Docker 容器开发：虚拟化

Docker 的核心价值在于虚拟化或者说环境隔离【通过虚拟化技术实现虚拟环境】，解决环境配置和部署的依赖问题实现解耦

我对虚拟化的理解源自《Operating Systems: Three Easy Pieces》，推荐阅读

容器技术相关历史推荐知乎上的这篇文章：容器技术的历史

Docker 基本概念

Docker 提供了在称为容器的松散隔离环境中打包和运行应用程序的能力

镜像（Image）：镜像是一个只读的模板，用于创建 Docker 容器
容器（Container）：容器是一个可运行的实例，是镜像的运行时实例

两者的关系类似于面向对象编程中的类和对象

Docker 生态系统

Docker 注册表（Docker Registry）：Docker 注册表是一个存储和分发 Docker 镜像的场所
Docker 客户端（Docker Client）：用于与 Docker 服务器交互的 CLI 工具
Docker 服务器（Docker Server）：Docker 服务器是一个守护进程，用于管理 Docker 对象，如镜像、容器、网络和卷
Docker Hub：这是所有自定义镜像的存储库，类似于 GitHub

一种技术的发展离不开生态系统的支持，Docker 的生态系统也是 Docker 成功的重要原因之一，像 Git 与 GitHub、Node.js 与 npm、Python 与 PyPI 等技术都有类似的生态系统

关于 Docker 安装，这里不再赘述，可以参考官方文档：Get Docker

不过我比较好奇的是 Docker 是基于 Linux 的 Kernal 实现的，那么在 Windows 和 Mac 上如何运行呢？反正因为这个在 Windows 和 Mac 安装会相对麻烦一点。我只是练习使用是在虚拟机中使用 Debian 安装的

只不过需要说明一下，一般在安装 Docker 后，关于 Docker 相关内容需要使用 sudo 进行提权，如果想方便使用应该将你想使用的用户添加到 docker 组中，命令：sudo usermod -aG docker $USER

Docker 使用容器

通过镜像创建容器

一般在创建容器的过程：

Docker 守护进程首先尝试在本地仓库查找 Image
如果本地没有对应 Image 会继续远程拉取
在 Docker 守护进程成功获取 Image，后会通过 Image 创建 Container

示例：

# hello-world 镜像是用于测试的，通过下面命令可以创建对应容器并运行此容器
docker run hello-world


#### 下面是会显示的内容 #####

# 这是本地没有 hello-world 镜像
Unable to find image 'hello-world:latest' locally

# 下面是真的进行远程拉取，并创建容器
latest: Pulling from library/hello-world
2db29710123e: Pull complete 
Digest: sha256:ffb13da98453e0f04d33a6eee5bb8e46ee50d08ebe17735fc0779d0349e889e9
Status: Downloaded newer image for hello-world:latest

# 下面是容器运行的内容，除了首行外我使用 ... 做了省略 ????
Hello from Docker!
...

其中的拉取操作可以单独进行，使用 docker pull <images-name>[:<version>]
其中 run 的语法大致是 docker run <images-name>[:<version>]
使用 docker ps 可以查看所有 正在运行的容器，通过添加 -a 选项可以查看所有可用dd

简单说明，列表头的含义
- CONTAINER ID：显示每个容器的唯一 ID
- IMAGE：创建容器的图像
- COMMAND：启动时在容器中执行的命令
- CREATED：容器被创建的时间
- STATUS：容器的当前状态
- PORTS：如果任何容器端口映射情况
- NAMES：这是容器的名称，如果没有设置会随机生成一个并且是唯一的

说明一下

<> 表示里面的内容是变换的

[] 表示里面的内容是可选的

接下来，需要简单说明一下镜像中的层，就是 hello-world 中 2db29710123e: Pull complete 做一下解释：

由于每个镜像都构建在 Linux 内核之上，因此它具有一些可以被其他镜像重用的共同依赖项
Docker 将这些依赖项捆绑在一个堆栈中，这些堆栈称为层
只有指令 RUN、COPY、ADD 创建层，其他指令创建临时中间图像并且不会增加构建的大小

# 测试拉取 Nginx 这种相对 hello-world 大的镜像
docker pull nginx

#### 结果 ####
Using default tag: latest
latest: Pulling from library/nginx

# 被分五层
f1f26f570256: Pull complete 
7f7f30930c6b: Pull complete 
2836b727df80: Pull complete 
e1eeb0f1c06b: Pull complete 
86b2457cc2b0: Pull complete 
9862f2ee2e8c: Pull complete 
Digest: sha256:2ab30d6ac53580a6db8b657abf0f68d75360ff5cc1670a85acb5bd85ba1b19c0
Status: Downloaded newer image for nginx:latest
docker.io/library/nginx:latest

分层不取决于镜像大小，它的决定性因素是设计者，在于共同依赖项的设计上，有时一个小镜像也会有大量分层

交互模式的容器，我们以 python:3.6 为例，先创建对应容器 docker run python:3.6

在使用 ps 查看时会发现没有容器，那是因为容器并没有运行，所以需要使用 -a 选项

CONTAINER ID   IMAGE         COMMAND     CREATED             STATUS                         PORTS     NAMES
8cc71dccbb99   python:3.6    "python3"   10 minutes ago      Exited (0) 10 minutes ago                cool_mendel
fba35ad4d200   hello-world   "/hello"    About an hour ago   Exited (0) About an hour ago             elastic_wing

们就一直在说 Docker 使用 Linux 内核作为容器，我们创建使用 bash 交互模式的容器

在运行容器时，使用 -it 选项【实际是两个选项联用】，语法是：docker run -it <image-name> bash
- -t 完整选项是 --tty：作用是分配一个伪 tty
- -i 完整选项是 --interactive：作用是保持STDIN打开【即使未连接】，其实从 interactive 的中文意思就可以理解

# 创建使用 bash 交互式 tty 的 python:3.6 容器
docker run -it python:3.6 bash

#### 结果：目前处于虚拟 Linux 操作系统中 ####
root@84779de65a0b:/#

#### 交互操作过程 ####

# 使用 id 确认自己权限身份
root@84779de65a0b:/# id
uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root)

# 退出 exit，提示如果退出容器它将停止，想要验证使用 docker ps 看有没有容器运行
root@84779de65a0b:/# exit
exit
learn@debian10:~$

现在我们能够创建可以访问 bash 的容器

如何再次使用停止的 Docker 容器

通过 docker ps -a 我们已经有三个容器，现在学习如何让停止的容器运行

docker ps -a

CONTAINER ID   IMAGE         COMMAND     CREATED          STATUS                      PORTS     NAMES
84779de65a0b   python:3.6    "bash"      8 minutes ago    Exited (0) 3 minutes ago              romantic_meninsky
8cc71dccbb99   python:3.6    "python3"   37 minutes ago   Exited (0) 37 minutes ago             cool_mendel
fba35ad4d200   hello-world   "/hello"    2 hours ago      Exited (0) 11 minutes ago             elastic_wing

语法是 docker start <container-id>，我们选择 romantic_meninsky【之前通过 docker run -it python:3.6 bash 创建的容器】，类比推理如果要停止运行容器 docker stop <container-id>，重启使用 docker restart <container-id>

learn@debian10:~$ docker start 84779de65a0b
84779de65a0b
learn@debian10:~$ docker ps
CONTAINER ID   IMAGE        COMMAND   CREATED          STATUS         PORTS     NAMES
84779de65a0b   python:3.6   "bash"    16 minutes ago   Up 6 seconds             romantic_meninsky

romantic_meninsky 容器再次运行了，通过 docker exec -it <container-id|container-name> bash 可以重新登录容器的 bash，解释说明 | 是或的意思在其中表示使用容器 ID 或容器名称，比如：docker exec -it 84779de65a0b bash 等价 docker exec -it romantic_meninsky bash

docker exec -it 84779de65a0b bash

#### 结果：再次进入容器 romantic_meninsky ###
root@84779de65a0b:/#

#### 容器内操作 ####

# 我们将在容器中安装一些东西，以便我们可以在其中编写一些 python 脚本
# 修改 apt 源【国内镜像快一点】，命令 sed -i 's/deb.debian.org/mirrors.ustc.edu.cn/g' /etc/apt/sources.list
root@84779de65a0b:/# sed -i 's/deb.debian.org/mirrors.ustc.edu.cn/g' /etc/apt/sources.list

# 更新 apt 缓存，命令 apt update
root@84779de65a0b:/# apt update

# 安装一个编辑器，随意 vim, nano, ... 选你熟悉的
root@84779de65a0b:/# apt install vim

# 编辑器创建 hello-world.py
root@84779de65a0b:/# vim hello-world.py

#### vim 编辑器内容，进入编辑器按 i 键会进入编辑器模式 ####
print("Hello World")
#### vim End，按 Esc 键切换模式，再按 : 键输入 wq 即可保存退出 ####

# 运行 hello-world.py，当然这只是测试用，也可以写其他 Python 程序并运行
root@84779de65a0b:/# python hello-world.py
Hello World

# 退出
root@84779de65a0b:/# exit
exit

我们可以通过这样的方法对容器进行开发
在实际开发环境中还会与一些编辑器进行联合使用，比如 Visual Studio Code

通过容器创建镜像

在经过这些操作后，容器内部已经发生变动，现在我们将这个容器打包为镜像，语法 docker commit -m "<commit-message>" <container-id|name> <new-image-name>:<version>，这个有点像 Git 的提交操作，其中 -m 是添加注释信息的

docker commit -m "python36 Hello World Test" 84779de65a0b my-python36-hello-world:1.0

#### 结果：会输出一段 SHA256 作为生成镜像的哈希校验 ####
sha256:2f12c4d8f189633c4b0b58e6496f429f125a125cdd47e016991af721569a763e

# 通过 docker images 可以查看本地镜像仓库
docker images

REPOSITORY                TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
my-python36-hello-world   1.0       2f12c4d8f189   2 minutes ago   958MB
nginx                     latest    080ed0ed8312   7 days ago      142MB
python                    3.6       54260638d07c   15 months ago   902MB
hello-world               latest    feb5d9fea6a5   18 months ago   13.3kB

通过下面操作可以将本地镜像推送到远程仓库 Docker Hub 中

你需要一个自己的 Docker Hub 帐户，并进行登录 docker login -u <username>，建议登录时使用 Access Tokens 方式进行【在 https://hub.docker.com/ 上设置】，登出 docker logout
- 设置 tag 标签，语法 docker tag <image-name>:<version> <username>/<image>:<version> 对于 tag 标签作用有点类似虚拟机拍摄快照，相当于镜像的快照，实际应该以版本为单位使用 tag 标签记录
使用推送，语法 docker push <username>/<image>:<version>

# 设置 tag 标签 docker tag my-python36-hello-world:1.0 shadow7749/my-python36-hello-world:1.0
learn@debian10:~$ docker tag my-python36-hello-world:1.0 shadow7749/my-python36-hello-world:1.0
# 查看本地镜像仓库变化
learn@debian10:~$ docker images
REPOSITORY                           TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
my-python36-hello-world              1.0       2f12c4d8f189   29 minutes ago   958MB
shadow7749/my-python36-hello-world   1.0       2f12c4d8f189   29 minutes ago   958MB
nginx                                latest    080ed0ed8312   7 days ago       142MB
python                               3.6       54260638d07c   15 months ago    902MB
hello-world                          latest    feb5d9fea6a5   18 months ago    13.3kB
# 推送，此操作必须确认你已经登录
learn@debian10:~$ docker push shadow7749/my-python36-hello-world:1.0
The push refers to repository [docker.io/shadow7749/my-python36-hello-world]
ff540de539ad: Pushed 
aa4c808c19f6: Mounted from library/python 
8ba9f690e8ba: Mounted from library/python 
3e607d59ef9f: Mounted from library/python 
1e18e7e1fcc2: Mounted from library/python 
c3a0d593ed24: Mounted from library/python 
26a504e63be4: Mounted from library/python 
8bf42db0de72: Mounted from library/python 
31892cc314cb: Mounted from library/python 
11936051f93b: Mounted from library/python 
1.0: digest: sha256:790bdc67737ed40e747fa9f1b7fb2831ac09031811036d2c9bda3a4b4eb56b94 size: 2430

完成后，你可以登录 https://hub.docker.com/ 确认是否推送到远程仓库中

/// 这便是一个简单的 Docker 容器开发流程：

拉取镜像 --> 创建容器 --> 开发容器 --> 生成镜像 --> tag 标签 --> 推送镜像
                ^                                    |
                |------------- 继续开发 --------------|

补充说明：删除容器和镜像