科普帖：什么是Docker？解析它的工作原理、用途和优缺点

开发应用程序通常涉及管理复杂的数据库、编程语言、框架、依赖关系等。此外，在与不同的操作系统（OSs）合作时，你可能会面临兼容性问题。这些变量中的每一个都会对你的工作流程产生负面影响。

为了解决这些问题，你可以开始使用Docker。这个工具使你能够在容器化环境中构建和管理应用程序。最终，Docker可以消除许多复杂的配置任务，使开发更容易、更有效率。

在这篇文章中，我们将回答 “什么是Docker？”这个问题，并解释它是如何工作的。然后，我们将向你展示它的一些主要用例，以及作为一个初学者如何开始使用。

什么是Docker？

那么，Docker究竟是什么？它是一个在沙盒中开发应用程序的开源平台。它的轻量级虚拟化环境也被称为容器：

Docker

虽然容器早在1979年就已经存在，但Docker让它们变得更加容易使用。使用Docker，开发人员可以在本地或生产服务器上构建、测试和部署他们的应用程序。

自2014年Docker 1.0发布以来，它已经为个人开发者和公司规范了容器的使用。现在，它有超过1300万用户，包括Netflix、Target和Adobe等大公司：

使用Docker的企业

另外，Docker的采用率正在逐年增加。根据Datadog的数据，近25%的公司已经开始使用Docker来监控其应用程序。自2015年以来，这一比例每年都在增长3到5个百分点：

越来越多的公司使用Docker（来源：Datadog）。

我们可以看到，Docker已经成为开发和部署应用程序的流行平台。为了进一步了解它的受欢迎程度，让我们深入了解Docker软件的工作原理。

Docker与虚拟机

在Docker中，你可以将一个应用程序打包成一个标准化的单元，可用于软件开发。这个单元，或称容器，包括应用程序的编码和依赖性，这样它就可以轻松地在任何计算环境中运行。

在Docker之前，公司经常使用虚拟机（VM）来运行应用程序。这些可以模拟物理计算机，使开发人员能够将一台服务器变成多台服务器。然而，这种方法会有一些缺点。

每个虚拟机包含操作系统和应用程序的完整副本，以及必要的二进制文件和库。这些文件可能会在一台电脑上占用几十GB的空间。此外，为客户操作系统虚拟化硬件可能需要大量的开销。

容器代替了对硬件的虚拟化，对操作系统进行了虚拟化。在Docker中，容器是应用层的抽象，可以包含代码和依赖关系。在同一台机器上，多个容器可以作为孤立的进程运行：

Docker和虚拟机的比较（来源：ResearchGate）。

因此，Docker容器通常占用的空间较小。它们还可以包含更多的应用程序，而不需要那么多的虚拟机和操作系统。

Docker是如何工作的？

想象一下，你正试图将货物从一个地方运到另一个地方。在现代，你可以用集装箱轻松做到这一点。这些将把某些物品放在一起的密封环境中，使它们能够通过船舶、火车或飞机进行运输。

Docker的工作方式非常类似。简单地说，Docker规范了开发和部署软件的方法。

Docker用容器工作。这些容器可以有可重复使用的组件，如Python、Node、依赖性等等。然后，你可以将容器部署在任何地方，而不必担心兼容性问题。

Docker一开始可能很复杂，所以让我们讨论一下这个软件中涉及的所有主要组件。一旦你了解了这些主要功能，你就可以简化你的应用程序的开发过程了!

Docker引擎

Docker Engine是用于在Docker中构建和容器化应用程序的客户-服务器技术。从本质上讲，它支持运行你的基于容器的应用程序所涉及的所有任务：

Docker引擎示意图（来源：Docker）

这些是Docker引擎中的主要组件：

• Docker Daemon：管理Docker镜像、容器、网络和卷。它还监听Docker API请求并处理它们。
• Docker Engine?REST API：由Docker开发的API，与守护程序进行交互。
• Docker CLI：用于与Docker守护进程通信的命令行界面。

通过Docker引擎，你可以在任何基础设施上运行容器化的应用程序。这种设置有助于实现Docker的行业领先的容器运行时间。

Docker镜像

Docker镜像是一个可执行的软件包，包括运行一个应用程序所需的所有源代码、依赖性和工具。镜像是只读模板，为创建容器提供指示。

你可以把Docker镜像想象成蓝图，从而更好地理解它们。它们包含了一个容器运行时将包括的快照。

在一个镜像中，有多个堆叠层。例如，如果你想建立一个网络服务器镜像，你可以首先包括Ubuntu Linux。接下来，你可以在上面叠加Apache和PHP的编码。

在制作Docker镜像时，最好把最易变的层放在堆栈的高处。然后，如果你需要做一个改变，你就不需要重建整个镜像了。

Docker容器

正如我们前面所讨论的，容器是Docker的重要组成部分。简单地说，Docker容器是一个孤立的区域，供应用程序运行而不影响系统的其他部分。这个软件单元将打包所有的代码和依赖关系，以便于从一个应用程序转移到下一个。

以下是使用Docker容器的一些好处：

• 标准：虽然容器已经存在了几十年，但Docker已经为其使用创造了行业标准。Docker容器具有难以置信的可移植性和易用性。
• 轻量级：由于容器共享操作系统的内核，你不需要为每个应用程序提供不同的操作系统。因此，你的应用程序可以更有效地运行，并减少服务器和许可成本。
• 安全：与虚拟机不同，容器隔离了应用程序，这使它们更加安全。有了Docker，你的容器将有默认的隔离能力。

最终，Docker容器提供了比虚拟机更多的优势。尽管它们以类似的方式隔离和分配资源，但容器通常更可移植、更高效、更安全。

Docker Compose

Docker Compose是一个工具，旨在将多个容器作为一个单一服务来运行。如果你的应用同时需要NGINX和MySQL，Docker Compose可以让你创建一个文件来启动两个容器。这就避免了分别启动每个容器的需要。

以下是使用Docker Compose时的三个基本步骤：

1. 创建一个Docker文件来定义应用程序的环境，以便它可以被复制。
2. 在docker-compose.yml文件中定义你的应用程序的每个服务，以便它们可以在一个隔离的环境中运行。
3. 使用Docker Compose命令来启动和运行你的应用程序。

从本质上讲，Docker Compose使多个容器在隔离的情况下运行。然而，在必要的时候，它们可以彼此互动。

例如，Compose可以帮助你创建和配置你的应用程序的服务依赖，如数据库、缓存或Web服务API。

Dockerfile

Dockerfile是一个文本文件，包括构建Docker镜像的说明。通过阅读这个文件，Docker会自动构建新的镜像。

docker build?命令将从Dockerfile和一个上下文中创建一个镜像。这个上下文是一组文件，位于指定的路径或URL中。

首先，输入以下命令：

docker build

这将把整个上下文发送给Docker守护进程。要指向文件系统中的一个Docker文件，请使用这个命令：

docker build -f /path/to/a/Dockerfile

如果构建成功，你可以指定一个你想保存新镜像的存储库和标签：

docker build -t shykes/myapp

然后，Docker守护进程将对Dockerfile进行验证。如果语法上有问题，它将返回一个错误。

Docker桌面

要在你的Mac、Linux或Windows环境中开始使用Docker，你可以安装Docker Desktop。它提供了一个简单、易于使用的界面，用于管理个人电脑上的容器、应用程序和图像：

Docker桌面

有了Docker Desktop，你就不必使用命令行来执行基本任务了。这可以加速开发工作流程：

Docker桌面仪表盘

它还配备了一个内置的扩展市场，使得开始使用第三方开发者工具变得容易。这些工具包括用于调试、测试和保护你的应用程序的软件：

Docker桌面扩展市场

另外，Docker Desktop对个人和小型企业使用是免费的。然而，请记住，较大的公司需要购买订阅，起价为每月5美元。

Docker Hub

Docker Hub是一个可以找到和分享容器镜像的平台。它是全球最大的容器镜像库，拥有来自社区开发者、开源项目和独立软件供应商（ISV）的资源：

Docker Hub镜像

以下是Docker Hub中包含的一些功能：

• 用于推送和拉动容器镜像的存储库
• 创建可以访问私人存储库的团队和组织
• Docker官方镜像
• Docker验证的发布者镜像
• 从GitHub或Bitbucket创建容器镜像并推送到Docker Hub
• 用webhooks触发行动

要开始使用Docker Hub，你需要创建你的第一个资源库。你只需要给它起个名字并指定它的可见性：

创建一个Docker Hub资源库

然后，你可以下载Docker Desktop，开始从Docker Hub拉取和推送容器镜像。你会在新仓库的最新标签下看到这些推送。

Docker的用途是什么？

Docker主要是为DevOps和开发人员设计的。这个工具使开发人员能够创建、定制和部署应用程序，作为可移植的轻量级容器。这种设置将其所有的依赖性打包成一个单元，可以在几乎任何操作系统上运行。

下面是Docker的一个典型用例：

1. 开发人员在本地编写代码，然后使用Docker容器与他们的团队分享。
2. 他们将应用程序推送到测试环境，在那里很容易进行自动和手动测试。
3. 当发现bug时，开发人员在开发环境中对其进行故障排除。为了测试这些变化，他们在测试环境中重新部署它们。
4. 在开发人员修复错误后，更新的图像被推送到生产环境。

使用这个工作流程，你可以测试新的软件，而不用进行手动安装。例如，你可能会发现设置一个MySQL服务器是很困难和繁琐的。相反，你可以使用Docker CLI来执行这项任务，只需一条命令。

由于Docker有自己的CLI，初学者可以用它来学习如何操作命令行。在Linux环境中设置好Docker后，你可以开始使用Linux命令。然后，你可以更快、更有效地执行系统管理任务。

使用Docker的优点和缺点

现在你已经了解了Docker的核心组件，让我们来讨论它的主要优点和缺点。然后你可以决定它是否对管理你的软件应用程序有用。

优点

作为一个开发者，你的一些工作在手动执行时可能变得乏味和重复。通过Docker容器，你可以安排这些任务的自动化。使用cron作业可以大大减少你的工作量，优化你的时间。

此外，Docker是高度可移植的。它使你的开发团队的每个成员都能在应用程序上工作，甚至在不同的服务器、机器或操作系统上。这种设置可以消除许多因平台不兼容而产生的问题。

与虚拟机相比，Docker容器可以节省更多空间。虽然Docker和虚拟机的工作原理相似，但Docker要轻得多。

此外，Docker有一个强大的社区。通过加入Docker社区活动，你可以与其他Docker用户进行面对面和在线交流：

Docker社区

你还可以浏览Docker的广泛的社区论坛。如果你是一个初学者，这些讨论可以帮助你获得使用这个平台的建议。

缺点

正如我们前面提到的，Docker可能比虚拟机更有效。然而，在物理服务器上运行应用程序通常要快得多。

Docker也可能涉及到一个陡峭的学习曲线。它不是为运行具有图形用户界面（GUI）的应用程序而设计的。这意味着你需要学习命令行，这对初学者来说可能是个挑战。

最后，Docker容器将在主机的操作系统上运行。如果这些容器中隐藏有任何恶意软件，主机可能会受到影响。

如何开始使用Docker

要开始使用Docker，你必须访问主网站。然后，为你的电脑操作系统下载兼容的版本。

如果你有一台Mac电脑，你将需要选择英特尔芯片或苹果芯片的Docker版本。也有针对Windows和Linux用户的选项。

一旦你打开下载的文件，它将在你的电脑上安装Docker Desktop。接下来，打开Docker Hub并创建一个新账户：

在Docker上创建一个账户

现在你可以打开Docker桌面并登录。然后，打开你的命令行或bash窗口，运行这个命令：

docker run -d -p 80:80 docker/getting-started

一旦你这样做，你会在你的Docker Desktop仪表板上看到一个新的容器。它的名字将是为你的账户随机生成的：

新的Docker容器

你也会有一个新的Docker镜像。如果你导航到Images标签，你会看到一个docker/getting-started图像正在使用中：

新的Docker镜像

现在你已经拥有了开始管理你的本地容器所需要的一切！

小结

如果你必须管理多个应用程序，Docker可以成为独立组织它们的有效工具。由于它使用容器，Docker可以帮助你开发每个应用程序，而没有编程语言、库或框架冲突的风险。

尽管Docker通常比虚拟机（VM）更有效，但在物理服务器上工作会更快。由于它还依赖于一个命令行界面，Docker可能也不是绝对的初学者的一个好选择。