Docker 简介

什么是 Docker？

Docker 是一个开源的容器化平台，它使用操作系统级虚拟化技术，让开发者能够将应用程序及其所有依赖项打包到一个轻量级、可移植的容器中。这个容器可以在任何支持 Docker 的环境中运行，确保应用程序在不同环境中的一致性。

容器技术的发展历程

传统部署方式的问题

在容器技术出现之前，应用程序部署面临诸多挑战：

1. 环境不一致：开发环境、测试环境、生产环境的差异导致"在我机器上能跑"的问题
2. 资源浪费：传统虚拟机需要完整的操作系统，占用大量资源
3. 部署复杂：需要手动配置环境、安装依赖，容易出错
4. 扩展困难：应用扩展需要重复配置多台服务器

虚拟化技术的演进

物理机时代 → 虚拟机时代 → 容器时代

• 物理机时代：一台服务器只能运行一个应用，资源利用率低
• 虚拟机时代：通过 Hypervisor 在一台物理机上运行多个虚拟机
• 容器时代：共享操作系统内核，更轻量级的虚拟化方案

Docker 的核心概念

1. 容器 (Container)

容器是 Docker 的基本运行单位，它是一个轻量级、独立的可执行包，包含运行应用程序所需的一切：

• 应用程序代码
• 运行时环境
• 系统工具
• 系统库
• 配置文件

2. 镜像 (Image)

镜像是创建容器的模板，它是一个只读的文件系统快照，包含：

• 应用程序及其依赖
• 环境配置
• 启动命令

3. 仓库 (Repository)

仓库是存储和分发镜像的地方：

• Docker Hub：官方公共仓库
• 私有仓库：企业内部使用
• 第三方仓库：如阿里云、腾讯云等

Docker 的核心优势

1. 一致性 (Consistency)

# 开发环境
docker run myapp:latest

# 测试环境  
docker run myapp:latest

# 生产环境
docker run myapp:latest

无论在哪个环境，应用程序的行为都完全一致。

2. 轻量级 (Lightweight)

特性	虚拟机	Docker 容器
启动时间	分钟级	秒级
资源占用	GB 级	MB 级
性能损耗	5-20%	接近原生

3. 可移植性 (Portability)

容器可以在以下环境中无缝运行：

• 开发者笔记本
• 测试服务器
• 云平台（AWS、Azure、GCP）
• 本地数据中心

4. 可扩展性 (Scalability)

# 快速扩展到 5 个实例
docker service scale myapp=5

# 根据负载自动扩展
docker service update --replicas 10 myapp

Docker 架构

客户端-服务器架构

┌─────────────┐    ┌─────────────┐    ┌─────────────┐
│   Docker    │    │   Docker    │    │   Docker    │
│   Client    │◄──►│   Daemon    │◄──►│  Registry   │
│             │    │             │    │             │
└─────────────┘    └─────────────┘    └─────────────┘

核心组件

1. Docker Client：用户与 Docker 交互的命令行工具
2. Docker Daemon：Docker 的后台服务，管理容器、镜像、网络等
3. Docker Registry：存储和分发镜像的服务

Docker vs 虚拟机

架构对比

虚拟机架构：

┌─────────────────────────────────────┐
│           应用程序 A                │
├─────────────────────────────────────┤
│           客户操作系统              │
├─────────────────────────────────────┤
│            Hypervisor              │
├─────────────────────────────────────┤
│           宿主操作系统              │
├─────────────────────────────────────┤
│             物理硬件                │
└─────────────────────────────────────┘

Docker 架构：

┌─────────────────────────────────────┐
│           应用程序 A                │
├─────────────────────────────────────┤
│          Docker Engine             │
├─────────────────────────────────────┤
│           宿主操作系统              │
├─────────────────────────────────────┤
│             物理硬件                │
└─────────────────────────────────────┘

对比总结

特性	虚拟机	Docker 容器
隔离级别	操作系统级	进程级
启动速度	慢（分钟）	快（秒）
资源占用	高	低
安全性	高	中等
兼容性	好	依赖宿主内核

Docker 的应用场景

1. 应用程序打包和部署

# 将 Web 应用打包成镜像
FROM node:16
COPY . /app
WORKDIR /app
RUN npm install
EXPOSE 3000
CMD ["npm", "start"]

2. 微服务架构

# docker-compose.yml
version: '3'
services:
  web:
    image: myapp/web
  api:
    image: myapp/api
  database:
    image: postgres:13

3. 持续集成/持续部署 (CI/CD)

# GitHub Actions 示例
- name: Build Docker image
  run: docker build -t myapp:${{ github.sha }} .
  
- name: Deploy to production
  run: docker run -d myapp:${{ github.sha }}

4. 开发环境标准化

# 开发者只需一条命令启动完整开发环境
docker-compose up -d

学习 Docker 的价值

对开发者的价值

1. 提高开发效率：快速搭建开发环境
2. 简化部署流程：一次构建，到处运行
3. 增强技能竞争力：容器技术是现代开发必备技能

对企业的价值

1. 降低运维成本：标准化的部署和管理
2. 提高资源利用率：更高的服务器利用率
3. 加速产品交付：更快的开发和部署周期
4. 支持云原生架构：为微服务和云计算奠定基础

本章小结

Docker 作为容器技术的代表，彻底改变了应用程序的开发、测试和部署方式。它通过轻量级的容器技术，解决了传统部署方式中的环境不一致、资源浪费等问题。

关键要点：

• Docker 是一个容器化平台，提供轻量级的应用程序虚拟化
• 容器比虚拟机更轻量、启动更快、资源利用率更高
• Docker 的核心概念包括容器、镜像和仓库
• Docker 适用于应用打包、微服务、CI/CD 等多种场景

在下一章中，我们将学习如何在不同操作系统上安装和配置 Docker 环境。

延伸阅读

• Docker 官方文档
• 容器技术发展史
• Docker vs 虚拟机详细对比