初识Docker（架构、安装Docker）

news2024/11/17 1:33:22

一、什么是Docker

Docker 是一个开源的应用容器引擎，它允许开发者将应用程序及其依赖打包到一个轻量级、可移植的容器中。这些容器可以在不同的计算平台上运行，如Linux和Windows，并且可以实现虚拟化。Docker 的设计目标是提供一种快速且轻量的环境，使得开发的程序能够在开发者的笔记本电脑上编译并通过测试后，轻松地部署到测试环境和生产环境。

微服务虽然具备各种各样的优势，但服务的拆分通用给部署带来了很大的麻烦。

  • 分布式系统中，依赖的组件非常多，不同组件之间部署时往往会产生一些冲突。

  • 在数百上千台服务中重复部署，环境不一定一致，会遇到各种问题

1.1.应用部署的环境问题

大型项目组件较多，运行环境也较为复杂，部署时会碰到一些问题：

  • 依赖关系复杂，容易出现兼容性问题

  • 开发、测试、生产环境有差异

例如一个项目中，部署时需要依赖于node.js、Redis、RabbitMQ、MySQL等，这些服务部署时所需要的函数库、依赖项各不相同，甚至会有冲突。给部署带来了极大的困难。

1.2.Docker解决依赖兼容问题

而Docker确巧妙的解决了这些问题，Docker是如何实现的呢？

Docker为了解决依赖的兼容问题的，采用了两个手段：

  • 将应用的Libs（函数库）、Deps（依赖）、配置与应用一起打包

  • 将每个应用放到一个隔离容器去运行，避免互相干扰

这样打包好的应用包中，既包含应用本身，也保护应用所需要的Libs、Deps，无需再操作系统上安装这些，自然就不存在不同应用之间的兼容问题了。

虽然解决了不同应用的兼容问题，但是开发、测试等环境会存在差异，操作系统版本也会有差异，怎么解决这些问题呢？

1.3.Docker解决操作系统环境差异

要解决不同操作系统环境差异问题，必须先了解操作系统结构。以一个Ubuntu操作系统为例，结构如下：

结构包括：

  • 计算机硬件：例如CPU、内存、磁盘等

  • 系统内核：所有Linux发行版的内核都是Linux，例如CentOS、Ubuntu、Fedora等。内核可以与计算机硬件交互，对外提供内核指令，用于操作计算机硬件。

  • 系统应用：操作系统本身提供的应用、函数库。这些函数库是对内核指令的封装，使用更加方便。

应用于计算机交互的流程如下：

1）应用调用操作系统应用（函数库），实现各种功能

2）系统函数库是对内核指令集的封装，会调用内核指令

3）内核指令操作计算机硬件

Ubuntu和CentOSpringBoot都是基于Linux内核，无非是系统应用不同，提供的函数库有差异：

此时，如果将一个Ubuntu版本的MySQL应用安装到CentOS系统，MySQL在调用Ubuntu函数库时，会发现找不到或者不匹配，就会报错了：

Docker如何解决不同系统环境的问题？

  • Docker将用户程序与所需要调用的系统(比如Ubuntu)函数库一起打包

  • Docker运行到不同操作系统时，直接基于打包的函数库，借助于操作系统的Linux内核来运行

如图：

1.4.小结

Docker如何解决大型项目依赖关系复杂，不同组件依赖的兼容性问题？

  • Docker允许开发中将应用、依赖、函数库、配置一起打包，形成可移植镜像

  • Docker应用运行在容器中，使用沙箱机制，相互隔离

Docker如何解决开发、测试、生产环境有差异的问题？

  • Docker镜像中包含完整运行环境，包括系统函数库，仅依赖系统的Linux内核，因此可以在任意Linux操作系统上运行

Docker是一个快速交付应用、运行应用的技术，具备下列优势：

  • 可以将程序及其依赖、运行环境一起打包为一个镜像，可以迁移到任意Linux操作系统

  • 运行时利用沙箱机制形成隔离容器，各个应用互不干扰

  • 启动、移除都可以通过一行命令完成，方便快捷

二、Docker和虚拟机的区别

Docker可以让一个应用在任何操作系统中非常方便的运行。而以前我们接触的虚拟机，也能在一个操作系统中，运行另外一个操作系统，保护系统中的任何应用。

两者有什么差异呢？

虚拟机（virtual machine）是在操作系统中模拟硬件设备，然后运行另一个操作系统，比如在 Windows 系统里面运行 Ubuntu 系统，这样就可以运行任意的Ubuntu应用了。

Docker仅仅是封装函数库，并没有模拟完整的操作系统，如图：

对比来看：

小结：

Docker和虚拟机的差异：

  • docker是一个系统进程；虚拟机是在操作系统中的操作系统

  • docker体积小、启动速度快、性能好；虚拟机体积大、启动速度慢、性能一般

三、Docker架构

3.1.镜像和容器

Docker中有几个重要的概念：

镜像（Image）：Docker将应用程序及其所需的依赖、函数库、环境、配置等文件打包在一起，称为镜像。

容器（Container）：镜像中的应用程序运行后形成的进程就是容器，只是Docker会给容器进程做隔离，对外不可见。

一切应用最终都是代码组成，都是硬盘中的一个个的字节形成的文件。只有运行时，才会加载到内存，形成进程。

而镜像，就是把一个应用在硬盘上的文件、及其运行环境、部分系统函数库文件一起打包形成的文件包。这个文件包是只读的。

容器呢，就是将这些文件中编写的程序、函数加载到内存中允许，形成进程，只不过要隔离起来。因此一个镜像可以启动多次，形成多个容器进程。

例如你下载了一个QQ，如果我们将QQ在磁盘上的运行文件及其运行的操作系统依赖打包，形成QQ镜像。然后你可以启动多次，双开、甚至三开QQ，跟多个妹子聊天。

3.2.DockerHub

开源应用程序非常多，打包这些应用往往是重复的劳动。为了避免这些重复劳动，人们就会将自己打包的应用镜像，例如Redis、MySQL镜像放到网络上，共享使用，就像GitHub的代码共享一样。

  • DockerHub：DockerHub是一个官方的Docker镜像的托管平台。这样的平台称为Docker Registry。

  • 国内也有类似于DockerHub 的公开服务，比如 网易云镜像服务、阿里云镜像库等。

我们一方面可以将自己的镜像共享到DockerHub，另一方面也可以从DockerHub拉取镜像：

3.3.Docker架构

我们要使用Docker来操作镜像、容器，就必须要安装Docker。

Docker是一个CS架构的程序，由两部分组成：

  • 服务端(server)：Docker守护进程，负责处理Docker指令，管理镜像、容器等

  • 客户端(client)：通过命令或RestAPI向Docker服务端发送指令。可以在本地或远程向服务端发送指令。

如图：

3.4.小结

镜像：

  • 将应用程序及其依赖、环境、配置打包在一起

容器：

  • 镜像运行起来就是容器，一个镜像可以运行多个容器

Docker结构：

  • 服务端：接收命令或远程请求，操作镜像或容器

  • 客户端：发送命令或者请求到Docker服务端

DockerHub：

  • 一个镜像托管的服务器，类似的还有阿里云镜像服务，统称为DockerRegistry

四、安装Docker

Docker 分为 CE 和 EE 两大版本。CE 即社区版（免费，支持周期 7 个月），EE 即企业版，强调安全，付费使用，支持周期 24 个月。

Docker CE 分为 stable test 和 nightly 三个更新频道。

官方网站上有各种环境下的 安装指南，这里主要介绍 Docker CE 在 CentOS上的安装。

1.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，所以我们在CentOS 7安装Docker。

1.1.卸载（可选）

如果之前安装过旧版本的Docker，可以使用下面命令卸载：

yum remove docker \
                  docker-client \
                  docker-client-latest \
                  docker-common \
                  docker-latest \
                  docker-latest-logrotate \
                  docker-logrotate \
                  docker-selinux \
                  docker-engine-selinux \
                  docker-engine \
                  docker-ce

1.2.安装docker

首先需要大家虚拟机联网，安装yum工具

yum install -y yum-utils \
           device-mapper-persistent-data \
           lvm2 --skip-broken

然后更新本地镜像源：

# 设置docker镜像源
yum-config-manager \
    --add-repo \
    https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
    
sed -i 's/download.docker.com/mirrors.aliyun.com\/docker-ce/g' /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

yum makecache fast

然后输入命令：

yum install -y docker-ce

docker-ce为社区免费版本。稍等片刻，docker即可安装成功。

1.3.启动docker

Docker应用需要用到各种端口，逐一去修改防火墙设置。非常麻烦，因此建议大家直接关闭防火墙！

启动docker前，一定要关闭防火墙后！！

启动docker前，一定要关闭防火墙后！！

启动docker前，一定要关闭防火墙后！！

# 关闭
systemctl stop firewalld
# 禁止开机启动防火墙
systemctl disable firewalld

通过命令启动docker：

systemctl start docker  # 启动docker服务

systemctl stop docker  # 停止docker服务

systemctl restart docker  # 重启docker服务

然后输入命令，可以查看docker版本：

docker -v

如图：

1.4.配置镜像加速

docker官方镜像仓库网速较差，我们需要设置国内镜像服务：

参考阿里云的镜像加速文档：阿里云登录 - 欢迎登录阿里云，安全稳定的云计算服务平台

2.CentOS7安装DockerCompose

2.1.下载

Linux下需要通过命令下载：

# 安装
curl -L https://github.com/docker/compose/releases/download/1.23.1/docker-compose-`uname -s`-`uname -m` > /usr/local/bin/docker-compose

如果下载速度较慢，或者下载失败，可以使用课前资料提供的docker-compose文件：

上传到/usr/local/bin/目录也可以。

2.2.修改文件权限

修改文件权限：

# 修改权限
chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

2.3.Base自动补全命令：

# 补全命令
curl -L https://raw.githubusercontent.com/docker/compose/1.29.1/contrib/completion/bash/docker-compose > /etc/bash_completion.d/docker-compose

如果这里出现错误，需要修改自己的hosts文件：

echo "199.232.68.133 raw.githubusercontent.com" >> /etc/hosts

3.Docker镜像仓库

搭建镜像仓库可以基于Docker官方提供的DockerRegistry来实现。

官网地址：https://hub.docker.com/_/registry

3.1.简化版镜像仓库

Docker官方的Docker Registry是一个基础版本的Docker镜像仓库，具备仓库管理的完整功能，但是没有图形化界面。

搭建方式比较简单，命令如下：

docker run -d \
    --restart=always \
    --name registry	\
    -p 5000:5000 \
    -v registry-data:/var/lib/registry \
    registry

命令中挂载了一个数据卷registry-data到容器内的/var/lib/registry 目录，这是私有镜像库存放数据的目录。

访问http://YourIp:5000/v2/_catalog 可以查看当前私有镜像服务中包含的镜像

3.2.带有图形化界面版本

使用DockerCompose部署带有图象界面的DockerRegistry，命令如下：

version: '3.0'
services:
  registry:
    image: registry
    volumes:
      - ./registry-data:/var/lib/registry
  ui:
    image: joxit/docker-registry-ui:static
    ports:
      - 8080:80
    environment:
      - REGISTRY_TITLE=传智教育私有仓库
      - REGISTRY_URL=http://registry:5000
    depends_on:
      - registry

3.3.配置Docker信任地址

我们的私服采用的是http协议，默认不被Docker信任，所以需要做一个配置：

# 打开要修改的文件
vi /etc/docker/daemon.json
# 添加内容：
"insecure-registries":["http://192.168.150.101:8080"]
# 重加载
systemctl daemon-reload
# 重启docker
systemctl restart docker

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