Docker入门到实践（一）：Docker简介和安装

一、Docker是什么？

1.1 定义与核心概念

Docker是一个开源的容器化平台，通过将应用程序及其依赖（如代码、运行时、系统工具、库等）打包成独立的容器（Container），实现跨环境的快速部署和运行。其核心设计理念是”一次构建，到处运行”（Build Once, Run Anywhere），解决了传统开发中因环境差异导致的”在我机器上能运行”问题。

关键术语：

镜像（Image）：容器的模板，包含运行应用所需的所有文件和配置（类似类定义）。
容器（Container）：镜像的实例，是独立运行的进程（类似对象实例）。
Dockerfile：定义镜像构建步骤的文本文件，包含基础镜像、依赖安装、环境变量等指令。
Docker Hub：官方镜像仓库，提供海量预构建镜像（如Nginx、MySQL）。

1.2 为什么需要Docker？

传统部署的痛点

环境不一致：开发、测试、生产环境的系统版本、库依赖差异导致应用崩溃。
资源浪费：虚拟机（VM）需完整操作系统，占用大量资源（CPU、内存）。
部署效率低：手动配置环境耗时且易出错，难以快速扩展。

Docker的优势

轻量级：容器共享主机内核，无需独立OS，资源占用仅为VM的1/10。
隔离性：每个容器拥有独立文件系统、网络和进程空间，避免冲突。
可移植性：同一镜像可在开发、测试、生产环境无缝运行。
快速启动：容器启动时间以秒计，远快于虚拟机分钟级的启动。

1.3 典型应用场景

微服务架构：将大型应用拆分为多个独立容器，便于扩展和维护。
持续集成/持续部署（CI/CD）：通过镜像自动化构建和测试环境。
多版本共存：同一主机运行不同版本的软件（如MySQL 5.7和8.0）。
云原生开发：与Kubernetes等编排工具结合，实现弹性伸缩。

二、Docker的工作原理

2.1 架构组成

Docker采用客户端-服务器（C/S）架构：

Docker Daemon：后台服务，负责容器创建、运行和管理。
Docker Client：命令行工具（docker命令），用户通过其与Daemon交互。
Docker Registry：镜像仓库（如Docker Hub），存储和分发镜像。

2.2 核心技术

命名空间（Namespaces）：隔离进程、网络、文件系统等资源。
控制组（Cgroups）：限制容器资源使用（CPU、内存）。
联合文件系统（UnionFS）：分层存储镜像，实现高效构建和更新。

示例：构建一个简单的Node.js应用镜像

# 使用官方Node.js镜像作为基础
FROM node:14
# 创建工作目录
WORKDIR /usr/src/app
# 复制依赖文件并安装
COPY package*.json ./
RUN npm install
# 复制应用代码
COPY . .
# 暴露端口
EXPOSE 3000
# 启动命令
CMD ["node", "server.js"]

通过docker build -t my-node-app .命令构建镜像，docker run -p 3000:3000 my-node-app运行容器。

三、Docker安装指南

3.1 安装前准备

系统要求：
- Linux：内核版本≥3.10（推荐Ubuntu 20.04/CentOS 7+）。
- Windows：Windows 10/11 Pro及以上版本（需启用WSL2或Hyper-V）。
- macOS：macOS 12（Monterey）及以上版本。
推荐配置：至少4GB内存、双核CPU。

3.2 分系统安装步骤

3.2.1 Linux（Ubuntu示例）

卸载旧版本：

sudo apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

安装依赖：

sudo apt-get update
sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl gnupg-agent software-properties-common

添加Docker官方GPG密钥：

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

添加稳定版仓库：

sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"

安装Docker Engine：

sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

验证安装：
```
sudo docker run hello-world
```
输出Hello from Docker!表示成功。

3.2.2 Windows

启用WSL2：
- 打开PowerShell（管理员）运行：
```
wsl --set-default-version 2
```
安装Docker Desktop：
- 从官网下载Windows版。
- 双击安装包，按向导完成安装。
配置资源限制：
- 启动Docker Desktop，进入Settings > Resources，分配至少4GB内存和2核CPU。

3.2.3 macOS

安装Docker Desktop：
- 从官网下载macOS版。
- 拖拽安装包到Applications文件夹。
配置Kubernetes（可选）：
- 进入Preferences > Kubernetes，勾选Enable Kubernetes。

3.3 安装后验证

查看版本：
```
docker version
```
应显示Client和Server版本信息。
运行测试容器：
```
docker run --rm alpine echo "Hello Docker"
```
输出Hello Docker表示容器运行正常。

3.4 常见问题解决

权限问题（Linux）：
- 将用户加入docker组：
```
sudo usermod -aG docker $USER
```
- 重启终端或执行newgrp docker。
端口冲突：
- 运行容器时指定不同端口：
```
docker run -p 8080:80 nginx
```
镜像拉取慢：
- 配置国内镜像源（如阿里云）：
```
{
  "registry-mirrors": ["https://<your-id>.mirror.aliyuncs.com"]
}
```
- 修改后重启Docker服务。

四、总结与下一步建议

4.1 核心收获

理解Docker的容器化理念及其与传统虚拟化的区别。
掌握Docker的核心组件（镜像、容器、Dockerfile）。
完成跨平台（Linux/Windows/macOS）的Docker安装与验证。

4.2 实践建议

从简单应用开始：尝试将现有项目容器化，编写Dockerfile。
学习常用命令：
- docker ps：查看运行中的容器。
- docker images：列出本地镜像。
- docker-compose：管理多容器应用（后续章节详解）。
探索生态工具：
- Portainer：可视化Docker管理界面。
- Watchtower：自动更新容器镜像。

4.3 后续学习路径

第二篇：Docker基础命令与镜像管理。
第三篇：Docker Compose多容器编排。
第四篇：Docker与Kubernetes的集成实践。

Docker入门到实践：从零开始掌握容器化技术