docker入门教程一:简介与安装

简介

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(OCI)。

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 4 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 版本以后开始去除 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

runc 是一个 Linux 命令行工具,用于根据 OCI容器运行时规范 创建和运行容器。

containerd 是一个守护程序,它管理容器生命周期,提供了在一个节点上执行容器和管理镜像的最小功能集。

Docker CE 在 17.03 版本之前叫 Docker Engine, https://docs.docker.com/release-notes/docker-engine/, 可以看到Docker Engine 的版本号范围: 0.1.0 ~ 1.13.1

在 2017 年 3 月 2 日, docker 团队宣布企业版 Docker Enterprise Edition ( EE ) 发布。为了一致, 免费的 Docker Engine 改名为 Docker Community Edition ( CE ), 并且采用基于时间的版本号方案。就在这一天, Docker EE 和 Docker CE 的 17.03 版本发布, 这也是第一个采用新的版本号方案的版本。Docker CE 分为 stable, test, 和 nightly 三个更新频道。每六个月发布一个 stable 版本 (18.09, 19.03, 19.09…)

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。

下面的图片比较了 Docker 和传统虚拟化方式的不同之处。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。

在之前虚拟机与容器技术的对比图里,不应该把Docker Engine或者任何容器管理工具放在跟Hypervisor相同的位置,因为它们并不像Hypervisor那样对应用进程的隔离环境负责,也不会创建任何实体的“容器”,真正对隔离环境负责的是宿主机操作系统本身:

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所以,在这个对比图里,我们应该把Docker画在跟应用同级别并且靠边的位置。这意味着,用户运行在容器里的应用进程,跟宿主机上的其他进程一样,都由宿主机操作系统统一管理,只不过这些被隔离的进程拥有额外设置过的Namespace参数。而Docker项目在这里扮演的角色,更多的是旁路式的辅助和管理工作。

对比传统虚拟机总结
| 特性 | 容器 | 虚拟机 |
| :————: | :————————: | :————: |
| 启动 | 秒级 | 分钟级 |
| 硬盘使用 | 一般为 MB | 一般为 GB |
| 性能 | 接近原生 | 弱于 |
| 系统支持量 | 单机支持上千个容器 | 一般几十个 |

基本概念

docker是一个典型的client-server结构。这是官网给出的架构图,这张图里面概括了docker的所有的元素。
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docker Engine

  1. 常驻后台进程Dockerd
  2. 一个用来和 Dockerd 交互的 REST API Server
  3. 命令行CLI接口,通过和 REST API 进行交互(我们经常使用的 docker 命令)

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docker客户端

最左边是docker的客户端,类似我们操作mysql的工具navcat,只不过我们这里的是没有图形化界面的命令终端。docker客户端是用户与docker服务交互的窗口。

docker服务

中间的是docker后台运行的服务,一个称为docker daemon的守护进程。可以理解为我们mysql的服务,我们的操作命令都是在这部分进行处理!docker deamon监听着客户端的请求,并且管理着docker的镜像、容器、网络、磁盘(图中只列出了镜像与容器)等对象。同样,docker的客户端与服务可以运行在同一机器上,也可以用某台机器上的客户端远程连接另一台机器上的docker服务,这跟我们的mysql一样的呢。

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:16.04 就包含了完整的一套 Ubuntu 16.04 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。

因为镜像包含操作系统完整的 root 文件系统,其体积往往是庞大的,因此在 Docker 设计时,就充分利用 Union FS 的技术,将其设计为分层存储的架构。所以严格来说,镜像并非是像一个 ISO 那样的打包文件,镜像只是一个虚拟的概念,其实际体现并非由一个文件组成,而是由一组文件系统组成,或者说,由多层文件系统联合组成

镜像构建时,会一层层构建,前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变,后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如,删除前一层文件的操作,实际不是真的删除前一层的文件,而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候,虽然不会看到这个文件,但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此,在构建镜像的时候,需要额外小心,每一层尽量只包含该层需要添加的东西,任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。

分层存储的特征还使得镜像的复用、定制变的更为容易。甚至可以用之前构建好的镜像作为基础层,然后进一步添加新的层,以定制自己所需的内容,构建新的镜像。

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。也因为这种隔离的特性,很多人初学 Docker 时常常会混淆容器和虚拟机。

前面讲过镜像使用的是分层存储,容器也是如此。每一个容器运行时,是以镜像为基础层,在其上创建一个当前容器的存储层,我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为容器存储层。

容器存储层的生存周期和容器一样,容器消亡时,容器存储层也随之消亡。因此,任何保存于容器存储层的信息都会随容器删除而丢失。

按照 Docker 最佳实践的要求,容器不应该向其存储层内写入任何数据,容器存储层要保持无状态化。所有的文件写入操作,都应该使用 数据卷(Volume)、或者绑定宿主目录,在这些位置的读写会跳过容器存储层,直接对宿主(或网络存储)发生读写,其性能和稳定性更高

数据卷的生存周期独立于容器,容器消亡,数据卷不会消亡。因此,使用数据卷后,容器删除或者重新运行之后,数据却不会丢失。

仓库

镜像构建完成后,可以很容易的在当前宿主机上运行,但是,如果需要在其它服务器上使用这个镜像,我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务,Docker Registry 就是这样的服务。

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),标签可以理解为版本号;每个标签对应一个镜像

完整的一个镜像应该是:[Docker Registry 地址[:端口号]/]仓库名[:标签]

通常,一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像,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。而<仓库名>实际上也是分为二段,即 <用户名>/<软件名>。对于 Docker Hub,如果不给出用户名,则默认为 library,也就是官方镜像。

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,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 jwilder/nginx-proxy,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。但这并非绝对,取决于所使用的具体 Docker Registry 的软件或服务。

Docker Registry 公开服务

Docker Registry 公开服务是开放给用户使用、允许用户管理镜像的 Registry 服务。一般这类公开服务允许用户免费上传、下载公开的镜像,并可能提供收费服务供用户管理私有镜像。

最常使用的 Registry 公开服务是官方的 [Docker Hub](https://hub.docker.com/),这也是默认的 Registry,并拥有大量的高质量的官方镜像。除此以外,还有 CoreOSQuay.io,CoreOS 相关的镜像存储在这里;Google 的 Google Container RegistryKubernetes 的镜像使用的就是这个服务。

由于某些原因,在国内访问这些服务可能会比较慢。国内的一些云服务商提供了针对 Docker Hub 的镜像服务(Registry Mirror),这些镜像服务被称为加速器。常见的有 阿里云加速器DaoCloud 加速器 等。使用加速器会直接从国内的地址下载 Docker Hub 的镜像,比直接从 Docker Hub 下载速度会提高很多。

国内也有一些云服务商提供类似于 Docker Hub 的公开服务。比如 时速云镜像仓库网易云镜像服务DaoCloud 镜像市场阿里云镜像库 等。

私有 Docker Registry

除了使用公开服务外,用户还可以在本地搭建私有 Docker Registry。Docker 官方提供了 Docker Registry 镜像,可以直接使用做为私有 Registry 服务。在 私有仓库 一节中,会有进一步的搭建私有 Registry 服务的讲解。

安装

ubuntu

ubuntu安装docker

Ubuntu 16.04 + 上的 Docker CE 默认使用 overlay2 存储层驱动,无需手动配置。

由于 apt 源使用 HTTPS 以确保软件下载过程中不被篡改。因此,我们首先需要添加使用 HTTPS 传输的软件包以及 CA 证书。

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apt-get update
apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common
curl -fsSL https://mirrors.ustc.edu.cn/docker-ce/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add - #使用中科大的的 GPG 密钥
add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://mirrors.ustc.edu.cn/docker-ce/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" # 添加源(删除源是直接加上-r参数)
apt-get install docker-ce

这样就安装好了。

官方使用的是aliyun的源,https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/ubuntu/gpg

ubuntu16.4 安装docker

先使用apt-cache madison docker-ce来查看库里面有哪些docker的版本,然后选择带xenial的最新的版本即可。

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wget http://launchpadlibrarian.net/236916213/libltdl7_2.4.6-0.1_amd64.deb
dpkg -i libltdl7_2.4.6-0.1_amd64.deb
apt-get install -y docker-ce=17.03.3~ce-0~ubuntu-xenial

添加用户

只有 root 用户和 docker 组的用户才可以访问 Docker 引擎的 Unix socket。所以普通用户是运行不了docker命令的,如果想要运行,就必须将普通用户加入到docker这个群组里面去。

在安装docker时,会自动创建了一个名为docker的用户组,守护进程启动的时候,会默认赋予用户组docker读写Unix socket的权限,因此只要将当前用户加入到docker用户组中,那当前用户就有权限访问Unix socket了,进而也就可以执行docker相关命令。使用 sudo usermod -aG docker $USER 或者 sudo gpasswd -a $USER docker 即可

如果提示群组不存在,可以 sudo groupadd docker 先加一下。

centos

centos安装Docker

Docker CE 支持 64 位版本 CentOS 7,并且要求内核版本不低于 3.10。 CentOS 7 满足最低内核的要求,但由于内核版本比较低,部分功能(如 overlay2 存储层驱动)无法使用,并且部分功能可能不太稳定。

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# step 1: 安装必要的一些系统工具 
yum install -y yum-utils
# Step 2: 添加软件源信息
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
# Step 3: 更新并安装 Docker-CE
yum makecache fast
yum -y install docker-ce
# Step 4: 开启Docker服务
service docker start

添加内核参数

默认配置下,如果在 CentOS 使用 Docker CE 看到下面的这些警告信息:

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WARNING: bridge-nf-call-iptables is disabled
WARNING: bridge-nf-call-ip6tables is disabled

请添加内核配置参数以启用这些功能。

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$ sudo tee -a /etc/sysctl.conf <<-EOF
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF

然后重新加载 sysctl.conf 即可

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$ sudo sysctl -p

使用脚本安装

Docker 官方为了简化安装流程,提供了一套便捷的安装脚本,访问get.docker.com就是安装脚本:

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curl -fsSL get.docker.com -o get-docker.sh 
sh get-docker.sh --mirror Aliyun

或者 curl -fsSL https://get.docker.com | bash -s docker --mirror Aliyun

镜像加速器

国内从 Docker Hub 拉取镜像有时会遇到困难,此时可以配置镜像加速器。Docker 官方和国内很多云服务商都提供了国内加速器服务,例如:

当配置某一个加速器地址之后,若发现拉取不到镜像,请切换到另一个加速器地址。

国内各大云服务商均提供了 Docker 镜像加速服务,建议根据运行 Docker 的云平台选择对应的镜像加速服务。

我们以 Docker 官方加速器 https://registry.docker-cn.com 为例进行介绍。

https://www.docker-cn.com/registry-mirror

Ubuntu 16.04+、Debian 8+、CentOS 7

对于使用 systemd 的系统,请在 /etc/docker/daemon.json 中写入如下内容(如果文件不存在请新建该文件)

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{
"registry-mirrors": [
"https://registry.docker-cn.com"
]
}

注意,一定要保证该文件符合 json 规范,否则 Docker 将不能启动。

之后重新启动服务。

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$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl restart docker

检查加速器是否生效

配置加速器之后,如果拉取镜像仍然十分缓慢,请手动检查加速器配置是否生效,在命令行执行 docker info,如果从结果中看到了如下内容,说明配置成功。

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➜  ~ docker info 2>/dev/null|grep -A1 Mirrors
Registry Mirrors:
https://registry.docker-cn.com/

有时registry.docker-cn.com也会很慢,可以使用https://www.daocloud.io/mirror的镜像加速器,如下:

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root@fdm:~/dnmp# curl -sSL https://get.daocloud.io/daotools/set_mirror.sh | sh -s http://f1361db2.m.daocloud.io
docker version >= 1.12
{
"registry-mirrors": ["http://f1361db2.m.daocloud.io"]
}
Success.
You need to restart docker to take effect: sudo systemctl restart docker.service

参考资料

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