器 $ docker container ls --all
上面命令的輸出結果之中，包括容器的 ID。很多地方都需要提供這個 ID，比如上一節終止容器執行的docker container kill命令。
終止執行的容器檔案，依然會佔據硬碟空間，可以使用docker container rm命令刪除。
$ docker container rm [containerID]
執行上面的命令之後，再使用docker container ls --all命令，就會發現被刪除的容器檔案已經消失了。
九、Dockerfile 檔案
學會使用 image 檔案以後，接下來的問題就是，如何可以生成 image 檔案？如果你要推廣自己的軟體，勢必要自己製作 image 檔案。
這就需要用到 Dockerfile 檔案。它是一個文字檔案，用來配置 image。Docker 根據 該檔案生成二進位制的 image 檔案。
下面通過一個例項，演示如何編寫 Dockerfile 檔案。
十、例項：製作自己的 Docker 容器
下面我以koa-demos專案為例，介紹怎麼寫 Dockerfile 檔案，實現讓使用者在 Docker 容器裡面執行 Koa 框架。
作為準備工作，請先下載原始碼。
$ git clone https://github.com/ruanyf/koa-demos.git $ cd koa-demos
10.1 編寫 Dockerfile 檔案
首先，在專案的根目錄下，新建一個文字檔案.dockerignore，寫入下面的內容。
.git node_modules npm-debug.log
上面程式碼表示，這三個路徑要排除，不要打包進入 image 檔案。如果你沒有路徑要排除，這個檔案可以不新建。
然後，在專案的根目錄下，新建一個文字檔案 Dockerfile，寫入下面的內容。
FROM node:8.4 COPY . /app WORKDIR /app RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org EXPOSE 3000
上面程式碼一共五行，含義如下。
- FROM node:8.4：該 image 檔案繼承官方的 node image，冒號表示標籤，這裡標籤是8.4，即8.4版本的 node。
- COPY . /app：將當前目錄下的所有檔案（除了.dockerignore排除的路徑），都拷貝進入 image 檔案的/app目錄。
- WORKDIR /app：指定接下來的工作路徑為/app。
- RUN npm install：在/app目錄下，執行npm install命令安裝依賴。注意，安裝後所有的依賴，都將打包進入 image 檔案。
- EXPOSE 3000：將容器 3000 埠暴露出來， 允許外部連線這個埠。
10.2 建立 image 檔案
有了 Dockerfile 檔案以後，就可以使用docker image build命令建立 image 檔案了。
$ docker image build -t koa-demo . # 或者 $ docker image build -t koa-demo:0.0.1 .
上面程式碼中，-t引數用來指定 image 檔案的名字，後面還可以用冒號指定標籤。如果不指定，預設的標籤就是latest。最後的那個點表示 Dockerfile 檔案所在的路徑，上例是當前路徑，所以是一個點。
如果執行成功，就可以看到新生成的 image 檔案koa-demo了。
$ docker image ls
10.3 生成容器
docker container run命令會從 image 檔案生成容器。
$ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash # 或者 $ docker container run -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1 /bin/bash
上面命令的各個引數含義如下：
-p引數：容器的 3000 埠對映到本機的 8000 埠。-it引數：容器的 Shell 對映到當前的 Shell，然後你在本機視窗輸入的命令，就會傳入容器。koa-demo:0.0.1：image 檔案的名字（如果有標籤，還需要提供標籤，預設是 latest 標籤）。/bin/bash：容器啟動以後，內部第一個執行的命令。這裡是啟動 Bash，保證使用者可以使用 Shell。
如果一切正常，執行上面的命令以後，就會返回一個命令列提示符。
root@66d80f4aaf1e:/app#
這表示你已經在容器裡面了，返回的提示符就是容器內部的 Shell 提示符。執行下面的命令。
root@66d80f4aaf1e:/app# node demos/01.js
這時，Koa 框架已經執行起來了。開啟本機的瀏覽器，訪問 http://127.0.0.1:8000，網頁顯示"Not Found"，這是因為這個demo沒有寫路由。
這個例子中，Node 程序執行在 Docker 容器的虛擬環境裡面，程序接觸到的檔案系統和網路介面都是虛擬的，與本機的檔案系統和網路介面是隔離的，因此需要定義容器與物理機的埠對映（map）。
現在，在容器的命令列，按下 Ctrl + c 停止 Node 程序，然後按下 Ctrl + d （或者輸入 exit）退出容器。此外，也可以用docker container kill終止容器執行。
# 在本機的另一個終端視窗，查出容器的 ID $ docker container ls # 停止指定的容器執行 $ docker container kill [containerID]
容器停止執行之後，並不會消失，用下面的命令刪除容器檔案。
# 查出容器的 ID $ docker container ls --all # 刪除指定的容器檔案 $ docker container rm [containerID]
也可以使用docker container run命令的--rm引數，在容器終止執行後自動刪除容器檔案。
$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo /bin/bash
10.4 CMD 命令
上一節的例子裡面，容器啟動以後，需要手動輸入命令node demos/01.js。我們可以把這個命令寫在 Dockerfile 裡面，這樣容器啟動以後，這個命令就已經執行了，不用再手動輸入了。
FROM node:8.4 COPY . /app WORKDIR /app RUN npm install --registry=https://registry.npm.taobao.org EXPOSE 3000 CMD node demos/01.js
上面的 Dockerfile 裡面，多了最後一行CMD node demos/01.js，它表示容器啟動後自動執行node demos/01.js。
你可能會問，RUN命令與CMD命令的區別在哪裡？簡單說，RUN命令在 image 檔案的構建階段執行，執行結果都會打包進入 image 檔案；CMD命令則是在容器啟動後執行。另外，一個 Dockerfile 可以包含多個RUN命令，但是隻能有一個CMD命令。
注意，指定了CMD命令以後，docker container run命令就不能附加命令了（比如前面的/bin/bash），否則它會覆蓋CMD命令。現在，啟動容器可以使用下面的命令。
$ docker container run --rm -p 8000:3000 -it koa-demo:0.0.1
10.5 釋出 image 檔案
容器執行成功後，就確認了 image 檔案的有效性。這時，我們就可以考慮把 image 檔案分享到網上，讓其他人使用。
首先，去hub.docker.com或cloud.docker.com註冊一個賬戶。然後，用下面的命令登入。
$ docker login
接著，為本地的 image 標註使用者名稱和版本。
$ docker image tag [imageName] [username]/[repository]:[tag] # 例項 $ docker image tag koa-demos:0.0.1 ruanyf/koa-demos:0.0.1
也可以不標註使用者名稱，重新構建一下 image 檔案。
$ docker image build -t [username]/[repository]:[tag] .
最後，釋出 image 檔案。
$ docker image push [username]/[repository]:[tag]
釋出成功以後，登入 hub.docker.com，就可以看到已經發布的 image 檔案。
十一、其他有用的命令
docker 的主要用法就是上面這些，此外還有幾個命令，也非常有用。
（1）docker container start
前面的docker container run命令是新建容器，每執行一次，就會新建一個容器。同樣的命令執行兩次，就會生成兩個一模一樣的容器檔案。如果希望重複使用容器，就要使用docker container start命令，它用來啟動已經生成、已經停止執行的容器檔案。
$ docker container start [containerID]
（2）docker container stop
前面的docker container kill命令終止容器執行，相當於向容器裡面的主程序發出 SIGKILL 訊號。而docker container stop命令也是用來終止容器執行，相當於向容器裡面的主程序發出 SIGTERM 訊號，然後過一段時間再發出 SIGKILL 訊號。
$ bash container stop [containerID]
這兩個訊號的差別是，應用程式收到 SIGTERM 訊號以後，可以自行進行收尾清理工作，但也可以不理會這個訊號。如果收到 SIGKILL 訊號，就會強行立即終止，那些正在進行中的操作會全部丟失。
（3）docker container logs
docker container logs命令用來檢視 docker 容器的輸出，即容器裡面 Shell 的標準輸出。如果docker run命令執行容器的時候，沒有使用-it引數，就要用這個命令檢視輸出。
$ docker container logs [containerID]
（4）docker container exec
docker container exec命令用於進入一個正在執行的 docker 容器。如果docker run命令執行容器的時候，沒有使用-it引數，就要用這個命令進入容器。一旦進入了容器，就可以在容器的 Shell 執行命令了。
$ docker container exec -it [containerID] /bin/bash
（5）docker container cp
docker container cp命令用於從正在執行的 Docker 容器裡面，將檔案拷貝到本機。下面是拷貝到當前目錄的寫法。
$ docker container cp [containID]:[/path/to/file] .