Docker完整指南：从入门到精通 - Comet的博客

学习目标

理解Docker的核心概念和架构
掌握Docker的基本命令和操作
学会镜像的拉取、构建和管理
熟练使用容器进行应用部署
掌握Docker Compose多容器编排
学会将项目打包成Docker镜像
理解Docker网络和存储机制

学习计划

Docker基础概念和架构
Docker安装和配置
镜像操作和管理
容器生命周期管理
Dockerfile编写和镜像构建
Docker Compose多容器编排
网络和存储管理
实战项目：应用容器化
最佳实践和性能优化

1. Docker基础概念

1.1 什么是Docker

Docker是一个开源的容器化平台，允许开发者将应用程序和其依赖项打包到一个轻量级、可移植的容器中。

Docker的核心优势：

一致性：在任何环境中运行都保持一致
轻量级：比传统虚拟机更轻量
快速部署：秒级启动和停止
版本控制：镜像版本化管理
资源隔离：容器间相互隔离

1.2 Docker架构

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Docker Client                            │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                    Docker Daemon                            │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Registry  │  Images  │  Containers  │  Networks  │  Volumes │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

核心组件：

Docker Client：命令行工具，与Docker Daemon通信
Docker Daemon：后台服务，管理容器生命周期
Registry：镜像仓库（Docker Hub、私有仓库）
Images：只读模板，用于创建容器
Containers：运行中的镜像实例
Networks：容器间通信网络
Volumes：持久化数据存储

1.3 容器 vs 虚拟机

| 特性 | 容器 | 虚拟机 | |——|——|——–| | 启动时间 | 秒级 | 分钟级 | | 资源占用 | 轻量 | 较重 | | 隔离级别 | 进程级 | 系统级 | | 镜像大小 | MB级 | GB级 | | 性能 | 接近原生 | 有损耗 |

2. Docker安装和配置

2.1 安装Docker

# Ubuntu/Debian
sudo apt update
sudo apt install docker.io docker-compose
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

# CentOS/RHEL
sudo yum install docker
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

# macOS
brew install docker
# 或下载 Docker Desktop

# Windows
# 下载 Docker Desktop for Windows

2.2 配置Docker

# 将用户添加到docker组（避免每次使用sudo）
sudo usermod -aG docker $USER
# 重新登录生效

# 配置镜像加速器（中国用户）
bash <(curl -sSL https://xuanyuan.cloud/docker.sh)

# 验证安装
docker --version
docker run hello-world

预期输出：

Docker version 20.10.21, build baeda1f
Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.

3. Docker镜像操作

3.1 镜像基础命令

# 搜索镜像
docker search nginx

# 拉取镜像
docker pull nginx:latest
docker pull ubuntu:20.04
docker pull python:3.9-slim

# 查看本地镜像
docker images
docker image ls

# 查看镜像详细信息
docker inspect nginx:latest

# 删除镜像
docker rmi nginx:latest
docker image rm ubuntu:20.04

# 强制删除镜像（即使有容器在使用）
docker rmi -f nginx:latest

# 清理未使用的镜像
docker image prune -a

预期输出：

# docker images
REPOSITORY   TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
nginx        latest    f652ca386ed0   2 weeks ago    141MB
ubuntu       20.04     ba6acccedd29   3 weeks ago    72.8MB
python       3.9-slim  a7b92c8b0b1c   4 weeks ago    113MB

# docker search nginx
NAME                           DESCRIPTION                                     STARS     OFFICIAL   AUTOMATED
nginx                          Official build of Nginx.                       18500     [OK]
jwilder/nginx-proxy           Automated Nginx reverse proxy for docker c...   2089                 [OK]
richarvey/nginx-php-fpm       Container running Nginx + PHP-FPM capable o...   820                  [OK]

3.2 镜像标签和推送

# 给镜像打标签
docker tag nginx:latest my-nginx:v1.0
docker tag ubuntu:20.04 mycompany/ubuntu:latest

# 推送镜像到仓库
docker push mycompany/ubuntu:latest

# 从私有仓库拉取镜像
docker pull registry.example.com/myapp:v1.0

# 登录Docker Hub
docker login
# 输入用户名和密码

# 登出
docker logout

3.3 镜像历史和信息

# 查看镜像构建历史
docker history nginx:latest

# 查看镜像详细信息
docker inspect nginx:latest | grep -A 10 "Config"

# 导出镜像为tar文件
docker save -o nginx.tar nginx:latest

# 从tar文件导入镜像
docker load -i nginx.tar

# 查看镜像占用空间
docker system df

4. 容器生命周期管理

4.1 容器基本操作

# 运行容器
docker run nginx:latest
docker run -d nginx:latest  # 后台运行
docker run -it ubuntu:20.04 /bin/bash  # 交互式运行

# 查看运行中的容器
docker ps
docker container ls

# 查看所有容器（包括停止的）
docker ps -a

# 停止容器
docker stop <container_id>
docker stop <container_name>

# 启动已停止的容器
docker start <container_id>

# 重启容器
docker restart <container_id>

# 删除容器
docker rm <container_id>
docker container prune  # 删除所有停止的容器

预期输出：

# docker ps
CONTAINER ID   IMAGE     COMMAND                  CREATED         STATUS         PORTS     NAMES
abc123def456   nginx     "/docker-entrypoint.…"   2 minutes ago   Up 2 minutes   80/tcp    nginx-container

# docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE          COMMAND                  CREATED         STATUS                     PORTS     NAMES
abc123def456   nginx          "/docker-entrypoint.…"   2 minutes ago   Up 2 minutes               80/tcp    nginx-container
def456ghi789   ubuntu:20.04   "/bin/bash"              5 minutes ago   Exited (0) 3 minutes ago             ubuntu-test

4.2 容器高级操作

# 进入运行中的容器
docker exec -it <container_id> /bin/bash
docker exec -it nginx-container /bin/sh

# 查看容器日志
docker logs <container_id>
docker logs -f <container_id>  # 实时查看日志
docker logs --tail 100 <container_id>  # 查看最后100行

# 查看容器资源使用情况
docker stats

# 复制文件到容器
docker cp local_file.txt <container_id>:/path/in/container/

# 从容器复制文件
docker cp <container_id>:/path/in/container/file.txt ./

# 提交容器为镜像
docker commit <container_id> my-nginx:v1.1

4.3 容器端口映射和网络

# 端口映射
docker run -d -p 8080:80 nginx:latest  # 主机8080端口映射到容器80端口
docker run -d -p 3000:3000 -p 8080:80 myapp:latest  # 多端口映射

# 指定容器名称
docker run -d --name my-nginx -p 8080:80 nginx:latest

# 设置环境变量
docker run -d -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=123456 mysql:8.0

# 挂载数据卷
docker run -d -v /host/path:/container/path nginx:latest
docker run -d -v nginx_data:/usr/share/nginx/html nginx:latest

# 使用自定义网络
docker network create my-network
docker run -d --network my-network --name web nginx:latest
docker run -d --network my-network --name db mysql:8.0

5. Dockerfile编写和镜像构建

5.1 Dockerfile基础语法

# 基础镜像
FROM ubuntu:20.04

# 维护者信息
LABEL maintainer="your-email@example.com"

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 复制文件
COPY requirements.txt .
COPY src/ ./src/

# 安装依赖
RUN apt-get update && apt-get install -y \
    python3 \
    python3-pip \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

RUN pip3 install -r requirements.txt

# 暴露端口
EXPOSE 8080

# 设置环境变量
ENV FLASK_APP=app.py
ENV FLASK_ENV=production

# 启动命令
CMD ["python3", "app.py"]

5.2 多阶段构建

# 构建阶段
FROM node:16 AS builder
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 运行阶段
FROM nginx:alpine
COPY --from=builder /app/dist /usr/share/nginx/html
EXPOSE 80
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

5.3 构建镜像

# 构建镜像
docker build -t myapp:v1.0 .
docker build -f Dockerfile.prod -t myapp:prod .

# 指定构建参数
docker build --build-arg VERSION=1.0 -t myapp:v1.0 .

# 不使用缓存构建
docker build --no-cache -t myapp:v1.0 .

# 查看构建历史
docker history myapp:v1.0

预期输出：

# docker build -t myapp:v1.0 .
Sending build context to Docker daemon  2.048kB
Step 1/8 : FROM python:3.9-slim
 ---> a7b92c8b0b1c
Step 2/8 : WORKDIR /app
 ---> Running in abc123def456
 ---> def456ghi789
Step 3/8 : COPY requirements.txt .
 ---> abc123def456
Step 4/8 : RUN pip install -r requirements.txt
 ---> Running in def456ghi789
Collecting flask==2.0.1
  Downloading flask-2.0.1-py3-none-any.whl (94 kB)
Installing collected packages: flask
Successfully installed flask-2.0.1
 ---> ghi789jkl012
Step 5/8 : COPY . .
 ---> jkl012mno345
Step 6/8 : EXPOSE 8080
 ---> Running in mno345pqr678
 ---> pqr678stu901
Step 7/8 : ENV FLASK_APP=app.py
 ---> Running in stu901vwx234
 ---> vwx234yza567
Step 8/8 : CMD ["python", "app.py"]
 ---> Running in yza567bcd890
 ---> bcd890efg123
Successfully built bcd890efg123
Successfully tagged myapp:v1.0

6. Docker Compose多容器编排

6.1 docker-compose.yml基础

version: '3.8'

services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "8080:8080"
    environment:
      - DATABASE_URL=postgresql://user:pass@db:5432/myapp
    depends_on:
      - db
    volumes:
      - ./logs:/app/logs
    networks:
      - app-network

  db:
    image: postgres:13
    environment:
      - POSTGRES_DB=myapp
      - POSTGRES_USER=user
      - POSTGRES_PASSWORD=pass
    volumes:
      - postgres_data:/var/lib/postgresql/data
    networks:
      - app-network

  redis:
    image: redis:6-alpine
    networks:
      - app-network

volumes:
  postgres_data:

networks:
  app-network:
    driver: bridge

6.2 Compose命令操作

# 启动服务
docker-compose up
docker-compose up -d  # 后台运行
docker-compose up --build  # 重新构建镜像

# 停止服务
docker-compose down
docker-compose down -v  # 同时删除数据卷

# 查看服务状态
docker-compose ps
docker-compose logs
docker-compose logs web  # 查看特定服务日志

# 进入服务容器
docker-compose exec web bash
docker-compose exec db psql -U user -d myapp

# 重启服务
docker-compose restart web

# 扩展服务实例
docker-compose up --scale web=3

预期输出：

# docker-compose up -d
Creating network "myapp_app-network" ... done
Creating volume "myapp_postgres_data" ... done
Creating myapp_db_1    ... done
Creating myapp_redis_1 ... done
Creating myapp_web_1   ... done

# docker-compose ps
     Name                    Command               State           Ports
--------------------------------------------------------------------------------
myapp_db_1      docker-entrypoint.sh postgres    Up      5432/tcp
myapp_redis_1   docker-entrypoint.sh redis ...   Up      6379/tcp
myapp_web_1     python app.py                    Up      0.0.0.0:8080->8080/tcp

6.3 高级Compose配置

version: '3.8'

services:
  web:
    build:
      context: .
      dockerfile: Dockerfile.prod
      args:
        - VERSION=1.0
    deploy:
      replicas: 3
      resources:
        limits:
          cpus: '0.50'
          memory: 512M
        reservations:
          cpus: '0.25'
          memory: 256M
    healthcheck:
      test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost:8080/health"]
      interval: 30s
      timeout: 10s
      retries: 3
    restart: unless-stopped

  nginx:
    image: nginx:alpine
    ports:
      - "80:80"
    volumes:
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf
    depends_on:
      - web

7. 网络和存储管理

7.1 Docker网络

# 查看网络列表
docker network ls

# 创建自定义网络
docker network create my-network
docker network create --driver bridge --subnet 172.18.0.0/16 my-network

# 连接容器到网络
docker network connect my-network container1
docker network disconnect my-network container1

# 查看网络详细信息
docker network inspect my-network

# 删除网络
docker network rm my-network
docker network prune  # 删除未使用的网络

预期输出：

# docker network ls
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
abc123def456   bridge    bridge    local
def456ghi789   host      host      local
ghi789jkl012   none      null      local
jkl012mno345   my-network bridge    local

# docker network inspect bridge
[
    {
        "Name": "bridge",
        "Id": "abc123def456",
        "Created": "2023-06-30T10:00:00.000000000Z",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": null,
            "Config": [
                {
                    "Subnet": "172.17.0.0/16",
                    "Gateway": "172.17.0.1"
                }
            ]
        }
    }
]

7.2 数据卷管理

# 创建数据卷
docker volume create my-data

# 查看数据卷列表
docker volume ls

# 查看数据卷详细信息
docker volume inspect my-data

# 删除数据卷
docker volume rm my-data
docker volume prune  # 删除未使用的数据卷

# 备份数据卷
docker run --rm -v my-data:/data -v $(pwd):/backup ubuntu tar czf /backup/my-data.tar.gz -C /data .

# 恢复数据卷
docker run --rm -v my-data:/data -v $(pwd):/backup ubuntu tar xzf /backup/my-data.tar.gz -C /data

7.3 绑定挂载

# 绑定挂载目录
docker run -d -v /host/path:/container/path nginx:latest

# 挂载单个文件
docker run -d -v /host/config.json:/app/config.json myapp:latest

# 只读挂载
docker run -d -v /host/path:/container/path:ro nginx:latest

# 使用命名卷
docker run -d -v nginx_data:/usr/share/nginx/html nginx:latest

8. 实战项目：应用容器化

8.1 Python Flask应用容器化

# app.py
from flask import Flask, jsonify
import os

app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def hello():
    return jsonify({
        'message': 'Hello from Docker!',
        'version': os.getenv('VERSION', '1.0')
    })

@app.route('/health')
def health():
    return jsonify({'status': 'healthy'})

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=8080)

# requirements.txt
Flask==2.0.1
gunicorn==20.1.0

# Dockerfile
FROM python:3.9-slim

WORKDIR /app

COPY requirements.txt .
RUN pip install -r requirements.txt

COPY . .

EXPOSE 8080

ENV VERSION=1.0

CMD ["gunicorn", "--bind", "0.0.0.0:8080", "app:app"]

# docker-compose.yml
version: '3.8'

services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "8080:8080"
    environment:
      - VERSION=1.0
    volumes:
      - ./logs:/app/logs
    restart: unless-stopped

8.2 Node.js应用容器化

# Dockerfile
FROM node:16-alpine

WORKDIR /app

COPY package*.json ./
RUN npm ci --only=production

COPY . .

EXPOSE 3000

CMD ["npm", "start"]

# docker-compose.yml
version: '3.8'

services:
  app:
    build: .
    ports:
      - "3000:3000"
    environment:
      - NODE_ENV=production
    depends_on:
      - redis
    restart: unless-stopped

  redis:
    image: redis:6-alpine
    volumes:
      - redis_data:/data

volumes:
  redis_data:

8.3 构建和部署

# 构建镜像
docker build -t myapp:v1.0 .

# 运行容器
docker run -d -p 8080:8080 --name myapp myapp:v1.0

# 使用Compose部署
docker-compose up -d

# 查看应用状态
curl http://localhost:8080/
curl http://localhost:8080/health

# 查看日志
docker logs myapp
docker-compose logs web

预期输出：

# curl http://localhost:8080/
{
  "message": "Hello from Docker!",
  "version": "1.0"
}

# curl http://localhost:8080/health
{
  "status": "healthy"
}

9. 最佳实践和性能优化

9.1 镜像优化

# 多阶段构建优化
FROM node:16-alpine AS builder
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm ci
COPY . .
RUN npm run build

FROM nginx:alpine
COPY --from=builder /app/dist /usr/share/nginx/html
EXPOSE 80
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

# 使用.dockerignore文件
node_modules
npm-debug.log
.git
.gitignore
README.md
.env
.nyc_output
coverage

9.2 安全最佳实践

# 使用非root用户
FROM node:16-alpine
RUN addgroup -g 1001 -S nodejs
RUN adduser -S nodejs -u 1001
USER nodejs

# 最小化攻击面
FROM alpine:latest
RUN apk add --no-cache nginx

# 扫描镜像漏洞
docker scan myapp:v1.0

9.3 性能优化

# 资源限制
docker run -d \
  --memory=512m \
  --cpus=1.0 \
  --pids-limit=100 \
  myapp:v1.0

# 清理系统
docker system prune -a
docker builder prune

# 监控容器资源
docker stats

9.4 日志管理

# docker-compose.yml
version: '3.8'

services:
  web:
    build: .
    logging:
      driver: "json-file"
      options:
        max-size: "10m"
        max-file: "3"

10. 高级主题

10.1 Docker Swarm集群

# 初始化Swarm
docker swarm init

# 添加工作节点
docker swarm join --token <token> <manager-ip>:2377

# 部署服务
docker service create --name web --replicas 3 -p 8080:8080 myapp:v1.0

# 查看服务
docker service ls
docker service ps web

# 扩展服务
docker service scale web=5

10.2 私有镜像仓库

# 运行私有仓库
docker run -d -p 5000:5000 --name registry registry:2

# 推送镜像到私有仓库
docker tag myapp:v1.0 localhost:5000/myapp:v1.0
docker push localhost:5000/myapp:v1.0

# 从私有仓库拉取
docker pull localhost:5000/myapp:v1.0

10.3 监控和调试

# 查看容器详细信息
docker inspect <container_id>

# 查看容器资源使用
docker stats --no-stream

# 进入容器调试
docker exec -it <container_id> /bin/bash

# 查看容器进程
docker top <container_id>

总结

核心要点

容器化：将应用和依赖打包到轻量级容器中
镜像管理：使用Dockerfile构建，Registry存储
容器编排：Docker Compose管理多容器应用
网络存储：灵活的网络配置和数据持久化
最佳实践：安全、性能、可维护性

学习建议

循序渐进：从基础命令开始，逐步深入高级特性
实践为主：多动手操作，构建真实项目
理解原理：深入理解容器化原理和架构
关注安全：重视容器安全和最佳实践
持续学习：关注Docker生态和新技术

应用场景

应用开发和测试环境
微服务架构部署
CI/CD流水线
云原生应用
开发环境标准化

参考资料

Docker官方文档：https://docs.docker.com/
Docker Hub：https://hub.docker.com/
Docker Compose文档：https://docs.docker.com/compose/
Docker最佳实践指南
容器化应用架构设计

学习目标

学习计划

1. Docker基础概念

1.1 什么是Docker

1.2 Docker架构

1.3 容器 vs 虚拟机

2. Docker安装和配置

2.1 安装Docker

2.2 配置Docker

3. Docker镜像操作

3.1 镜像基础命令

3.2 镜像标签和推送

3.3 镜像历史和信息

4. 容器生命周期管理

4.1 容器基本操作

4.2 容器高级操作

4.3 容器端口映射和网络

5. Dockerfile编写和镜像构建

5.1 Dockerfile基础语法

5.2 多阶段构建

5.3 构建镜像

6. Docker Compose多容器编排

6.1 docker-compose.yml基础

6.2 Compose命令操作

6.3 高级Compose配置

7. 网络和存储管理

7.1 Docker网络

7.2 数据卷管理

7.3 绑定挂载

8. 实战项目：应用容器化

8.1 Python Flask应用容器化

8.2 Node.js应用容器化

8.3 构建和部署

9. 最佳实践和性能优化

9.1 镜像优化

9.2 安全最佳实践

9.3 性能优化

9.4 日志管理

10. 高级主题

10.1 Docker Swarm集群

10.2 私有镜像仓库

10.3 监控和调试

总结

核心要点

学习建议

应用场景

参考资料

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