docker 简明教程

docker 基本概念

docker 是一个开源项目，诞生于 2013 年初，其目标是建立一个轻量级的操作系统虚拟化解决方案。 docker 以 linux 容器（LCX）技术为基础，并在此基础上进行了进一步的封装，使得操作更加简便。 与传统虚拟化方式不同的是，docker 在操作系统层面上实现虚拟化，直接复用了本地主机系统，而传统虚拟机则是在硬件层面实现。 因此与传统虚拟化方案相比，docker 有如下几点优势：

更快：容器的启动可以在秒级实现，这比传统虚拟机快的多。

更简单：docker 提供了简单方法快速创建容器，并且可以一次创建，在任意地方正常运行，对于开发和运维来说非常具有吸引力。

更高效：传统虚拟方案在运行多个应用时需要启动多个虚拟机，而 docker 只需要启动多个容器即可，此外 docker 对系统利用率很高，容器除了运行其中应用外，基本不消耗额外的系统资源，系统开销很小，因此单个主机上可以同时运行数千个容器。

docker 中，两个重要的概念是镜像和容器。 容器是从镜像创建的运行实例，实质是镜像和读写层的组合。 容器可以启动，开始，停止，删除，每个容器之间都是相互隔离的，从而保证了容器的安全性。 镜像是一个只读的模板，可以用来创建容器。 一般来说，镜像文件都是包含一个完整的操作系统环境和一些定制的应用。 在下面将具体介绍 docker 使用，并且以 texlive 环境搭建为例展示 docker 应用。

docker 配置

这里主要介绍 centos 环境下 docker 配置过程。首先启动 docker 服务

$ systemctl start docker

此时输入 docker ps 命令，可能显示如下错误

$ docker ps
docker: Got permission denied while trying to connect to the Docker daemon socket at unix:///var/run/docker.sock: Post http://%2Fvar%2Frun%2Fdocker.sock/v1.38/containers/create: dial unix /var/run/docker.sock: connect: permission denied.

这主要是因为 docker 进程使用 Unix Socket 而不是 TCP 端口。默认情况下，Unix socket 需要 root 权限才能访问。 为了保证普通用户也能使用，需要建立 docker 用户组，并且将用户添加入。 使用 root 账户添加 docker 用户组，并且添加当前用户。

$ sudo groupadd docker

$ sudo gpasswd -a <USER> docker

此时，需要在普通用户环境中手动更新用户组，随后再输入 docker 命令完成测试。

# 更新 docker 用户组
$ newgrp docker

# 测试 docker 命令
$ docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES

镜像

镜像是 docker 中一个只读的模板，在容器运行前需要本地存在对应的镜像，当镜像不存在时，docker 会从镜像仓库中下载。 下面介绍与镜像相关的一些操作命令。

获取镜像

docker 镜像安装一般有两种方法，第一种是直接从仓库中拖取镜像，第二种是使用 dockerfile 定制安装。 准确来说，第二种也是从镜像仓库获取的，只是此基础上进行了一些定制化操作。 第二种方法将在 dockerfile 小节中详细介绍。

对于直接拉取镜像安装方法，首先使用 docker search ubuntu 命令搜索镜像仓库中相关镜像，找到对应镜像名称后用 pull 命令拖取。

$ docker pull ubuntu:12.04

查看

在安装完镜像后，使用 docker image ls 或 docker images 可以查看本地已经安装好的镜像。

$ docker image ls
REPOSITORY                         TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
ubuntu                             14.04               f17b6a61de28        18 months ago       188MB

可以看到，在列出信息中有几个关键字段，分别是：

  • REPOSITORY 仓库
  • TAG 标记
  • IMAGE ID 镜像 ID 号
  • CREATED 创建时间
  • SIZE 大小

其中，镜像的 ID 号唯一的标识了镜像，尽管有些镜像的标记号不同，但是当 ID 号相同时实际上是同一镜像。

删除

当不再需要镜像时，使用 docker rmi 命令，其中参数可以为镜像对应名字或者 ID。

# 通过镜像名删除镜像
$ docker rmi <image name>

# 通过镜像 ID 删除
$ docker rim <image id>

镜像修改

当本地有安装好的镜像时，可以在此基础上启动容器，并且进行进一步的修改。 在这里引入容器只是为了介绍保存镜像修改内容的方法，关于容器的具体使用会在后面介绍。

# 以交互方式启动容器
$ docker run -it ubunut /bin/bash

# 进入容器检查软件包更新
root@<tag>:# apt update

# 退出容器
root@<tag>:# exit

当退出后，修改后的容器并没有消失只是终止，可以再次启动。 用 docker commit 命令将更新后的容器制作成新的镜像，也可以替换原始镜像。

$ docker commit -m <comment> -a <user> <container id> <image name>

其中 <image name> 是新建镜像的名称，<container id> 是容器对应 ID，-m 提交说明信息，-a 指定更新用户信息。

dockerfile

从上面可以看出，当需要一种特定容器时候，需要在镜像中启动容器，并在此基础上进行一系列操作，最终建立满足要求的镜像。 dockerfile 则提供了一种自动化方法来构建定制镜像。 一个简单的 dockerfile 格式如下。

# This is a comment
FROM ubuntu:14.04
LABEL maintainer=lilongxiang01@inspur.com
RUN apt-get -qq update
RUN apt-get -qqy install ruby
ADD test /root/

从上述文件中，出现的 dockerfile 相关语法为：

  • # 为注释语句；
  • FROM 告诉 docker 以哪个镜像为基础进行构建；
  • LABEL 语句提供了维护者信息；
  • RUN 指令会在创建过程运行；
  • ADD 命令将本地文件复制到镜像中；

注意，在复制文件时，必须指定镜像中和当前文件夹同名的文件夹才能成功。也就是说，当 test 为一个文件时，上述 dockerfile 是没问题的，但是当 test 为文件夹时，则需要将目标路径改为 /root/test。

将上述文件命令为 Dockerfile，并放入目录 ubuntu_ruby 目录下。 随后使用 docker build 命令，根据 Dockerfile 构建镜像。

$ mkdir ubuntu_ruby
$ cd ubuntu_ruby
$ docker build -t ubuntu/ruty:v1 .

其中 . 为 Dockerfile 所在路径。也可以在目录上层进行构建，此时对应的路径为 ubuntu_ruby。

迁移

当需要把当前镜像作为一个文件进行保存时候，可以按照如下方式进行1。

# 将镜像保存成一个tar压缩包
$ docker save -o ubuntu_ruty.tar ubuntu/ruty

随后可将压缩包复制到另外一台主机中，并使用如下命令加载镜像。

$ docker load -i ubuntu_ruty.tar

# 检查镜像
$ docker images

容器

查看

在 docker 中新建容器并运行完指令后，容器会自动停止。 此时容器并未删除，可以再次启动。 想要查看当前所有容器使用 docker ps -a 命令。

$ docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE                                     COMMAND             CREATED             STATUS                       PORTS               NAMES
5d1ebf88e299        centos/teye                               "/bin/bash"         18 hours ago        Exited (0) 16 hours ago                          reverent_mcnulty

停止和删除

删除不需要的容器时，使用 docker rm 命令，删除时容器可以通过名称或 ID 指定。

$ docker rm 5d1ebf88e299

对于正在运行的容器，需要先将其停止后再删除。 停止容器的命令为 docker stop，对应容器同样可以通过名称或 ID 指定。

$ docker stop 5d1ebf88e299

启动

在前面镜像的介绍中，展示了通过镜像启动容器的过程。 启动容器有两种方法，第一种是基于镜像新建容器启动，第二种是启动一个在终止状态的容器。

在第一种方式中，新建容器启动使用 docker run 命令。以上面 ubuntu/ruty 镜像为例，新建一个容器并输出 Hello World 命令如下。

$ docker run ubuntu/ruty /bin/echo "Hello World"

上面启动方法是非交互式的，也可以用参数 -it 通过交互式进行启动。 这种方式会启动一个命令行终端，其中 -t 参数分配一个伪终端并绑定到容器的标准输入上，-i 将容器的标准输入保持打开。 完整命令如下

# 以交互模式启动容器
$ docker run -it ubuntu/ruty /bin/bash

# 进入容器终端
root@<tag>:#

当使用 docker run 创建容器后，docker 在后台执行的标准操作包括：

  • 检查本地是否存在镜像，不存在则从仓库下载；
  • 利用镜像启动一个容器；
  • 分配一个文件系统，并在只读的镜像层外挂载一层可读写层；
  • 从宿主主机的网桥接口中建立一个虚拟接口给容器；
  • 从地址池中配置一个 ip 地址给容器；
  • 执行用户指定的应用程序；
  • 执行完毕后容器被终止；

在第二种方式中，使用的是 docker start 命令启动终止容器。 首先用 docker ps -a 查看所有存在的容器，随后启动对应容器。

# 查看所有容器
$ docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE                                     COMMAND             CREATED             STATUS                       PORTS               NAMES
5d1ebf88e299        centos/teye                               "/bin/bash"         18 hours ago        Exited (0) 16 hours ago                          reverent_mcnulty

# 启动对应 id 容器
$ docker start 5d1ebf88e299

当容器启动后，并不会自动以交互模式进入容器中。想要以交互模式进入需要使用 docker attach 或 docker exec 命令2：

  • docker attach 可以进入一个运行中容器的标准输入中，并执行对应指令。当使用 exit 退出时，对应的容器也会停止。
  • docker exec 需要以 -it 参数分配并进行伪终端，但是并不会像 attach 命令一样在退出时导致容器停止。

与主机数据交换

大部分情况下，仅仅使用 docker 容器建立环境时不够的，还需要主机目录中的应用或者数据进行操作。

对于一些比较小的文件或文件夹，可以在 dockerfile 中使用 ADD 命令进行复制。 也可以用 docker cp 命令在主机和容器之间进行数据拷贝，基本语法如下。

# 从容器中复制文件到本地
$ docker cp <CONTAINER>:<SRC_PATH> <DEST_PATH>

# 从本地复制文件到容器中
$ docker cp <DEST_PATH> <CONTAINER>:<SRC_PATH>

当经常需要在容器和本地间进行数据交互时，更方便的方法是把本地目录挂载到容器中，此时在本地或容器内都可以对数据和文件直接操作。 挂载方式是在容器启动时添加 -v 命令，并指定本地目录和容器中对应挂载位置。

$ docker run -it -v /usr/local:/usr/local <image> /bin/bash

此时，容器内的 /usr/local 与本地 /usr/local 为同一个目录，在容器内就可以直接操作本地文件和目录。

vscode 中使用 docker

在 vscode 中提供了 docker 插件，可以方便的操作本地镜像和容器。 当在 vscode 中安装好插件后，打开 docker 侧栏，可以看到当前存在的镜像和容器。 右键选取对应容器，可以启动或停止。 当容器启动后，还可以 attach 到目标容器并打开命令行窗口进行操作，如图所示。

docker with vscode

示例：搭建 texlive 环境

本节以搭建 texlive 环境过程来展示 docker 实际应用。在本节搭建 texlive 时将以 ubuntu 系统镜像作为基础。

根据前面介绍，使用 docker 搭建 texlive 环境时有两种方法，第一种是进入容器安装 texlive 各种包实现，第二种是用 dockerfile，在这里仅对第一种方法进行介绍。 首先下载 ubuntu 基础镜像，最新版本镜像仅有 73.8MB 大小。随后建立容器，并安装 texlive 的各种应用。

# 启动容器
$ docker run -it ubunut:latest /bin/bash

# 检查软件包更新
root@<tag>:# apt update

# 安装 texlive 包
root@<tag>:# apt-get install texlive-xetex texlive-latex-recommended

root@<tag>:# apt-cache search cjk

root@<tag>:# apt-get install latex-cjk-all cjk-latex latex-cjk-chinese

# 安装中文字体
root@<tag>:# apt-get install ttf-mscorefonts-installer

随后将上述容器保存，生成新的镜像 latex/ubuntu。查看新建镜像，可以看到最终大小为 2.45GB。

$ docker commit -p latex/ubuntu <container>

$ docker images
REPOSITORY                         TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
latex/ubuntu                       latest              a5eb0889d570        5 seconds ago       2.45GB

在新的镜像中启动容器，新建一个 latex 中文文档进行测试。

$ mkdir latex && cd latex

$ vi test.tex

在 test.tex 文件中输入以下内容。

\documentclass[11pt]{article}
\usepackage[BoldFont,SlantFont,CJKsetspaces,CJKchecksingle]{xeCJK}
\setCJKmainfont[BoldFont=SimHei]{SimSun}
\setCJKmonofont{SimSun}% 设置缺省中文字体
\parindent 2em   %段首缩进
  
\begin{document}
\section{举例}
\begin{verbatim}
标点。
\end{verbatim}
  
汉字Chinese数学$x=y$空格
\end{document}

从新镜像中启动容器，并挂载本地目录 latex。

$ docker run -it -v ~/latex:/latex latex/ubuntu /bin/bash

进入容器 latex 目录下，使用 xelatex 编译测试文档。

root@<tag>:# cd latex

root@<tag>:# xelatex test.ext -o test.pdf
This is XeTeX, Version 3.14159265-2.6-0.999991 (TeX Live 2019/Debian) (preloaded format=xelatex)
 restricted \write18 enabled.
entering extended mode
(./test.tex
LaTeX2e <2020-02-02> patch level 2
L3 programming layer <2020-02-14>
...
...
...
Output written on test.pdf (1 page).
Transcript written on test.log.

生成 test.pdf 文件后，可以将文件从服务器下载到本地进行查看。

最终通过使用 docker 容器，实现了在服务器上编译 latex 文件功能，并且 texlive 完全使用 ubuntu 系统中 apt 命令安装，不需要使用集群中 root 命令。

docker compose

前面使用 Docker 的时候，按照定义 Dockerfile 文件，然后使用 docker build、docker run 等命令建立和操作容器。然而某些特殊情况需要创建多个容器服务，如果每个容器都要手动启停，那么仍需要极高的维护量。为了方便对多个容器的建立和运行进行管理，可以使用docker compose工具。

compose 是用于定义和运行多容器 docker 应用程序的工具。通过 compose，您可以使用 YML 文件来配置应用程序需要的所有服务。然后，使用一个命令，就可以从 YML 文件配置中创建并启动所有服务。compose 将所管理的容器分为三层，分别是工程（project）、服务（service）、容器（container）。compose 运行目录下的所有文件（docker-compose.yml）组成一个工程，一个工程包含多个服务，每个服务中定义了容器运行的镜像、参数、依赖，一个服务可包括多个容器实例。compose 使用的三个步骤为：

  1. 使用 Dockerfile 定义应用程序的环境。
  2. 使用 docker-compose.yml 定义构成应用程序的服务，这样它们可以在隔离环境中一起运行。
  3. 执行 docker-compose up 命令来启动并运行整个应用程序。

docker compose 操作可以通过 docker-compose.yml 文件辅助定义

  1. http://jvm123.com/2019/07/docker-export.html ↩

  2. https://blog.csdn.net/halcyonbaby/article/details/46884605 ↩