🐳 Docker 容器化技术完全指南
💡 Docker 是一种新兴的虚拟化技术，通过容器化的方式实现应用程序的打包、分发和运行，相比传统虚拟化具有众多优势。
📖 目录导航
🎯 Docker 简介
作为一种新兴的虚拟化方式，Docker 跟传统的虚拟化方式相比具有众多的优势。
✨ 核心优势
| 优势 | 描述 | 效果 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| ⚡ 高效资源利用 | 无需硬件虚拟和完整操作系统开销 | 💾 更高的系统资源利用率 | 高密度部署 |
| 🚀 快速启动 | 直接运行于宿主内核 | ⏱️ 秒级甚至毫秒级启动时间 | 微服务架构 |
| 🔒 环境一致性 | 提供除内核外完整的运行时环境 | 🎯 确保开发、测试、生产环境一致 | DevOps 流程 |
| 📦 持续交付 | 通过镜像实现持续集成和部署 | 🚀 简化 DevOps 流程 | CI/CD 管道 |
| 🌐 轻松迁移 | 确保执行环境一致性 | 🔄 跨平台无缝迁移 | 云原生应用 |
| 🔧 易于维护 | 分层存储和镜像技术 | 📈 简化应用维护和扩展 | 容器编排 |
🏗️ 架构对比
💡 Docker vs 传统虚拟化
Docker 和传统虚拟化方式的不同：
- 容器: 在操作系统层面实现虚拟化，直接复用本地主机操作系统
- 传统虚拟机: 在硬件层面实现虚拟化
- Docker 优势: 启动速度快、占用体积小
🏗️ 核心概念
📦 Docker 镜像
镜像是构建 Docker 的基石。用户基于镜像来运行自己的容器。镜像也是 Docker 生命周期中的"构建"部分。镜像是基于联合文件系统的一种层式结构，由一系列指令一步一步构建出来。
🔑 镜像特性
- 📋 只读模板: 含有启动 Docker 容器所需的文件系统结构及内容
- 🏗️ 分层构建: 采用分层构建，每个镜像由一系列的镜像层组成
- ⚡ 高效存储: 通过联合文件系统实现存储优化
- 🔄 版本控制: 支持版本管理和回滚
🚀 Docker 容器
Docker 可以帮助你构建和部署容器，你只需要把自己的应用程序或者服务打包放进容器即可。容器是基于镜像启动起来的，容器中可以运行一个或多个进程。
📋 容器特征
javascript
/**
* 容器组成要素
*/
const dockerContainer = {
// 🖼️ 镜像格式 - 基于镜像创建
imageFormat: "OCI (Open Container Initiative)",
// 🔧 标准操作 - 统一的容器操作接口
standardOperations: [
"create", "start", "stop", "restart",
"pause", "unpause", "rm"
],
// ⚡ 执行环境 - 隔离的运行环境
executionEnvironment: {
namespace: "进程隔离",
cgroups: "资源限制",
filesystem: "联合文件系统"
}
};🏪 Docker Registry（仓库）
Docker 用 Registry 来保存用户构建的镜像。Registry 分为公共和私有两种。
| 仓库类型 | 描述 | 地址 | 特点 |
|---|---|---|---|
| 🌐 Docker Hub | 官方公共仓库 | https://hub.docker.com/ | 免费、丰富的镜像 |
| 🏢 私有仓库 | 企业内部仓库 | 自定义 | 安全、可控 |
| ☁️ 云仓库 | 云服务商提供 | 各云平台 | 集成度高 |
📦 镜像管理
🔍 镜像操作命令
bash
# 🔍 镜像查询
docker images # 列出本地镜像
docker search nginx # 搜索镜像
docker image ls # 列出镜像（新语法）
# 📥 镜像拉取
docker pull nginx # 拉取最新版本
docker pull nginx:1.20 # 拉取指定版本
docker pull nginx:alpine # 拉取指定标签
# 🗑️ 镜像删除
docker rmi nginx # 删除镜像
docker rmi $(docker images -q) # 删除所有镜像
docker image prune # 清理无用镜像bash
# 🏷️ 镜像标签
docker tag nginx my-nginx # 创建标签
docker tag nginx:latest nginx:v1.0
# 📤 镜像推送
docker push my-nginx # 推送到仓库
# 💾 镜像导入导出
docker save nginx > nginx.tar # 导出镜像
docker load < nginx.tar # 导入镜像
docker export container > app.tar # 导出容器
# 📋 镜像信息
docker inspect nginx # 查看镜像详细信息
docker history nginx # 查看镜像历史bash
# 🔨 镜像构建
docker build -t my-app . # 从 Dockerfile 构建
docker build -t my-app:v1.0 . # 构建并打标签
docker build --no-cache . # 无缓存构建
# 🔍 构建调试
docker build --progress=plain . # 显示详细构建信息
docker build --target dev . # 构建到指定阶段📊 镜像分层机制
dockerfile
# 每个指令都会创建一个新的镜像层
FROM ubuntu:20.04 # 层 1: 基础镜像
RUN apt-get update # 层 2: 更新包列表
RUN apt-get install -y curl # 层 3: 安装 curl
COPY app.js /app/ # 层 4: 复制文件
CMD ["node", "/app/app.js"] # 层 5: 设置启动命令🚀 容器操作
🔄 容器生命周期管理
bash
# 🚀 创建和启动
docker run nginx # 创建并启动容器
docker run -d nginx # 后台运行
docker run --name web nginx # 指定容器名称
docker run -p 80:80 nginx # 端口映射
# ⏸️ 暂停和恢复
docker pause web # 暂停容器
docker unpause web # 恢复容器
# 🔄 启动和停止
docker start web # 启动容器
docker stop web # 停止容器
docker restart web # 重启容器
# 🗑️ 删除
docker rm web # 删除容器
docker rm -f web # 强制删除运行中的容器bash
# 📝 容器信息
docker ps # 查看运行中的容器
docker ps -a # 查看所有容器
docker logs web # 查看容器日志
docker logs -f web # 实时查看日志
docker inspect web # 查看容器详细信息
# 🔧 容器交互
docker exec -it web bash # 进入容器
docker exec web ls /app # 在容器中执行命令
docker attach web # 附加到容器
# 📊 资源监控
docker stats # 查看容器资源使用
docker top web # 查看容器进程bash
# 📂 文件复制
docker cp file.txt web:/app/ # 复制文件到容器
docker cp web:/app/log.txt ./ # 从容器复制文件
# 💾 数据卷
docker run -v /host:/container nginx # 挂载目录
docker run -v mydata:/data nginx # 使用命名卷🔧 容器运行参数
| 参数 | 描述 | 示例 | 用途 |
|---|---|---|---|
| -d | 后台运行 | docker run -d nginx | 守护进程模式 |
| -p | 端口映射 | docker run -p 80:80 nginx | 网络访问 |
| -v | 数据卷挂载 | docker run -v /data:/app nginx | 数据持久化 |
| -e | 环境变量 | docker run -e NODE_ENV=prod app | 配置传递 |
| --name | 容器名称 | docker run --name web nginx | 便于管理 |
| --network | 网络配置 | docker run --network mynet nginx | 网络隔离 |
📝 Dockerfile 实践
🏗️ Dockerfile 基础结构
Dockerfile 是一个用来构建镜像的文本文件，文本内容包含一条条构建镜像所需的指令和说明。
📋 Dockerfile 指令详解
dockerfile
# 🎯 基础镜像
FROM node:18-alpine
# 📝 元信息
LABEL maintainer="developer@example.com"
LABEL version="1.0"
LABEL description="Node.js应用容器"
# 🔧 环境变量
ENV NODE_ENV=production
ENV PORT=3000
ENV APP_ROOT=/usr/src/app
# 👤 用户设置
USER node
# 📁 工作目录
WORKDIR $APP_ROOTdockerfile
# 📂 复制文件
COPY package*.json ./
COPY src/ ./src/
COPY public/ ./public/
# 📥 添加文件（支持URL和自动解压）
ADD https://github.com/user/repo/archive/main.tar.gz /tmp/
ADD config.tar.gz /etc/
# 🏃 运行命令
RUN npm ci --only=production \
&& npm cache clean --force \
&& rm -rf /tmp/*
# 📊 健康检查
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=5s --retries=3 \
CMD curl -f http://localhost:$PORT/health || exit 1dockerfile
# 🌐 暴露端口
EXPOSE $PORT
# 📦 数据卷
VOLUME ["/data", "/logs"]
# 🚀 启动命令
CMD ["npm", "start"]
# 🎯 入口点（不可被docker run覆盖）
ENTRYPOINT ["docker-entrypoint.sh"]
# 🔧 信号处理
STOPSIGNAL SIGTERM
# 👤 切换用户
USER node🚀 完整 Dockerfile 示例
dockerfile
# 多阶段构建示例
# 🏗️ 构建阶段
FROM node:18-alpine AS builder
# 📝 设置元信息
LABEL stage=builder
LABEL description="Node.js 应用构建阶段"
# 🔧 设置工作目录
WORKDIR /usr/src/app
# 📂 复制依赖文件
COPY package*.json ./
# 📦 安装所有依赖（包括开发依赖）
RUN npm ci
# 📁 复制源代码
COPY . .
# 🏗️ 构建应用
RUN npm run build
# 🚀 生产阶段
FROM node:18-alpine AS production
# 📝 设置元信息
LABEL maintainer="developer@example.com"
LABEL version="1.0.0"
LABEL description="Node.js 生产环境容器"
# 🔧 设置环境变量
ENV NODE_ENV=production
ENV PORT=3000
ENV APP_ROOT=/usr/src/app
# 👥 创建应用用户
RUN addgroup -g 1001 -S nodejs \
&& adduser -S nextjs -u 1001
# 📁 设置工作目录
WORKDIR $APP_ROOT
# 📂 从构建阶段复制文件
COPY --from=builder --chown=nextjs:nodejs /usr/src/app/dist ./dist
COPY --from=builder --chown=nextjs:nodejs /usr/src/app/package*.json ./
# 📦 安装生产依赖
RUN npm ci --only=production \
&& npm cache clean --force
# 👤 切换到非root用户
USER nextjs
# 🌐 暴露端口
EXPOSE $PORT
# 📊 健康检查
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=10s --start-period=5s --retries=3 \
CMD curl -f http://localhost:$PORT/health || exit 1
# 🚀 启动应用
CMD ["npm", "start"]🎯 构建优化技巧
📋 .dockerignore 文件
gitignore# 构建上下文忽略文件 node_modules npm-debug.log .git .gitignore README.md .env coverage .nyc_output .DS_Store🏗️ 多阶段构建
dockerfile# 减少最终镜像大小 FROM node:18 AS build # 构建步骤... FROM node:18-alpine AS runtime COPY --from=build /app/dist ./dist📦 合并 RUN 指令
dockerfile# ✅ 好的做法 RUN apt-get update \ && apt-get install -y curl \ && apt-get clean \ && rm -rf /var/lib/apt/lists/* # ❌ 不好的做法 RUN apt-get update RUN apt-get install -y curl RUN apt-get clean
🌐 网络配置
🔗 Docker 网络类型
| 网络类型 | 描述 | 使用场景 | 特点 |
|---|---|---|---|
| bridge | 桥接网络（默认） | 单机容器通信 | 🔒 网络隔离 |
| host | 主机网络 | 性能要求高 | ⚡ 直接使用主机网络 |
| none | 无网络 | 安全隔离 | 🚫 完全隔离 |
| overlay | 覆盖网络 | 多主机通信 | 🌐 跨主机连接 |
🔧 网络命令操作
bash
# 📋 查看网络
docker network ls # 列出所有网络
docker network inspect bridge # 查看网络详情
# 🔧 创建网络
docker network create mynet # 创建桥接网络
docker network create --driver bridge mynet
docker network create --subnet=172.20.0.0/16 mynet
# 🗑️ 删除网络
docker network rm mynet # 删除网络
docker network prune # 清理未使用的网络bash
# 🌐 容器连接网络
docker run --network mynet nginx # 在指定网络运行
docker network connect mynet container # 连接容器到网络
docker network disconnect mynet container # 断开网络连接
# 🔍 网络诊断
docker exec container ping another # 容器间连通性测试
docker exec container nslookup service # DNS 解析测试📊 网络架构图
💾 数据管理
📁 数据卷类型
🔧 数据卷操作
bash
# 📋 查看数据卷
docker volume ls # 列出所有数据卷
docker volume inspect mydata # 查看数据卷详情
# 🔧 创建数据卷
docker volume create mydata # 创建命名数据卷
docker volume create --driver local mydata
# 🗑️ 删除数据卷
docker volume rm mydata # 删除数据卷
docker volume prune # 清理未使用的数据卷bash
# 📦 命名数据卷
docker run -v mydata:/data nginx
# 📁 绑定挂载
docker run -v /host/path:/container/path nginx
docker run --mount type=bind,source=/host,target=/app nginx
# 💾 临时挂载
docker run --tmpfs /tmp nginx
docker run --mount type=tmpfs,destination=/tmp nginx📊 数据卷最佳实践
🎯 选择合适的挂载类型
bash# ✅ 数据持久化 - 使用命名卷 docker run -v db_data:/var/lib/mysql mysql # ✅ 开发调试 - 使用绑定挂载 docker run -v $(pwd):/app node # ✅ 临时数据 - 使用 tmpfs docker run --tmpfs /tmp app🔒 权限管理
dockerfile# 在 Dockerfile 中设置正确的权限 RUN chown -R app:app /data VOLUME ["/data"] USER app
🔧 Docker Compose
📝 Compose 基础
Docker Compose 是一个用于定义和运行多容器 Docker 应用程序的工具。
yaml
# docker-compose.yml 示例
version: '3.8'
services:
# 🌐 Web 服务
web:
build: .
ports:
- "80:3000"
environment:
- NODE_ENV=production
depends_on:
- db
- redis
volumes:
- ./logs:/app/logs
networks:
- app-network
# 🗄️ 数据库服务
db:
image: postgres:13
environment:
POSTGRES_DB: myapp
POSTGRES_USER: user
POSTGRES_PASSWORD: password
volumes:
- db_data:/var/lib/postgresql/data
networks:
- app-network
# 🚀 缓存服务
redis:
image: redis:6-alpine
networks:
- app-network
volumes:
db_data:
networks:
app-network:
driver: bridge🚀 Compose 命令
bash
# 🚀 启动服务
docker-compose up # 前台启动
docker-compose up -d # 后台启动
docker-compose up --build # 重新构建后启动
# ⏹️ 停止服务
docker-compose down # 停止并删除容器
docker-compose down -v # 同时删除数据卷
docker-compose stop # 仅停止服务bash
# 🔧 服务操作
docker-compose ps # 查看服务状态
docker-compose logs web # 查看服务日志
docker-compose exec web bash # 进入服务容器
# 🔄 服务控制
docker-compose restart web # 重启服务
docker-compose scale web=3 # 扩展服务实例⚡ 性能优化
🚀 镜像优化
📦 选择合适的基础镜像
dockerfile# ✅ 使用 Alpine 镜像减少体积 FROM node:18-alpine # ✅ 多阶段构建 FROM node:18 AS build # 构建步骤... FROM node:18-alpine AS runtime🗂️ 优化构建缓存
dockerfile# ✅ 先复制依赖文件，利用缓存 COPY package*.json ./ RUN npm ci COPY . .🧹 清理构建垃圾
dockerfileRUN apt-get update \ && apt-get install -y curl \ && apt-get clean \ && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
📊 性能监控
bash
# 📈 资源监控
docker stats # 实时资源使用
docker system df # 磁盘使用情况
docker system events # 系统事件
# 🔍 性能分析
docker exec container top # 进程信息
docker logs --tail 100 container # 日志分析🌟 最佳实践
🏗️ 镜像构建最佳实践
📋 使用 .dockerignore
gitignorenode_modules .git .env coverage *.log🎯 最小化镜像层数
dockerfile# ✅ 合并相关命令 RUN apt-get update && \ apt-get install -y curl && \ apt-get clean🔒 安全实践
dockerfile# ✅ 使用非 root 用户 RUN adduser --disabled-password --gecos '' appuser USER appuser # ✅ 最小权限原则 COPY --chown=appuser:appuser . /app
🚀 运行时最佳实践
📊 资源限制
bash# 限制 CPU 和内存使用 docker run --cpus="1.5" --memory="512m" nginx📋 健康检查
dockerfileHEALTHCHECK --interval=30s --timeout=10s \ CMD curl -f http://localhost/health || exit 1📝 日志管理
bash# 配置日志驱动 docker run --log-driver=json-file --log-opt max-size=10m nginx
🔧 开发流程最佳实践
🔄 开发环境配置
yaml# docker-compose.dev.yml version: '3.8' services: web: build: . volumes: - .:/app - /app/node_modules environment: - NODE_ENV=development🚀 CI/CD 集成
yaml# GitHub Actions 示例 - name: Build Docker image run: docker build -t my-app:${{ github.sha }} . - name: Push to registry run: docker push my-app:${{ github.sha }}
🎯 总结
Docker 作为现代容器化技术的标杆，为应用部署和管理带来了革命性的变化：
🚀 核心价值
- ⚡ 高效部署: 秒级启动，资源占用少
- 🔒 环境一致: 开发、测试、生产环境完全一致
- 📦 便捷分发: 通过镜像实现应用的标准化分发
- 🌐 易于扩展: 支持水平扩展和微服务架构
- 🔧 简化运维: 统一的容器管理接口
💡 应用场景
- 🏗️ 微服务架构: 服务拆分和独立部署
- 🚀 CI/CD 流程: 持续集成和持续部署
- ☁️ 云原生应用: 容器编排和服务网格
- 🔧 开发环境: 统一开发环境配置
- 📊 应用迁移: 传统应用容器化改造
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📋 注意事项
- 容器不是虚拟机，理解其轻量级特性
- 数据持久化需要合理使用数据卷
- 生产环境需要考虑安全性和资源限制
- 学习容器编排工具（如 Kubernetes）
- 注意镜像大小和构建效率
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