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Docker

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Docker
原作者Solomon Hykes
開發者Docker, Inc.
首次发布2013年3月13日 (2013-03-13)
当前版本
  • 27.3.1（2024年9月20日；穩定版本）[1]
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源代码库
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编程语言Go
操作系统Linux、Windows、macOS
平台x86-64、ARM、s390x、ppc64le
类型作業系統層虛擬化
许可协议可執行檔：免費增值软件即服务
原始碼：Apache许可证 2.0
网站www.docker.com

Docker是一个開放原始碼的開放平臺軟體，用于开发应用、交付（shipping）应用和运行应用。Docker允许用户将基础设施（Infrastructure）中的应用单独分割出来，形成更小的颗粒（容器），从而提高交付软件的速度。[2]

Docker容器与虚拟机类似，但二者在原理上不同。容器是将操作系统层虚拟化，虚拟机则是虚拟化硬件，因此容器更具有便携性、更能高效地利用服务器。 容器更多的用于表示软件的一个标准化单元。由于容器的标准化，因此它可以无视基础设施（Infrastructure）的差异，部署到任何一个地方。另外，Docker也为容器提供更强的业界的隔离兼容。[3]

Docker 利用Linux核心中的資源分離機制，例如cgroups，以及Linux核心命名空間（英语：Linux namespaces）（namespaces），來建立獨立的容器（containers）。這可以在單一Linux實體下運作，避免啟動一個虛擬機器造成的額外負擔[4]。Linux核心對命名空間的支援完全隔離了工作環境中應用程式的視野，包括行程樹、網路、用户ID與掛載檔案系統，而核心的cgroup提供资源隔離，包括CPU、記憶體、block I/O與網路。從0.9版本起，Dockers在使用抽象虛擬是經由libvirt的LXC與systemd - nspawn提供界面的基礎上，開始包括libcontainer函式庫做為以自己的方式開始直接使用由Linux核心提供的虛擬化的設施。[4]

基础架构

专业名词Docker有两个意思：[5]

  • 代指整个Docker项目。
  • 代指Docker引擎。

Docker引擎

Docker引擎(Docker Engine)是一个服务端-客户端结构的应用，主要有这些部分：Docker守护进程、Docker Engine API（页面存档备份，存于互联网档案馆）、Docker客户端。[6]

Docker注册中心

Docker注册中心(Docker registry)是用于存储Docker的镜像。Docker Hub 是一个公共的注册中心，任何人都可以使用，默认配置下，Docker将会在这里寻找镜像。[6]

另外，用户可以自行构建私有注册中心。Docker Datacenter (DDC)的用户，可以直接使用 Docker Trusted Registry (DTR)。[6]

2023年5月，在中国大陆地区被防火长城阻断屏蔽[9]，同年9月恢复访问[10]。

对象

Docker的对象是指Images、Containers、Networks、Volumes、Plugins等等。[6]

  • 容器（Containers）是镜像的可运行的实例。容器可通过API或CLI（命令行）进行操控。[6]
  • 镜像（Images）是一个只读模板，用于指示创建容器。[6] 镜像分层(layers)构建的，而定义这些层次的文件叫Dockerfile。[11]
  • 服务（Services）允许使用者跨越不同的Docker守护进程（Docker daemons）的情况下增加容器，并将这些容器分为管理者（managers）和工作者（workers），让他们为swarm共同工作。[6]

扩展架构

Docker Compose

Compose可译为组合物。[12]Compose 是用于定义和运行 多个容器Docker应用程序 的工具。通过Compose，你可以使用YAML文件来配置应用程序需要的所有服务，然后通过使用一个命令，就可以创建并启动所有服务。[13][14]Compose对应的命令为docker-compose。[15]

Swarm Mode

当说到 Docker Swarm 时，一般是指单独项目 Docker Swarm。而在Docker 1.12时，将swarm mode集成到Docker 引擎中，可用Docker引擎API 和 CLI 命令直接使用。官方推荐用户使用集成的 swarm mode [16]。

Swarm Mode 内置 kv 存储功能，提供了众多的新特性，比如：具有容错能力的去中心化设计、内置服务发现、负载均衡、路由网格、动态伸缩、滚动更新、安全传输等。使得 Docker 原生的 Swarm 集群具备与 Mesos、Kubernetes 竞争的实力。[17]

cluster(中文：集群)，Docker将集群定义为：一群共同作业并提供高可用性的机器[5] 。swarm(中文：群[18])，是指一个集群的Docker引擎以swarm mode形式运行[5]。swarm mode是指Docker引擎内嵌的集群管理和编排功能。当你初始化了一个swarm(cluster)或者将节点加入一个swarm时，其Docker引擎就会以swarm mode的形式运行。[5]

原理

swarm中的Docker机器中分为 managers（管理者） 和 workers（员工），管理者用于处理集群的关系和委派，员工则用于执行 swarm服务。[19] 当你创建swarm服务时，你可以为其增加各种额外的状态（如：数量、网络、端口、存储资源等等）。Docker会去维持用户想要的状态。如：一个工作节点如果挂了，那么Docker会去把这个节点的任务给另外一个节点。此处的任务（task）是指：被swarm管理者管理的一个运行中的容器。[19]

swarm服务比单独容器好在，修改swarm服务的配置之后不用重启。同时，Docker以swarm mode形式运行时，也可以选择直接启动单独的容器。另外，swarm mode下，你也可以通过 docker stack deploy 使用 Compose file 部署应用栈。[20][19] swarm服务分为两种，一种是replicated services ，可以指定节点任务的总数量；global services，则是每个节点都会运行一个指定任务。[21] swarm管理员使用 ingress 负载均衡使服务可被外部接触。 swarm管理员会自动地给服务分配PublishedPort（或者手动配置）。外部组件，如云负载均衡器能通过集群中任何节点上的PublishedPort去接入服务（不管该服务是否启动）。另外 swarm mode有内部DNS组件，它会为每个服务分配一个DNS条目。swarm管理员使用 internal load balancing 去分发请求时，就是依靠这个DNS组件。[22]

swarm mode的功能是由swarmkit(一个独立项目)提供的，它实现了Docker的编排层。swarm可以直接被Docker使用。[19]

文件格式

Docker有两种文件格式，Dockerfile和Compose file。Dockerfile定义了单个容器的内容和启动时候的行为。Compose file定义了一个多容器应用。[23]

Dockerfile

Docker 可以依照 Dockerfile 的内容，自动化地构建镜像。 Dockerfile 是包含着用户想要如何构建镜像的所有命令的文本。[24]

FROM ubuntu:18.04
COPY . /app
RUN make /app
CMD python /app/app.py

关键词：

  • RUN。RUN会在当前镜像的顶层上添加新的一层(layer)，并在该层上执行命令，执行结果将会被提交。提交后的结果将会用于Dockerfile的下一步。[25]
  • ENTRYPOINT，入口点。ENTRYPOINT允许你配置容器，使之成为可执行程序。[26]即，ENTRYPOINT允许你为容器增加一个入口点。ENTRYPOINT和CMD类似，均在容器启动时执行，但是ENTRYPOINT为了提供稳定且不可被覆盖的操作。[27]通过在命令行中指定--entrypoint 命令的方式，可在运行时将Dockerfile文件中的ENTRYPOINT覆盖。
  • CMD，是command的缩写。CMD用于为已创建的镜像提供默认的操作，当不想要用默认操作时候，可用docker run IMAGE[:TAG|@DIGEST] [COMMAND] 进行替换 。但当Dockerfile拥有入口点时，CMD用于赋予入口点参数。[28]

Compose文件

Compose文件 是一个YAML文件，定义了服务（service）、网络、卷（volume）。

  • 服务（service）定义 各容器的配置，定义内容将以命令行参数的方式 传给 docker run 命令。
  • 网络（network），类似地，将定义内容传给 docker network create 命令 。
  • 卷（volume），类似地，将定义内容传给 docker volume create 命令。

docker run 命令中有一些选项，和 Dockerfile文件中的指令效果一样（如：CMD, EXPOSE, VOLUME, ENV），如果Dockerfile文件中使用这些指令，那么这些指令就会被视为默认参数，所以开发者无需特意在 Compose文件中再指定一次。[29]

Compose文件 可使用 Shell变量（Variable），如：[30]

db:
  image: "postgres:${POSTGRES_VERSION}"

Compose文件 可通过自身的ARGS变量，将参数传给Dockerfile的 ARGS 指令。[31]

网络

参考文档：Docker文档-网络概要（页面存档备份，存于互联网档案馆）

bridge

在Docker裡，网桥网络 使用的是 软件形式的网桥。使用相同的网桥的容器连接进入该网络，而非该网络的容器刷故无法接入。Docker网桥驱动会自动地在Docker主机上安装规则，这些规则让不同桥接网络之间不能直接通信。[32] 桥接经常用于：在单独容器上运行应用时，可通过 网桥 进行通信。[33] 网桥网络 适用于容器运行在相同地Docker守护进程的主机上。不同Docker守护进程主机上的容器，它们之间的通信需要依靠操作系统层次的路由，或者你应该使用 overlay网络 进行代替。[32]

bridge 是网桥驱动，是Docker默认的网络驱动（接口名为 docker0[34]），当你不为容器指定一个网络时候，Docker将会使用该驱动。[33] 可通过 daemon.json 文件修改相关配置。[35]

自定义网桥可通过 brctl 命令进行配置。[36][37]

host

主机模式

host 用于单独容器，该网络下容器只能和Docker主机进行直接连接。host 只适用于 Docker 17.06或以上版本的swarm服务。

host网络和VirtualBox的 仅主机网络（Host-only Networking） 类似。[38]

overlay

overlay （中文：覆盖网络）网络驱动将会创建分布式网络，该网络可以覆盖若干个 Docker守护进程主机。该网络是基于 主机特定网络（host-specific networks），允许 swarm服务 和 容器 进行安全通信（当加密功能开启时）。在该网络下，Docker能够清晰地掌握 数据包的路由 以及 发送接收容器。[39]

overlay 有两种网络类型网络：[39]

  • ingress 网络，可掌控 swarm服务 的网络流量 。该网络是 overlay 的默认网络。
  • docker_gwbridge 网络是 网桥网络。该网络会将 单独的Docker守护进程 连接至 swarm里的另外一个守护进程。

在 overlay 网络下，单独的容器 和 swarm服务 的行为和配置概念 是不一样的。[39]

该策略不需要 容器们 具有操作系统级别的路由，因为Docker负责路由。[33]

macvlan

Macvlan网络配置提供了一种机制，允许单独的容器具有独立的MAC地址，使得这些容器在网络上表现得如同物理设备。

none

该策略下，容器不使用任何网络。none 常常用于连接自定义网络驱动的情况下。

其他

截止2023年5月18日，Docker官方仓库域名 https://hub.docker.com/ （页面存档备份，存于互联网档案馆） 在中国大陆被屏蔽，方式为DNS污染。随后短暂解封，2024年6月6日再次被封。

数据管理

Docker默认下，所有文件将会存储在容器里的可写的容器层（container layer）。[40]

  • 数据与容器为一体。随着容器消失，数据将消失；难以与其他程序（容器）共享。可以采用挂载文件的方式解决。
  • 由于容器的写入层是与宿主机器紧紧耦合。所以你难以移动数据到其他机器。
  • 容器的写入层的是通过 存储驱动（页面存档备份，存于互联网档案馆）（storage driver） 管理文件系统。存储驱动（页面存档备份，存于互联网档案馆） 会使用Linux内核的 链合文件系统（union filesystem）进行挂载。相比起直接操作于宿主机器文件系统的 数据卷，这额外的抽象层将会降低性能。

容器有两种永久化存储方式：卷（volumes）和 绑定挂载（bind mounts）。另外，Linux用户还可使用 tmpfs 进行挂载；Window用户还可以使用 命名管道（named pipe）。在容器中，不管是哪种永久化存储，表现形式都是一样的。[40]

卷

卷（volumes）是宿主机器的文件系统的一部分，由Docker进行管理（ 在Linux，存储于/var/lib/docker/volumes/）。非Docker程序不应该去修改这些文件。Docker推荐使用 卷 进行持久化数据。 卷 可支持 卷驱动（volume drivers），该驱动允许用户将数据存储到 远程主机 或 云服务商（cloud provider）或 其他。[40]

没有名字的卷叫匿名卷（anonymous volume），有名字的卷叫命名卷（named volume）。匿名卷没有明确的名字，当被初始化时，会被赋予一个随机名字。[40]

绑定挂载

绑定挂载（bind mounts）通过将宿主机器的路径挂载到容器里的这种方式，从而数据持续化，因此绑定挂载可将数据存储在宿主机器的文件系统的任何地方。非Docker程序可修改这些文件。 绑定挂载是Docker早期就存在的，相比起卷，绑定挂载十分简单明了。[40] 在开发Docker应用时，应使用命名卷（named volume）代替绑定挂载，因为用户不能对绑定挂载进行 Docker CLI 命令操作。[40]

绑定挂载常用于：[41]

  • 同步配置文件，如： 将 宿主主机的DNS配置文件（/etc/resolv.conf）同步至容器中
  • 在开发程序时，将 源代码 或 Artifact 同步至容器中。[41] 这种用法与 Vagrant 类似。

tmpfs

tmpfs 挂载（tmpfs mounts），仅仅存储于内存中，并不操作 宿主机器的文件系统（不持久化于磁盘）。它可用于存储一些 非持久化状态、敏感数据。 举例，swarm服务 通过tmpfs 将 secrets（页面存档备份，存于互联网档案馆）（密码、密钥、证书等）存储到swarm服务。 [40]

命名管道

命名管道（named pipes），通过 npipe 挂载的形式，使 Docker主机 和 容器 之间能互相通讯。常见用例是在容器内运行第三方工具，并使用命名管道连接到Docker Engine API。[40][42]

覆盖问题

当挂载 空的卷 至一个目录中，目录中的内容会被复制于卷中（不会覆盖）。如果挂载 非空的卷 或 绑定挂载 至一个目录中，那么该目录的内容将会被隐藏（obscured ），当卸载后内容将会恢复显示。[43]

日志

在UNIX和类Unix系统中，常见的 I/O流（英語：I/O streams） 分为三种：STDIN（输入 ）、 STDOUT（正常输出）、STDERR（错误输出）。[44]

默认配置下，Docker的日志（如：docker logs、docker service log）所记载的是命令行的输出结果（STDOUT和STDERR）。而STDOUT 和 STDERR 对应的文件路径分别是 /dev/stderr和/dev/stdout。[44] 另外，也可以在宿主主机上查看容器的日志，使用以下命令可以查看到容器的日志位置。[45]

$ docker inspect --format='{{.LogPath}}' $INSTANCE_ID

Kubernetes in docker

kind（全称：Kubernetes IN Docker）是部署本地Kubernetes集群的工具，而集群的节点是由Docker生成的。[46]

操作细节

在安装完kind之后，通过kind create cluster命令生成集群。[46] 生成Kubernetes集群后，可以通过Docker命令进行查看节点概览：

$ docker container ls

CONTAINER ID        IMAGE                  COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                       NAMES

99c96c1f21ab        kindest/node:v1.17.0   "/usr/local/bin/entr…"   4 minutes ago       Up 4 minutes        127.0.0.1:32769->6443/tcp   kind-control-plane

历史

Docker命令在过去的发展中诞生了40种以上的命令，过多的命令导致混乱以及难以使用tab自动补充，因此在docker 1.13版本（2017.1.19）中，命令行被重构，根据逻辑对象进行划分。官方建议用户使用新的语法进行操作。[47]

已过时

Docker Swarm

参考Swarm Mode章节。

Docker Machine

Docker Machine 是一个工具，它允许你在虚拟宿主机上安装 Docker引擎，并使用 docker-machine 命令管理这些宿主机。你可以使用 Machine 在你本地的 Mac 或 Windows box、公司网络、数据中心、或像 AWS 或 Digital Ocean 这样的云提供商上创建 Docker 宿主机。[48][49]

Docker Machine 最后更新时间是在0.16.0 (2018-11-08)版本[50]。官方建议在1.12以及之后版本使用Docker Desktop for Mac和Docker Desktop for Windows进行代替。[48]

Docker Toolbox

Docker Toolbox是用于帮 Windows系统和Mac系统 安装Docker环境。新版本建议使用Docker Desktop for Mac和Docker Desktop for Windows进行安装。[51]最后更新版本是 19.03.1(2019-08-01)。[52]

安全性爭議

2021年，安全公司Palo Alto Networks研究人員Aviv Sasson，在Docker Hub上發現的惡意容器映像存檔，分別來自10個不同帳號，總下載次數超過2000萬次，其中內含的挖礦軟體。[53]

参考文献

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外部連結

参见

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