Docker 快速入门：从零到实践的全方位学习笔记

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13 35~45 分钟

篇章一：Docker 核心概念入门

在深入实践之前，我们首先需要理解 Docker 的几个基本概念，这就像学习一门新语言前先掌握它的字母表一样重要。

1. 什么是 Docker？

简单来说，Docker 是一种容器化技术，它能将你的应用程序及其所有依赖打包到一个独立的、标准化的运行环境——容器（Container）中。运行这些容器的计算机我们称之为宿主机（Host）。

2. Docker vs. 虚拟机 (VM)

你可能会问，这听起来和虚拟机很像，它们有什么区别？

  • 虚拟机：每个虚拟机都包含一个完整的操作系统内核。这使得它们相对笨重，启动慢，资源消耗大。
  • Docker 容器：所有容器共享宿主机的操作系统内核。这使得容器非常轻量级，启动速度极快（秒级甚至毫秒级），资源占用也更少。

3. 镜像 (Image)

镜像是创建容器的模板。你可以把它想象成软件的“安装包”或者制作糕点的“模具”。我们用一个镜像（模具）可以创建出多个一模一样的容器（糕点）。

4. 仓库 (Registry)

仓库是集中存放和分发镜像的地方。这就像是 GitHub 存储代码仓库一样。

  • Docker Hub 是 Docker 官方的公共仓库，上面有海量由官方或社区贡献的镜像，任何人都可以上传或下载。

理解了容器、镜像、仓库这三大核心概念，你就已经敲开了 Docker 的大门！

篇章二：Docker 环境安装

万事俱备，只欠东风。接下来，我们将在不同操作系统上安装 Docker。Docker 本质上是基于 Linux 内核的技术，因此在 Windows 和 macOS 上，它会通过一个轻量级的 Linux 子系统来运行。

1. 在 Linux (Ubuntu) 上安装

在 Linux 上安装 Docker 是最原生、最推荐的方式。

  1. 打开终端，执行以下命令下载安装脚本：

    curl -fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh

  2. 使用管理员权限执行安装脚本：

    sudo sh get-docker.sh

    提示：sudo (Superuser Do) 用于获取管理员权限。如果你的当前用户不是 root，在后续执行所有 docker 命令时，都需要在前面加上 sudo。

等待片刻，安装即可完成。

2. 在 Windows 上安装

  1. 开启所需功能：

    • 在任务栏搜索 "启用或关闭 Windows 功能"。
    • 勾选 "虚拟机平台 (Virtual Machine Platform)" 和 "适用于 Linux 的 Windows 子系统 (Windows Subsystem for Linux, WSL)"。
    • 根据提示重启电脑。

  2. 安装并配置 WSL：

    • 电脑重启后，以管理员身份打开命令提示符 (CMD)。

    • 设置 WSL 默认版本为 2：

      wsl --set-default-version 2

    • 更新 WSL 内核：

      wsl --update
# 国内网络建议使用以下命令，加速下载
wsl --update --web-download

  3. 安装 Docker Desktop：

    • 从 Docker 官网下载适用于 Windows 的 Docker Desktop 安装包。
    • 双击安装，一路 "Next" 即可。安装完成后，确保 Docker Desktop 处于运行状态。

  4. 验证安装：

    • 打开一个新的终端（CMD 或 PowerShell），输入：

      docker --version

    • 如果成功打印出版本号，说明安装成功。

3. 在 macOS 上安装

在 Mac 上安装最为简单。根据你的芯片（Intel 或 Apple Silicon M系列）从 Docker 官网下载对应的 .dmg 安装包，拖拽安装即可。

篇章三：Docker 镜像管理

环境就绪，我们来学习如何管理 Docker 的“模具”——镜像。

1. 拉取镜像 (docker pull)

docker pull 命令用于从仓库下载镜像。一个完整的镜像名结构如下： [registry_address]/[namespace]/[repository_name]:[tag]

  • registry_address: 仓库地址，如 docker.io (Docker Hub)。官方仓库地址可以省略。
  • namespace: 命名空间，通常是作者或组织名。官方镜像的 library 命名空间可以省略。
  • repository_name: 镜像库名称，如 nginx。
  • tag: 标签，通常是版本号，如 1.28.0。latest 或不写表示最新版。

示例：

# 完整写法
sudo docker pull docker.io/library/nginx:latest

# 简化写法（最常用）
sudo docker pull nginx

国内网络加速： 如果 docker pull 因网络问题失败，可以配置国内镜像加速器。

  • Linux: 修改 /etc/docker/daemon.json 文件，添加以下内容后重启 Docker 服务。

    {
  "registry-mirrors": ["https://hub-mirror.c.163.com", "https://mirror.baidubce.com"]
}

    重启命令: sudo systemctl restart docker

  • Windows/Mac: 打开 Docker Desktop -> Settings -> Docker Engine，在 JSON 配置中加入 "registry-mirrors": [...] 字段，然后点击 "Apply & Restart"。

2. 查看本地镜像 (docker images)

此命令可以列出所有已经下载到本地的镜像。

sudo docker images

3. 删除本地镜像 (docker rmi)

rmi 是 Remove Image 的缩写。你可以通过镜像名或镜像ID来删除。

# 通过镜像名删除
sudo docker rmi nginx

# 通过镜像ID删除（ID可以只写前几位，能唯一区分即可）
sudo docker rmi 3f8a00f42922

4. 指定 CPU 架构 (--platform)

在某些场景下，如在 ARM 架构的设备（如树莓派、香橙派）上运行时，需要拉取特定 CPU 架构的镜像。

# 拉取 ARM64 架构的镜像
docker pull --platform=linux/arm64 some-image

注意：Mac M系列芯片也是 ARM64 架构，但 Docker Desktop 会通过 QEMU 模拟来兼容部分 AMD64 镜像，不过可能会有性能损耗或兼容性问题。

篇章四：Docker 容器操作（核心）

这是本篇笔记最重要的部分，我们将学习如何使用镜像创建和管理容器。

1. 创建并运行容器 (docker run)

这是最核心的命令，它从一个镜像创建一个新的容器并启动它。

# 启动一个 nginx 容器
sudo docker run nginx

这会在前台启动容器，并会持续输出日志，阻塞当前终端。

docker run 的常用参数:

  • -d (Detached): 后台运行容器，并返回容器ID。这是最常用的模式。

    sudo docker run -d nginx

  • -p (Port Mapping): 端口映射，格式为 -p <宿主机端口>:<容器端口>。 Docker 容器网络默认与宿主机隔离，需要通过端口映射才能从外部访问容器内的服务。

    # 将宿主机的8080端口映射到容器的80端口
sudo docker run -d -p 8080:80 nginx

    现在，访问 http://<宿主机IP>:8080 就能看到 Nginx 的欢迎页面了。

  • -v (Volume): 挂载卷，用于数据持久化，格式为 -v <宿主机目录/卷名>:<容器内目录>。 容器被删除时，其内部数据也会丢失。挂载卷可以将容器内的数据同步到宿主机，实现持久化。

    • 绑定挂载 (Bind Mount): 直接指定宿主机路径。

      # 将宿主机的 /home/user/html 目录挂载到容器的 /usr/share/nginx/html
sudo docker run -d -p 8080:80 -v /home/user/html:/usr/share/nginx/html nginx

      注意：绑定挂载时，宿主机目录会覆盖容器内目录。如果宿主机目录为空，容器内对应目录也会变空。

    • 命名卷挂载 (Named Volume): 由 Docker 管理的存储空间。

      # 1. 创建一个命名卷
sudo docker volume create my-nginx-data

# 2. 运行时使用卷名挂载
sudo docker run -d -p 8080:80 -v my-nginx-data:/usr/share/nginx/html nginx

      优点：命名卷首次挂载时，会将容器内目录的原始文件复制到卷中，避免了空目录覆盖的问题。

  • -e (Environment): 设置环境变量。

    # 启动一个 MongoDB，并通过环境变量设置用户名和密码
sudo docker run -d -p 27017:27017 \
  -e MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME=myuser \
  -e MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD=mypassword \
  mongo

  • --name: 给容器指定一个自定义的名字，方便管理。

    sudo docker run -d --name my-web-server -p 8080:80 nginx

  • --restart: 配置重启策略。

    • --restart=always: 无论因何种原因停止，容器都会自动重启。
    • --restart=unless-stopped: 除非是手动执行 docker stop 停止，否则都会自动重启（推荐用于生产环境）。

  • -it 和 --rm: 常用组合，用于临时调试。

    • -it: 提供一个交互式的 TTY 终端。
    • --rm: 容器退出后自动删除。
    # 启动一个临时的、轻量级的 Alpine Linux 容器进行调试
sudo docker run -it --rm alpine sh
# (进入容器内)
# exit (退出后容器自动销毁)

2. 容器生命周期管理

  • docker ps: 查看正在运行的容器 (ps: Process Status)。
    • docker ps -a: 查看所有容器（包括已停止的）。
  • docker stop <容器名/ID>: 停止一个正在运行的容器。
  • docker start <容器名/ID>: 启动一个已停止的容器。
  • docker rm <容器名/ID>: 删除一个已停止的容器。
    • docker rm -f <容器名/ID>: 强制删除一个正在运行的容器。
  • docker logs <容器名/ID>: 查看容器日志。
    • docker logs -f <容器名/ID>: 实时滚动查看日志。

3. 进入容器内部 (docker exec)

exec 命令可以在一个正在运行的容器内部执行命令。最常见的用法是进入容器的 shell 环境进行调试。

# 1. 先启动一个 nginx 容器
sudo docker run -d --name my-nginx nginx

# 2. 进入该容器的 shell 环境
sudo docker exec -it my-nginx /bin/sh
  • -it: 保持交互式连接。
  • /bin/sh 或 /bin/bash: 容器内可用的 shell 程序。

进入容器后，你就可以像在普通 Linux 系统里一样执行命令，查看文件，调试程序了。

篇章五：自定义镜像 (Dockerfile)

当官方镜像无法满足你的需求时，就需要自己构建镜像。Dockerfile 就是一个用来定义镜像构建步骤的文本文件。

类比：如果镜像是“模具”，那 Dockerfile 就是“模具的设计图纸”。

Dockerfile 实战：打包一个 Python Web 应用

假设我们有一个简单的 FastAPI 应用：

  • main.py:

    from fastapi import FastAPI
app = FastAPI()
@app.get("/")
def read_root():
    return {"Hello": "World"}

  • requirements.txt:

    fastapi
uvicorn

1. 编写 Dockerfile (文件名固定，D大写，无后缀)

# 1. 选择一个包含 Python 环境的基础镜像
FROM python:3.11-slim

# 2. 设置工作目录
WORKDIR /app

# 3. 将当前目录下的所有文件复制到镜像的 /app 目录
COPY . .

# 4. 在镜像内执行命令，安装依赖
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

# 5. 声明容器对外暴露的端口（仅为文档作用，无实际效果）
EXPOSE 8000

# 6. 定义容器启动时默认执行的命令
CMD ["uvicorn", "main:app", "--host", "0.0.0.0", "--port", "8000"]

2. 构建镜像 (docker build) 在 Dockerfile 所在目录下执行：

# -t 表示 tag，给镜像命名
# . 表示使用当前目录作为构建上下文
sudo docker build -t my-python-app:1.0 .

3. 运行自定义镜像

sudo docker run -d --name my-app-instance -p 8000:8000 my-python-app:1.0

现在访问 http://<宿主机IP>:8000 就可以看到 {"Hello": "World"} 了。

4. 推送镜像到 Docker Hub (docker push)

  1. 登录 Docker Hub:

    sudo docker login

  2. 给镜像打上符合规范的标签: <你的DockerHub用户名>/<镜像名>:<版本号>

    sudo docker tag my-python-app:1.0 your-username/my-python-app:1.0

  3. 推送镜像:

    sudo docker push your-username/my-python-app:1.0

现在，任何人都可以通过 docker pull your-username/my-python-app:1.0 下载你的镜像了！

篇章六：Docker 网络

Docker 提供了多种网络模式来满足不同场景的需求。

  1. Bridge (桥接模式): 默认模式。Docker 会创建一个虚拟网桥，所有容器连接到这个网桥上，并分配一个内部 IP。容器间可以通过内部 IP 通信，但与宿主机隔离。

  2. 自定义 Bridge 网络: 这是推荐的做法。我们可以创建一个自定义网络，让相关的容器加入其中。

    # 1. 创建网络
sudo docker network create my-app-net

# 2. 启动容器并加入网络
sudo docker run -d --name db --network my-app-net mongo
sudo docker run -d --name web --network my-app-net -p 80:80 my-webapp

    好处：在同一个自定义网络中，容器之间可以直接通过容器名（如 db）作为主机名进行通信，Docker 内置了 DNS 解析。

  3. Host (主机模式): 容器直接共享宿主机的网络栈，不再有网络隔离。容器的服务直接暴露在宿主机的端口上，无需 -p 映射。性能最好，但牺牲了安全性。

    sudo docker run -d --network host nginx

  4. None (无网络模式): 容器拥有自己的网络栈，但不进行任何网络配置。一个完全隔离的网络环境。

篇章七：容器编排 (Docker Compose)

当你的应用由多个容器（如前端、后端、数据库、缓存）组成时，手动管理 docker run 命令会变得非常繁琐。Docker Compose 正是为此而生。它是一个用于定义和运行多容器 Docker 应用程序的工具。

你只需使用一个 YAML 文件来配置应用的服务，然后用一条命令，就可以创建并启动所有服务。

Docker Compose 实战：部署 MongoDB 和 Mongo Express

1. 创建 docker-compose.yml 文件 这个文件清晰地定义了两个服务：一个数据库 (db) 和一个数据库管理界面 (mongo-express)。

version: '3.8'

services:
  db:
    image: mongo:latest
    container_name: my-mongo-db
    restart: unless-stopped
    volumes:
      - mongo-data:/data/db

  mongo-express:
    image: mongo-express:latest
    container_name: my-mongo-express
    restart: unless-stopped
    ports:
      - "8081:8081"
    environment:
      - ME_CONFIG_MONGODB_SERVER=db  # 使用服务名 'db' 连接数据库
      - ME_CONFIG_MONGODB_ADMINUSERNAME=myuser
      - ME_CONFIG_MONGODB_ADMINPASSWORD=mypassword
    depends_on:
      - db  # 确保 db 服务先于此服务启动

volumes:
  mongo-data:

亮点：

  • services 下的 db 和 mongo-express 分别对应一个容器。
  • image, ports, volumes, environment 等参数与 docker run 的标志一一对应。
  • Docker Compose 会自动创建一个默认网络，并将所有服务加入其中，所以 mongo-express 可以直接通过服务名 db 访问数据库。
  • depends_on 定义了服务间的启动依赖。

2. 使用 Docker Compose 命令 在 docker-compose.yml 文件所在目录下执行：

  • 启动所有服务 (后台模式):

    docker compose up -d

  • 停止并删除所有服务、网络和卷:

    docker compose down

  • 仅停止服务 (不删除):

    docker compose stop

  • 启动已停止的服务:

    docker compose start

Docker Compose 极大地简化了多容器应用的部署和管理，是开发和测试环境的利器。对于更大规模、更复杂的生产环境集群，你可能需要了解更强大的编排工具，如 Kubernetes (K8s)。

总结

恭喜你！通过这篇笔记，你已经系统地学习了 Docker 的核心知识体系：

  • 三大概念：镜像、容器、仓库。
  • 环境搭建：在主流操作系统上安装 Docker。
  • 镜像管理：pull, images, rmi。
  • 容器全生命周期管理：run, ps, stop, start, rm, logs, exec。
  • 自定义镜像：通过 Dockerfile 和 build 命令创建自己的镜像。
  • 网络模型：理解 Bridge 和 Host 模式，并学会使用自定义网络。
  • 容器编排：使用 Docker Compose 优雅地管理多容器应用。

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