深入浅出Docker

容器与Docker简介

镜像(Image)

  • 定义静态的只读模板,包含运行应用所需的所有依赖(代码、环境、库、配置)。
  • 本质:分层存储结构(UnionFS),每一层是文件系统的增量修改。
  • 核心操作:docker pull(拉取)、docker build(构建)、docker push(推送)。
  • 生命周期:持久化存储,可重复使用。删除需显式执行 docker rmi

容器(Container)

  • 定义镜像的运行实例,本质是隔离的进程(通过 Linux Namespace 和 Cgroups 实现)。
  • 本质:镜像层(只读) + 容器层(读写),运行时添加数据。
  • 核心操作:docker run(创建并启动)、docker start/stop(启停)、docker exec(进入)。
  • 生命周期:临时性存在,停止后容器层数据默认丢失(需挂载卷持久化)。

仓库(Registry)

  • 定义集中存储和分发镜像的平台,类似代码仓库(GitHub)。
  • 核心操作:docker push(上传镜像)、docker pull(下载镜像)。
graph LR
    A[仓库 Registry] -- 上传/下载 --> B[镜像 Image]
    B -- 实例化 --> C[容器 Container]
    C -- 停止/销毁 --> B

Docker底层技术

  • Namespace(命名空间)隔离:为进程提供独立的系统视图(PID、网络、文件系统等)。
  • Cgroups(控制组)资源限制:限制进程使用的CPU、内存、磁盘I/O资源。
  • UnionFS(联合文件系统)镜像分层:镜像由多层只读文件叠加而成,提升存储效率。

镜像管理

镜像的本质:分层存储(UnionFS)

  • 只读层(RO Layers):每层都是文件系统的增量修改(如安装软件、添加文件)。
  • 容器层(RW Layer):容器启动时在镜像层之上添加可写层(所有修改在此层发生)。
  • 关键特性
    • 写时复制(Copy-on-Write):修改文件时,从下层复制到容器层再修改(原始镜像不变)。
    • 内容寻址存储:每层通过 SHA256哈希 唯一标识。
    • 共享基础层:多个镜像可共享相同基础层(如 Ubuntu 层),节省磁盘空间。

镜像管理核心操作

flowchart LR
    A[构建 Build] -->|docker build| B[本地镜像]
    B -->|docker push| C[仓库 Registry]
    C -->|docker pull| D[其他主机]
    D -->|docker run| E[运行容器]
  • docker pull [镜像名]:[标签]:从仓库拉取镜像。
  • docker images:列出本地镜像。
  • docker rmi [镜像ID]:删除本地镜像。
  • docker build -t [镜像名] [路径]:构建镜像(需 Dockerfile)。
  • docker tag [旧名] [新名]:重命名镜像。
  • docker save -o [文件] [镜像名]:导出镜像为 tar 文件。
  • docker load -i [文件]:导入 tar 文件为镜像。

Dockerfile构建流程解析

# 基础层 (可被其他镜像共享)
FROM python:3.9-slim AS builder
# 中间层 (安装依赖)
RUN pip install --no-cache-dir flask gunicorn
# 应用层 (添加代码)
COPY app.py /app/
WORKDIR /app
# 启动命令 (容器启动时执行)
CMD ["gunicorn", "-b 0.0.0.0:8000", "app:app"]

镜像优化策略

  • 多阶段构建:丢弃构建依赖,仅保留运行时文件。
  • 合并RUN命令:减少层数,清理缓存。
  • 镜像仓库管理
graph LR
    A[本地镜像] -->|docker login| B[Docker Hub]
    A -->|docker push| C[私有仓库]
    C -->|docker pull| D[生产服务器]

容器操作

容器生命周期

stateDiagram-v2
    [*] --> Created: docker create
    Created --> Running: docker start
    Running --> Paused: docker pause
    Paused --> Running: docker unpause
    Running --> Stopped: docker stop
    Stopped --> Running: docker start
    Running --> Killed: docker kill
    Stopped --> [*]: docker rm
    Killed --> [*]: docker rm
  • Created:容器已创建但未启动(docker create)。
  • Running:运行中(docker start/run)。
  • Paused:进程暂停(冻结状态,保留内存)。
  • Stopped:进程终止(发送 SIGTERM 信号)。
  • Killed:强制终止(发送 SIGKILL 信号)。
  • Removed:容器被删除。

核心命令操作

  • 容器创建与启动

    • docker run:创建并启动容器。

    • docker create:仅创建不启动。

    • docker start:启动已停止容器。

  • 容器交互与管理

    • docker exec:在运行中容器执行命令。

    • docker attach:附加到运行中容器。

    • docker logs:查看容器日志。

    • docker stats:实时监控资源。

    graph LR
        A[终端] -->|发送信号| B[Docker守护进程]
        B -->|转发信号| C[容器主进程]
        C -->|输出流| B
        B -->|显示输出| A
    
  • 容器停止与删除

    • docker stop:正常停止。
    • docker kill:强制停止。
    • docker rm:删除容器。
    graph LR
        A[docker stop] --> B[发送SIGTERM]
        B --> C{10秒内退出?}
        C -->|是| D[正常退出]
        C -->|否| E[发送SIGKILL]
        
        F[docker kill] --> G[直接发送SIGKILL]
    

数据持久化与卷(Volumes)

Docker数据持久化

  • 卷(Volumes):Docker 管理的存储区域,独立于容器生命周期;支持加密、权限控制;高性能(本地/云存储驱动)。

  • 绑定挂载(Bind Mounts):直接映射主机任意目录,容器可修改主机文件系统,适合开发环境代码同步。

  • 临时文件系统(tmpfs):数据仅存储在内存中,容器停止即消失,适合敏感临时数据。

卷(Volumes)

graph LR
    A[容器] --> B[(命名卷)]
    B --> C[/var/lib/docker/volumes/]
  • docker volume create :创建命名卷。
  • docker volume ls:列出所有卷。
  • docker volume inspect :查看卷详细信息。
  • docker run -v ::挂载卷到容器。

持久化核心要点

flowchart LR
   创建卷 --> 挂载到容器 --> 数据操作 --> 备份 --> 迁移/恢复

网络配置

Docker 网络架构

graph LR
    Host[主机物理网络] --> NS1[容器1网络命名空间]
    Host --> NS2[容器2网络命名空间]
    Host --> NS3[容器3网络命名空间]
    
    NS1 --> veth1[虚拟网卡veth0]
    NS2 --> veth2[虚拟网卡veth0]
    NS3 --> veth3[虚拟网卡veth0]
    
    veth1 --> BR[docker0网桥]
    veth2 --> BR
    veth3 --> BR
    
    BR --> eth0[主机物理网卡]
  • 网络命名空间(Network Namespace):每个容器独立的网络栈。
  • 虚拟网卡对(veth pair):连接容器和网桥。
  • 网桥(Bridge):软件交换机(默认docker0)。
  • IPtables/NAT:实现端口映射和防火墙。

Docker 网络驱动类型

模式命令参数特点适用场景
Bridge --network=bridge 默认模式,NAT隔离 单主机容器通信
Host --network=host 共享主机网络栈 高性能需求
Overlay --network=overlay 多主机容器网络 Swarm/K8s集群
Macvlan --network=macvlan 直接分配MAC地址 传统网络集成
None --network=none 无网络 安全敏感场景
#docker#
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