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Published on: 2025年1月17日星期五

Docker 容器化技术完全指南：从入门到生产实践

引言

在现代软件开发中，应用的部署和环境管理一直是一个复杂而繁琐的挑战。传统的部署方式需要手动配置服务器环境、安装依赖、处理版本冲突，这个过程不仅耗时，还容易出错。更糟糕的是，"在我的机器上能运行"的问题屡见不鲜，开发环境、测试环境和生产环境之间的差异导致部署失败、bug难以复现等问题。

Docker 容器化技术的出现，彻底改变了应用部署和管理的模式。Docker 通过容器化技术，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，实现了"一次构建，到处运行"的理想。无论是开发、测试还是生产环境，容器都能保证应用运行的一致性，消除了环境差异带来的问题。

Docker 的核心价值不仅在于简化部署流程，更在于它带来的开发效率提升、资源利用率优化和运维成本降低。通过容器化，开发者可以快速搭建开发环境，运维人员可以轻松扩展应用规模，企业可以更高效地利用计算资源。从单体应用到微服务架构，从本地开发到云原生部署，Docker 已经成为现代软件开发和运维不可或缺的工具。

容器化技术的优势是多方面的。首先，它提供了环境一致性，确保应用在不同环境中表现一致；其次，它实现了资源隔离，多个容器可以在同一台机器上运行而互不干扰；再次，它简化了依赖管理，应用的所有依赖都打包在容器中；最后，它提高了可移植性，容器可以在任何支持 Docker 的平台上运行。

本文将带您全面深入地了解 Docker 容器化技术的方方面面，从基础概念到核心操作，从 Dockerfile 编写到 Docker Compose 编排，从网络存储配置到生产环境部署，从最佳实践到故障排查。无论您是刚开始接触 Docker 的新手，还是希望深入理解容器化技术的资深开发者，都能从本文中获得有价值的知识和实践指导。我们将重点关注实用操作，提供大量可直接使用的命令示例、配置文件和工作流脚本，帮助您在实际工作中快速应用 Docker 的强大功能。

第一部分：Docker 基础概念

容器化技术概述

容器化技术是一种操作系统级别的虚拟化技术，它允许在单一操作系统内核上运行多个隔离的用户空间实例。与传统的虚拟机技术不同，容器不需要为每个应用分配完整的操作系统，而是共享宿主机的操作系统内核，这使得容器更加轻量级、启动更快、资源占用更少。

容器化 vs 虚拟化

传统的虚拟化技术（如 VMware、VirtualBox）通过 Hypervisor 在物理硬件上创建完整的虚拟机，每个虚拟机都包含完整的操作系统。这种方式虽然提供了完全的隔离，但也带来了显著的资源开销：

资源占用：每个虚拟机需要分配独立的 CPU、内存、磁盘空间
启动时间：虚拟机启动需要加载完整的操作系统，通常需要几分钟
性能开销：虚拟化层会带来一定的性能损失

容器化技术则采用了不同的方法：

共享内核：所有容器共享宿主机的操作系统内核
轻量级：容器只包含应用及其依赖，体积通常只有几MB到几百MB
快速启动：容器可以在几秒内启动
高效利用：可以在同一台机器上运行更多的应用实例

容器化的优势

容器化技术带来了多方面的优势：

环境一致性：开发、测试、生产环境完全一致，消除了"在我机器上能运行"的问题
快速部署：容器可以在几秒内启动，大大缩短了部署时间
资源高效：相比虚拟机，容器占用更少的资源，可以在同一台机器上运行更多应用
易于扩展：可以快速创建和销毁容器，实现水平扩展
版本控制：容器镜像可以版本化，方便回滚和版本管理
隔离性：容器之间相互隔离，一个容器的问题不会影响其他容器

镜像（Image）概念

镜像（Image）是 Docker 的核心概念之一，它是一个只读的模板，用于创建容器。镜像包含了运行应用所需的所有内容：代码、运行时环境、库、环境变量和配置文件。

镜像的分层结构

Docker 镜像采用分层存储机制，每个镜像由多个只读层（Layer）叠加而成。这种设计的优势包括：

资源共享：多个镜像可以共享相同的基础层，节省存储空间
增量更新：只需要更新变化的层，而不是整个镜像
快速构建：可以利用缓存加速镜像构建过程

例如，一个 Node.js 应用的镜像可能包含以下层：

应用代码层（可变化）
Node.js 运行时层（可复用）
操作系统基础层（可复用）

镜像的标识

Docker 镜像通过名称和标签（Tag）来标识：

镜像名称：通常格式为 [仓库地址/]用户名/镜像名
标签：用于区分同一镜像的不同版本，默认为 latest

示例：

nginx:latest：Nginx 的最新版本
node:16-alpine：Node.js 16 版本，基于 Alpine Linux
ubuntu:20.04：Ubuntu 20.04 版本

镜像仓库

镜像仓库（Repository）是存储和分发镜像的地方。Docker Hub 是最常用的公共镜像仓库，提供了大量官方和社区维护的镜像。除了 Docker Hub，还有：

私有仓库：企业可以搭建私有镜像仓库，如 Harbor、GitLab Container Registry
云服务商仓库：AWS ECR、Google Container Registry、Azure Container Registry

容器（Container）概念

容器（Container）是镜像的运行实例。当您运行一个镜像时，Docker 会创建一个容器，这个容器包含了镜像的所有内容以及一个可写的层（Container Layer）。

容器的生命周期

容器的生命周期包括以下几个阶段：

创建（Created）：容器已创建但未启动
运行（Running）：容器正在运行
暂停（Paused）：容器进程被暂停
停止（Stopped）：容器进程已停止
删除（Deleted）：容器已被删除

容器的特点

隔离性：每个容器都有独立的文件系统、网络和进程空间
可移植性：容器可以在任何支持 Docker 的平台上运行
轻量级：容器只包含应用及其依赖，不包含操作系统
可写层：容器在镜像的只读层之上添加一个可写层，所有修改都在这个层中

容器 vs 虚拟机

特性	容器	虚拟机
启动时间	秒级	分钟级
资源占用	低	高
隔离程度	进程级	系统级
性能开销	低	较高
可移植性	高	中等

Docker 架构设计

Docker 采用客户端-服务器（C/S）架构，主要组件包括：

Docker 守护进程（Docker Daemon）

Docker 守护进程（dockerd）是 Docker 的核心组件，负责：

管理镜像和容器
处理 Docker API 请求
管理网络和存储
执行容器生命周期操作

守护进程在后台运行，监听来自客户端的请求。

Docker 客户端（Docker Client）

Docker 客户端（docker）是用户与 Docker 交互的命令行工具。客户端通过 Docker API 与守护进程通信，执行各种操作。

Docker 镜像仓库（Registry）

镜像仓库用于存储和分发 Docker 镜像。Docker Hub 是默认的公共仓库，也可以使用私有仓库。

Docker 对象

Docker 管理的主要对象包括：

镜像（Images）：只读模板
容器（Containers）：镜像的运行实例
网络（Networks）：容器之间的网络连接
数据卷（Volumes）：持久化数据存储
插件（Plugins）：扩展 Docker 功能

Docker 的底层技术

Docker 基于 Linux 内核的以下技术实现：

Namespaces：提供进程隔离，包括 PID、Network、Mount、UTS、IPC、User namespaces
Control Groups (cgroups)：限制和监控资源使用（CPU、内存、I/O）
Union File Systems：实现镜像的分层存储，如 OverlayFS、AUFS
容器运行时：如 containerd、runc，负责容器的实际运行

容器化技术的应用场景

Docker 容器化技术广泛应用于各种场景：

应用部署

Web 应用：快速部署和扩展 Web 服务
微服务架构：将单体应用拆分为多个独立的微服务
API 服务：部署和扩展 RESTful API 服务

开发环境

环境一致性：确保团队成员使用相同的开发环境
快速搭建：新成员可以快速搭建开发环境
依赖隔离：不同项目可以使用不同版本的依赖

CI/CD 流水线

构建环境：在容器中构建应用，保证构建环境一致性
测试环境：快速创建测试环境，运行自动化测试
部署流程：通过容器实现应用的自动化部署

云原生应用

Kubernetes：容器编排平台的基础
Serverless：某些 Serverless 平台基于容器技术
边缘计算：在边缘设备上部署容器化应用

第二部分：安装与基本操作

Docker 安装

Docker 支持多种操作系统平台，安装方法因平台而异。

在 Linux 上安装

大多数 Linux 发行版都可以通过包管理器安装 Docker：

Ubuntu/Debian：

# 更新包索引
sudo apt update

# 安装必要的依赖
sudo apt install apt-transport-https ca-certificates curl gnupg lsb-release

# 添加 Docker 官方 GPG 密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg

# 添加 Docker 仓库
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 安装 Docker Engine
sudo apt update
sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin

# 启动 Docker 服务
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

# 将当前用户添加到 docker 组（可选，避免每次使用 sudo）
sudo usermod -aG docker $USER

CentOS/RHEL/Fedora：

# 安装必要的工具
sudo yum install -y yum-utils

# 添加 Docker 仓库
sudo yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

# 安装 Docker Engine
sudo yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin

# 启动 Docker 服务
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

Arch Linux：

sudo pacman -S docker
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

在 macOS 上安装

macOS 上推荐使用 Docker Desktop：

下载 Docker Desktop for Mac：https://www.docker.com/products/docker-desktop
双击安装包，将 Docker 拖拽到 Applications 文件夹
启动 Docker Desktop
等待 Docker 启动完成

或者使用 Homebrew：

brew install --cask docker

在 Windows 上安装

Windows 上推荐使用 Docker Desktop：

下载 Docker Desktop for Windows：https://www.docker.com/products/docker-desktop
运行安装程序
按照向导完成安装
重启计算机
启动 Docker Desktop

使用官方安装脚本（Linux）

Docker 提供了便捷的安装脚本：

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

验证安装

安装完成后，验证 Docker 是否正常工作：

# 查看 Docker 版本
docker --version

# 查看 Docker 详细信息
docker info

# 运行测试容器
docker run hello-world

如果 hello-world 容器能够正常运行，说明 Docker 安装成功。

基本命令操作

镜像操作

# 搜索镜像
docker search nginx

# 拉取镜像
docker pull nginx:latest

# 查看本地镜像列表
docker images

# 查看镜像详细信息
docker inspect nginx

# 删除镜像
docker rmi nginx

# 删除所有未使用的镜像
docker image prune -a

容器操作

# 运行容器（前台运行）
docker run nginx

# 运行容器（后台运行）
docker run -d nginx

# 运行容器并指定名称
docker run -d --name my-nginx nginx

# 运行容器并映射端口
docker run -d -p 8080:80 --name my-nginx nginx

# 运行容器并挂载数据卷
docker run -d -v /host/path:/container/path nginx

# 运行容器并设置环境变量
docker run -d -e ENV_VAR=value nginx

# 查看运行中的容器
docker ps

# 查看所有容器（包括已停止的）
docker ps -a

# 查看容器日志
docker logs my-nginx

# 实时查看容器日志
docker logs -f my-nginx

# 进入运行中的容器
docker exec -it my-nginx /bin/bash

# 停止容器
docker stop my-nginx

# 启动已停止的容器
docker start my-nginx

# 重启容器
docker restart my-nginx

# 删除容器
docker rm my-nginx

# 强制删除运行中的容器
docker rm -f my-nginx

# 删除所有已停止的容器
docker container prune

常用命令组合

# 运行容器并在退出后自动删除
docker run --rm nginx

# 运行交互式容器
docker run -it ubuntu /bin/bash

# 在容器中执行命令
docker exec my-nginx ls /usr/share/nginx/html

# 复制文件到容器
docker cp file.txt my-nginx:/path/in/container

# 从容器复制文件
docker cp my-nginx:/path/in/container/file.txt ./

容器生命周期管理

理解容器的生命周期对于有效使用 Docker 至关重要。

创建容器

# 创建但不启动容器
docker create --name my-container nginx

# 创建并启动容器
docker run -d --name my-container nginx

启动和停止

# 启动容器
docker start my-container

# 停止容器（发送 SIGTERM，等待进程优雅退出）
docker stop my-container

# 强制停止容器（发送 SIGKILL）
docker kill my-container

# 暂停容器（暂停进程但不释放资源）
docker pause my-container

# 恢复暂停的容器
docker unpause my-container

重启容器

# 重启容器
docker restart my-container

删除容器

# 删除已停止的容器
docker rm my-container

# 强制删除运行中的容器
docker rm -f my-container

# 删除所有已停止的容器
docker container prune

交互式容器使用

交互式容器允许您与容器进行交互，这对于调试和开发非常有用。

运行交互式容器

# 运行交互式 Ubuntu 容器
docker run -it ubuntu /bin/bash

# 运行交互式容器并指定工作目录
docker run -it -w /app ubuntu /bin/bash

# 运行交互式容器并挂载当前目录
docker run -it -v $(pwd):/app ubuntu /bin/bash

在运行中的容器中执行命令

# 在容器中执行命令
docker exec my-container ls -la

# 进入容器的交互式 shell
docker exec -it my-container /bin/bash

# 以 root 用户执行命令
docker exec -u root -it my-container /bin/bash

实用技巧

# 查看容器资源使用情况
docker stats my-container

# 查看容器的进程
docker top my-container

# 查看容器的详细信息
docker inspect my-container

# 查看容器的端口映射
docker port my-container

第三部分：Dockerfile 编写与实践

Dockerfile 基础

Dockerfile 是一个文本文件，包含了一系列指令，用于自动化构建 Docker 镜像。通过 Dockerfile，您可以定义镜像的构建过程，包括基础镜像、依赖安装、文件复制、环境配置等。

Dockerfile 的基本结构

一个典型的 Dockerfile 包含以下部分：

# 指定基础镜像
FROM node:16-alpine

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 复制依赖文件
COPY package*.json ./

# 安装依赖
RUN npm install

# 复制应用代码
COPY . .

# 暴露端口
EXPOSE 3000

# 定义启动命令
CMD ["node", "server.js"]

Dockerfile 指令详解

FROM

FROM 指令指定基础镜像，这是 Dockerfile 的第一条指令（注释除外）。

# 使用官方 Node.js 镜像
FROM node:16

# 使用 Alpine Linux 版本（更小）
FROM node:16-alpine

# 使用特定标签
FROM ubuntu:20.04

# 使用多阶段构建的基础镜像
FROM node:16 AS builder

RUN

RUN 指令在镜像构建过程中执行命令，每一条 RUN 指令都会创建一个新的镜像层。

# 执行单个命令
RUN apt-get update

# 执行多个命令（推荐，减少层数）
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y curl && \
    apt-get clean && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 使用 shell 形式
RUN echo "Hello, Docker!"

# 使用 exec 形式（推荐）
RUN ["/bin/bash", "-c", "echo Hello, Docker!"]

COPY 和 ADD

COPY 和 ADD 都用于复制文件到镜像中，但 ADD 支持 URL 和自动解压。

# 复制文件
COPY package.json /app/

# 复制多个文件
COPY package.json package-lock.json /app/

# 复制整个目录
COPY . /app/

# 使用通配符
COPY *.txt /app/

# ADD 支持 URL（不推荐，使用 RUN wget/curl 更好）
ADD https://example.com/file.tar.gz /tmp/

# ADD 自动解压（COPY 不会）
ADD archive.tar.gz /app/

WORKDIR

WORKDIR 指令设置工作目录，后续的指令都会在这个目录下执行。

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 后续命令都在 /app 目录下执行
RUN npm install
COPY . .

ENV

ENV 指令设置环境变量，可以在构建过程和容器运行时使用。

# 设置单个环境变量
ENV NODE_ENV=production

# 设置多个环境变量
ENV NODE_ENV=production \
    PORT=3000

# 在后续指令中使用
ENV PATH=/app/node_modules/.bin:$PATH

ARG

ARG 指令定义构建时的变量，只在构建过程中有效。

# 定义构建参数
ARG NODE_VERSION=16

# 使用构建参数
FROM node:${NODE_VERSION}

# 构建时传递参数
# docker build --build-arg NODE_VERSION=18 .

EXPOSE

EXPOSE 指令声明容器运行时监听的端口，这只是文档说明，不会实际打开端口。

# 暴露单个端口
EXPOSE 3000

# 暴露多个端口
EXPOSE 3000 8080

# 指定协议
EXPOSE 3000/tcp
EXPOSE 53/udp

CMD

CMD 指令定义容器启动时执行的默认命令，只能有一条 CMD 指令。

# Shell 形式
CMD npm start

# Exec 形式（推荐）
CMD ["node", "server.js"]

# 带参数
CMD ["node", "server.js", "--port", "3000"]

ENTRYPOINT

ENTRYPOINT 指令定义容器启动时的入口点，与 CMD 类似但更固定。

# Exec 形式（推荐）
ENTRYPOINT ["node"]

# 与 CMD 结合使用
ENTRYPOINT ["node"]
CMD ["server.js"]

# 这样运行容器时可以传递参数
# docker run my-image app.js

USER

USER 指令指定运行容器的用户，默认是 root。

# 切换到非 root 用户
USER node

# 使用 UID
USER 1000

VOLUME

VOLUME 指令创建数据卷挂载点。

# 创建数据卷
VOLUME ["/data"]

# 多个数据卷
VOLUME ["/data", "/logs"]

HEALTHCHECK

HEALTHCHECK 指令定义健康检查。

# 健康检查
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=5s --retries=3 \
  CMD curl -f http://localhost:3000/health || exit 1

构建镜像

使用 docker build 命令构建镜像：

# 基本构建
docker build -t my-app:latest .

# 指定 Dockerfile 路径
docker build -f Dockerfile.prod -t my-app:prod .

# 传递构建参数
docker build --build-arg NODE_ENV=production -t my-app:prod .

# 不使用缓存构建
docker build --no-cache -t my-app:latest .

# 查看构建过程
docker build --progress=plain -t my-app:latest .

多阶段构建

多阶段构建允许在 Dockerfile 中使用多个 FROM 指令，每个阶段可以使用不同的基础镜像，最终只保留最后一个阶段的内容。这样可以显著减小最终镜像的大小。

单阶段构建示例

FROM node:16
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build
# 最终镜像包含构建工具和源代码，体积较大

多阶段构建示例

# 构建阶段
FROM node:16 AS builder
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 运行阶段
FROM node:16-alpine
WORKDIR /app
# 只复制构建产物
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package*.json ./
RUN npm install --production
EXPOSE 3000
CMD ["node", "dist/server.js"]

多阶段构建的优势

减小镜像体积：最终镜像不包含构建工具和源代码
提高安全性：减少攻击面，不包含不必要的工具
优化构建过程：可以在不同阶段使用不同的基础镜像

实际应用示例

# 编译阶段
FROM golang:1.19 AS builder
WORKDIR /app
COPY go.mod go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -o app

# 运行阶段
FROM alpine:latest
RUN apk --no-cache add ca-certificates
WORKDIR /root/
COPY --from=builder /app/app .
CMD ["./app"]

构建优化技巧

1. 利用构建缓存

Docker 会缓存每一层的构建结果，如果某一层没有变化，就会使用缓存。合理组织 Dockerfile 可以充分利用缓存：

# 不好的做法：依赖变化会导致所有层重建
COPY . .
RUN npm install
RUN npm run build

# 好的做法：依赖文件单独处理，利用缓存
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

2. 合并 RUN 指令

减少镜像层数可以减小镜像体积：

# 不好的做法：多个层
RUN apt-get update
RUN apt-get install -y curl
RUN apt-get clean

# 好的做法：合并为单层
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y curl && \
    apt-get clean && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

3. 使用 .dockerignore

创建 .dockerignore 文件排除不需要的文件：

node_modules
npm-debug.log
.git
.gitignore
README.md
.env
.nyc_output
coverage

4. 选择合适的基础镜像

使用官方镜像
优先选择 Alpine 版本（体积小）
使用特定版本标签，避免使用 latest

# 推荐
FROM node:16-alpine

# 不推荐
FROM node:latest

5. 清理不必要的文件

在构建过程中清理临时文件：

RUN apt-get update && \
    apt-get install -y build-essential && \
    # 构建应用
    make build && \
    # 清理构建工具
    apt-get remove -y build-essential && \
    apt-get autoremove -y && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

实际案例

Node.js 应用 Dockerfile

FROM node:16-alpine AS builder

WORKDIR /app

# 复制依赖文件
COPY package*.json ./

# 安装依赖
RUN npm ci --only=production

# 复制源代码
COPY . .

# 构建应用
RUN npm run build

# 运行阶段
FROM node:16-alpine

WORKDIR /app

# 复制依赖和构建产物
COPY --from=builder /app/node_modules ./node_modules
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package*.json ./

# 创建非 root 用户
RUN addgroup -g 1001 -S nodejs && \
    adduser -S nodejs -u 1001

USER nodejs

EXPOSE 3000

HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=5s --retries=3 \
  CMD node healthcheck.js

CMD ["node", "dist/server.js"]

Python 应用 Dockerfile

FROM python:3.9-slim AS builder

WORKDIR /app

# 安装构建依赖
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y --no-install-recommends gcc && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 复制依赖文件
COPY requirements.txt .

# 安装 Python 依赖
RUN pip install --user --no-cache-dir -r requirements.txt

# 运行阶段
FROM python:3.9-slim

WORKDIR /app

# 复制 Python 依赖
COPY --from=builder /root/.local /root/.local

# 复制应用代码
COPY . .

# 确保脚本可执行
RUN chmod +x app.py

ENV PATH=/root/.local/bin:$PATH

EXPOSE 8000

CMD ["python", "app.py"]

Go 应用 Dockerfile

# 构建阶段
FROM golang:1.19-alpine AS builder

WORKDIR /app

# 安装依赖
COPY go.mod go.sum ./
RUN go mod download

# 复制源代码
COPY . .

# 构建应用
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -a -installsuffix cgo -o app .

# 运行阶段
FROM alpine:latest

RUN apk --no-cache add ca-certificates

WORKDIR /root/

# 复制二进制文件
COPY --from=builder /app/app .

EXPOSE 8080

CMD ["./app"]

第四部分：Docker Compose 多容器编排

Docker Compose 简介

Docker Compose 是 Docker 官方提供的用于定义和运行多容器 Docker 应用的工具。通过一个 YAML 配置文件，您可以定义应用的各个服务、网络、数据卷等，然后使用一条命令启动整个应用栈。

Docker Compose 的优势

简化配置：通过一个文件定义整个应用栈
快速启动：一条命令启动所有服务
环境隔离：每个项目有独立的网络和资源
服务依赖管理：自动处理服务启动顺序
扩展性：可以轻松扩展服务实例数量

适用场景

开发环境搭建
本地测试环境
微服务应用
多服务应用栈

docker-compose.yml 语法

基本结构

version: '3.8'

services:
  web:
    build: .
    ports:
      - '3000:3000'

  db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_PASSWORD: password

volumes:
  db-data:

networks:
  default:
    driver: bridge

版本说明

Docker Compose 文件格式有多个版本，推荐使用 3.8 或更高版本，它支持最新的 Docker 功能。

服务定义与配置

基本服务定义

services:
  web:
    image: nginx:latest
    container_name: my-nginx
    ports:
      - '8080:80'
    volumes:
      - ./html:/usr/share/nginx/html
    environment:
      - NGINX_HOST=localhost
    restart: unless-stopped

构建服务

services:
  web:
    build:
      context: .
      dockerfile: Dockerfile
      args:
        NODE_ENV: production
    ports:
      - '3000:3000'

使用 Dockerfile

services:
  app:
    build:
      context: ./app
      dockerfile: Dockerfile.prod
    ports:
      - '3000:3000'

环境变量

services:
  web:
    image: node:16
    environment:
      - NODE_ENV=production
      - DATABASE_URL=postgres://user:pass@db:5432/mydb
    env_file:
      - .env
      - .env.production

依赖关系

services:
  web:
    build: .
    depends_on:
      - db
      - redis

  db:
    image: postgres:13

  redis:
    image: redis:6-alpine

健康检查

services:
  web:
    image: nginx
    healthcheck:
      test: ['CMD', 'curl', '-f', 'http://localhost']
      interval: 30s
      timeout: 10s
      retries: 3
      start_period: 40s

资源限制

services:
  web:
    image: nginx
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: '0.5'
          memory: 512M
        reservations:
          cpus: '0.25'
          memory: 256M

网络配置

默认网络

Docker Compose 会为每个项目创建一个默认网络，服务可以通过服务名相互访问。

services:
  web:
    image: nginx

  api:
    image: node:16
    # 可以通过 http://web 访问 web 服务

自定义网络

services:
  web:
    image: nginx
    networks:
      - frontend

  api:
    image: node:16
    networks:
      - frontend
      - backend

  db:
    image: postgres:13
    networks:
      - backend

networks:
  frontend:
    driver: bridge
  backend:
    driver: bridge

网络别名

services:
  web:
    image: nginx
    networks:
      frontend:
        aliases:
          - www
          - website

数据卷管理

命名数据卷

services:
  db:
    image: postgres:13
    volumes:
      - db-data:/var/lib/postgresql/data

volumes:
  db-data:

绑定挂载

services:
  web:
    image: nginx
    volumes:
      - ./html:/usr/share/nginx/html
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:ro

匿名卷

services:
  db:
    image: postgres:13
    volumes:
      - /var/lib/postgresql/data

实际项目示例

完整的 Web 应用栈

version: '3.8'

services:
  # 前端服务
  frontend:
    build:
      context: ./frontend
      dockerfile: Dockerfile
    ports:
      - '3000:3000'
    environment:
      - REACT_APP_API_URL=http://backend:8000
    depends_on:
      - backend
    networks:
      - app-network

  # 后端服务
  backend:
    build:
      context: ./backend
      dockerfile: Dockerfile
    ports:
      - '8000:8000'
    environment:
      - DATABASE_URL=postgresql://user:password@db:5432/mydb
      - REDIS_URL=redis://redis:6379
    depends_on:
      - db
      - redis
    volumes:
      - ./backend:/app
    networks:
      - app-network

  # 数据库服务
  db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: password
      POSTGRES_DB: mydb
    volumes:
      - db-data:/var/lib/postgresql/data
    networks:
      - app-network

  # Redis 服务
  redis:
    image: redis:6-alpine
    ports:
      - '6379:6379'
    volumes:
      - redis-data:/data
    networks:
      - app-network

volumes:
  db-data:
  redis-data:

networks:
  app-network:
    driver: bridge

微服务应用

version: '3.8'

services:
  # API 网关
  gateway:
    image: nginx:alpine
    ports:
      - '80:80'
    volumes:
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf
    depends_on:
      - user-service
      - order-service
    networks:
      - microservices

  # 用户服务
  user-service:
    build: ./services/user
    environment:
      - DATABASE_URL=postgresql://user:pass@user-db:5432/users
    depends_on:
      - user-db
    networks:
      - microservices

  # 订单服务
  order-service:
    build: ./services/order
    environment:
      - DATABASE_URL=postgresql://user:pass@order-db:5432/orders
    depends_on:
      - order-db
    networks:
      - microservices

  # 用户数据库
  user-db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_DB: users
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: pass
    volumes:
      - user-db-data:/var/lib/postgresql/data
    networks:
      - microservices

  # 订单数据库
  order-db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_DB: orders
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: pass
    volumes:
      - order-db-data:/var/lib/postgresql/data
    networks:
      - microservices

volumes:
  user-db-data:
  order-db-data:

networks:
  microservices:
    driver: bridge

Docker Compose 命令

基本命令

# 启动所有服务
docker-compose up

# 后台启动所有服务
docker-compose up -d

# 构建并启动
docker-compose up --build

# 启动特定服务
docker-compose up web db

# 停止所有服务
docker-compose stop

# 停止并删除容器
docker-compose down

# 停止并删除容器、网络、数据卷
docker-compose down -v

# 查看运行状态
docker-compose ps

# 查看日志
docker-compose logs

# 查看特定服务的日志
docker-compose logs web

# 实时查看日志
docker-compose logs -f

# 执行命令
docker-compose exec web ls -la

# 进入容器
docker-compose exec web /bin/bash

# 扩展服务实例
docker-compose up -d --scale web=3

第五部分：网络、存储与数据管理

Docker 网络模式

Docker 提供了多种网络模式，每种模式适用于不同的场景。

Bridge 模式（默认）

Bridge 模式是 Docker 的默认网络模式，创建一个内部网络，容器通过虚拟网桥连接到这个网络。

# 创建自定义 bridge 网络
docker network create my-network

# 运行容器并连接到网络
docker run -d --name web --network my-network nginx

# 查看网络信息
docker network inspect my-network

Host 模式

Host 模式直接使用宿主机的网络，容器不会获得独立的网络命名空间。

# 使用 host 网络模式
docker run -d --name web --network host nginx

None 模式

None 模式禁用网络，容器只有回环接口。

# 使用 none 网络模式
docker run -d --name web --network none nginx

Overlay 模式

Overlay 模式用于 Docker Swarm 集群，允许不同主机上的容器通信。

# 创建 overlay 网络（需要 Swarm 模式）
docker network create --driver overlay my-overlay

Macvlan 模式

Macvlan 模式允许容器直接使用物理网络接口，每个容器有独立的 MAC 地址。

# 创建 macvlan 网络
docker network create -d macvlan \
  --subnet=192.168.1.0/24 \
  --gateway=192.168.1.1 \
  -o parent=eth0 \
  my-macvlan

自定义网络创建与管理

创建网络

# 创建 bridge 网络
docker network create my-bridge

# 创建网络并指定子网
docker network create --subnet=172.20.0.0/16 my-network

# 创建网络并指定网关
docker network create --subnet=172.20.0.0/16 --gateway=172.20.0.1 my-network

# 创建网络并启用 IPv6
docker network create --ipv6 --subnet=2001:db8::/64 my-network

连接容器到网络

# 运行容器时连接到网络
docker run -d --name web --network my-network nginx

# 将运行中的容器连接到网络
docker network connect my-network web

# 断开容器与网络的连接
docker network disconnect my-network web

网络管理

# 列出所有网络
docker network ls

# 查看网络详细信息
docker network inspect my-network

# 删除网络
docker network rm my-network

# 删除所有未使用的网络
docker network prune

数据卷（Volume）概念与使用

数据卷是 Docker 管理的数据持久化机制，独立于容器的生命周期。

创建数据卷

# 创建命名数据卷
docker volume create my-volume

# 查看所有数据卷
docker volume ls

# 查看数据卷详细信息
docker volume inspect my-volume

# 删除数据卷
docker volume rm my-volume

# 删除所有未使用的数据卷
docker volume prune

使用数据卷

# 运行容器并使用数据卷
docker run -d --name web -v my-volume:/data nginx

# 使用绑定挂载
docker run -d --name web -v /host/path:/container/path nginx

# 只读挂载
docker run -d --name web -v /host/path:/container/path:ro nginx

绑定挂载（Bind Mount）

绑定挂载直接将宿主机的目录或文件挂载到容器中。

# 挂载目录
docker run -d --name web -v /host/html:/usr/share/nginx/html nginx

# 挂载文件
docker run -d --name web -v /host/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf nginx

# 只读挂载
docker run -d --name web -v /host/html:/usr/share/nginx/html:ro nginx

数据持久化策略

策略选择

数据卷（Volume）：适合需要 Docker 管理的数据
绑定挂载（Bind Mount）：适合需要直接访问宿主机文件的情况
tmpfs 挂载：适合临时数据，存储在内存中

最佳实践

# docker-compose.yml
services:
  db:
    image: postgres:13
    volumes:
      # 使用命名数据卷（推荐）
      - db-data:/var/lib/postgresql/data
      # 使用绑定挂载配置文件
      - ./postgresql.conf:/etc/postgresql/postgresql.conf:ro
      # 使用 tmpfs 挂载临时数据
      - type: tmpfs
        target: /tmp

volumes:
  db-data:

备份与恢复

备份数据卷

# 备份数据卷
docker run --rm -v my-volume:/data -v $(pwd):/backup \
  ubuntu tar czf /backup/backup.tar.gz /data

# 使用容器备份
docker run --rm -v my-volume:/data -v $(pwd):/backup \
  postgres:13 pg_dump -U user mydb > /backup/backup.sql

恢复数据卷

# 恢复数据卷
docker run --rm -v my-volume:/data -v $(pwd):/backup \
  ubuntu tar xzf /backup/backup.tar.gz -C /data

# 使用容器恢复
docker run --rm -v my-volume:/data -v $(pwd):/backup \
  postgres:13 psql -U user mydb < /backup/backup.sql

自动化备份脚本

#!/bin/bash
# backup-volume.sh

VOLUME_NAME=$1
BACKUP_DIR="./backups"
DATE=$(date +%Y%m%d_%H%M%S)

if [ -z "$VOLUME_NAME" ]; then
    echo "Usage: $0 <volume-name>"
    exit 1
fi

mkdir -p $BACKUP_DIR

docker run --rm \
  -v $VOLUME_NAME:/data \
  -v $(pwd)/$BACKUP_DIR:/backup \
  ubuntu tar czf /backup/${VOLUME_NAME}_${DATE}.tar.gz -C /data .

echo "Backup completed: ${BACKUP_DIR}/${VOLUME_NAME}_${DATE}.tar.gz"

第六部分：镜像优化与最佳实践

镜像大小优化

选择合适的基础镜像

# 使用 Alpine Linux（推荐，体积小）
FROM node:16-alpine

# 而不是完整版本
# FROM node:16

多阶段构建

# 构建阶段
FROM node:16 AS builder
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 运行阶段（只保留必要文件）
FROM node:16-alpine
WORKDIR /app
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package*.json ./
RUN npm install --production
CMD ["node", "dist/server.js"]

清理不必要的文件

RUN apt-get update && \
    apt-get install -y build-essential && \
    # 构建应用
    make build && \
    # 清理
    apt-get remove -y build-essential && \
    apt-get autoremove -y && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/* && \
    rm -rf /tmp/*

使用 .dockerignore

创建 .dockerignore 文件：

node_modules
npm-debug.log
.git
.gitignore
README.md
.env
.nyc_output
coverage
*.log
.DS_Store

构建缓存利用

合理组织 Dockerfile

# 好的做法：依赖文件单独处理
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 不好的做法：所有文件一起复制
COPY . .
RUN npm install
RUN npm run build

利用构建参数

ARG BUILDKIT_INLINE_CACHE=1
FROM node:16-alpine AS builder
# ...

安全最佳实践

使用非 root 用户

FROM node:16-alpine

# 创建非 root 用户
RUN addgroup -g 1001 -S nodejs && \
    adduser -S nodejs -u 1001

# 切换到非 root 用户
USER nodejs

WORKDIR /app
COPY --chown=nodejs:nodejs . .
CMD ["node", "server.js"]

最小权限原则

# 只暴露必要的端口
EXPOSE 3000

# 只复制必要的文件
COPY dist/ ./dist/
COPY package*.json ./

# 不要复制敏感文件
# COPY .env ./

扫描镜像漏洞

# 使用 Docker Scout（Docker Desktop 内置）
docker scout quickview my-image

# 使用 Trivy
trivy image my-image

# 使用 Snyk
snyk test --docker my-image

定期更新基础镜像

# 使用特定版本标签
FROM node:16-alpine

# 定期检查并更新
# FROM node:18-alpine

多阶段构建应用

Go 应用示例

# 构建阶段
FROM golang:1.19-alpine AS builder
WORKDIR /app
COPY go.mod go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -o app .

# 运行阶段
FROM alpine:latest
RUN apk --no-cache add ca-certificates
WORKDIR /root/
COPY --from=builder /app/app .
CMD ["./app"]

Node.js 应用示例

# 依赖安装阶段
FROM node:16-alpine AS deps
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm ci

# 构建阶段
FROM node:16-alpine AS builder
WORKDIR /app
COPY --from=deps /app/node_modules ./node_modules
COPY . .
RUN npm run build

# 运行阶段
FROM node:16-alpine
WORKDIR /app
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package*.json ./
RUN npm ci --only=production
CMD ["node", "dist/server.js"]

健康检查配置

基本健康检查

HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=5s --retries=3 \
  CMD curl -f http://localhost:3000/health || exit 1

使用健康检查脚本

HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=10s --start-period=40s --retries=3 \
  CMD /healthcheck.sh || exit 1

在 Docker Compose 中配置

services:
  web:
    image: nginx
    healthcheck:
      test: ['CMD', 'curl', '-f', 'http://localhost']
      interval: 30s
      timeout: 10s
      retries: 3
      start_period: 40s

日志管理

配置日志驱动

# 使用 JSON 文件日志驱动（默认）
docker run --log-driver json-file --log-opt max-size=10m --log-opt max-file=3 nginx

# 使用 syslog
docker run --log-driver syslog --log-opt syslog-address=udp://localhost:514 nginx

# 禁用日志
docker run --log-driver none nginx

在 Dockerfile 中配置

# 无法在 Dockerfile 中直接配置，需要在运行时指定

在 Docker Compose 中配置

services:
  web:
    image: nginx
    logging:
      driver: 'json-file'
      options:
        max-size: '10m'
        max-file: '3'

第七部分：生产环境部署

容器编排选择

Docker Swarm

Docker Swarm 是 Docker 原生的集群管理工具，简单易用。

# 初始化 Swarm
docker swarm init

# 加入节点
docker swarm join --token <token> <manager-ip>:2377

# 部署服务
docker service create --replicas 3 --name web nginx

# 扩展服务
docker service scale web=5

# 更新服务
docker service update --image nginx:latest web

Kubernetes

Kubernetes 是更强大的容器编排平台，适合大规模生产环境。

# deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80

监控与日志收集

使用 Prometheus 监控

# docker-compose.yml
services:
  prometheus:
    image: prom/prometheus
    volumes:
      - ./prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml
    ports:
      - '9090:9090'

  node-exporter:
    image: prom/node-exporter
    ports:
      - '9100:9100'

使用 ELK 栈收集日志

services:
  elasticsearch:
    image: docker.elastic.co/elasticsearch/elasticsearch:7.14.0
    environment:
      - discovery.type=single-node
    ports:
      - '9200:9200'

  logstash:
    image: docker.elastic.co/logstash/logstash:7.14.0
    volumes:
      - ./logstash.conf:/usr/share/logstash/pipeline/logstash.conf

  kibana:
    image: docker.elastic.co/kibana/kibana:7.14.0
    ports:
      - '5601:5601'

CI/CD 集成

GitHub Actions 示例

name: Build and Push Docker Image

on:
  push:
    branches: [main]

jobs:
  build:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
      - uses: actions/checkout@v2

      - name: Build Docker image
        run: docker build -t my-app:${{ github.sha }} .

      - name: Push to Registry
        run: |
          echo "${{ secrets.DOCKER_PASSWORD }}" | docker login -u "${{ secrets.DOCKER_USERNAME }}" --password-stdin
          docker push my-app:${{ github.sha }}

GitLab CI 示例

# .gitlab-ci.yml
build:
  stage: build
  script:
    - docker build -t $CI_REGISTRY_IMAGE:$CI_COMMIT_SHA .
    - docker push $CI_REGISTRY_IMAGE:$CI_COMMIT_SHA
  only:
    - main

安全加固

镜像安全扫描

# 使用 Trivy 扫描
trivy image my-app:latest

# 使用 Docker Scout
docker scout quickview my-app:latest

运行时安全

# docker-compose.yml
services:
  web:
    image: nginx
    security_opt:
      - no-new-privileges:true
    cap_drop:
      - ALL
    cap_add:
      - CHOWN
      - SETGID
      - SETUID
    read_only: true
    tmpfs:
      - /tmp
      - /var/cache/nginx

网络安全

# 创建隔离网络
docker network create --internal isolated-network

# 限制容器间通信
docker run --network isolated-network nginx

性能调优

资源限制

services:
  web:
    image: nginx
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: '1.0'
          memory: 512M
        reservations:
          cpus: '0.5'
          memory: 256M

优化启动时间

# 使用健康检查避免过早流量
HEALTHCHECK --interval=5s --timeout=3s --retries=3 \
  CMD curl -f http://localhost || exit 1

优化镜像拉取

# 使用镜像代理
docker pull --platform linux/amd64 nginx:latest

# 预拉取镜像
docker pull nginx:latest

故障排查

查看容器日志

# 查看日志
docker logs container-name

# 实时查看日志
docker logs -f container-name

# 查看最近 100 行
docker logs --tail 100 container-name

检查容器状态

# 查看容器详细信息
docker inspect container-name

# 查看容器进程
docker top container-name

# 查看资源使用
docker stats container-name

进入容器调试

# 进入运行中的容器
docker exec -it container-name /bin/bash

# 如果容器没有 shell，使用其他工具
docker exec -it container-name sh

网络问题排查

# 查看网络配置
docker network inspect network-name

# 测试容器间连通性
docker exec container1 ping container2

# 查看端口映射
docker port container-name

常见问题解决

容器无法启动：检查日志、资源限制、端口冲突
网络不通：检查网络配置、防火墙规则
数据丢失：检查数据卷挂载、备份策略
性能问题：检查资源限制、镜像大小、缓存配置

结语

Docker 容器化技术已经成为现代软件开发和运维的标准工具，它通过简化部署流程、提高环境一致性、优化资源利用，为开发者和运维人员带来了巨大的价值。从开发环境的快速搭建，到生产环境的自动化部署，Docker 在各个阶段都发挥着重要作用。

通过本文的全面介绍，我们从基础概念到核心操作，从 Dockerfile 编写到 Docker Compose 编排，从网络存储配置到生产环境部署，系统地学习了 Docker 的各个方面。掌握这些知识，不仅能够提升开发效率，还能为构建现代化的应用架构打下坚实基础。

核心要点回顾

容器化优势：环境一致性、快速部署、资源高效、易于扩展
镜像管理：理解分层结构、合理选择基础镜像、优化镜像大小
容器操作：掌握生命周期管理、网络配置、数据持久化
Dockerfile：编写高效的 Dockerfile、利用多阶段构建、遵循最佳实践
Docker Compose：多容器编排、服务依赖管理、网络和数据卷配置
生产部署：容器编排选择、监控日志、CI/CD 集成、安全加固

学习路径建议

初级阶段：掌握基本命令、理解镜像和容器概念、编写简单的 Dockerfile
中级阶段：使用 Docker Compose、配置网络和数据卷、优化镜像构建
高级阶段：生产环境部署、容器编排、监控和日志、安全加固
专家阶段：深入理解底层原理、性能优化、大规模集群管理

实践建议

从简单开始：先运行官方镜像，熟悉基本命令
逐步深入：编写 Dockerfile、使用 Docker Compose、部署实际应用
关注最佳实践：镜像优化、安全配置、资源管理
持续学习：关注 Docker 新特性、学习容器编排平台、参与社区讨论

资源推荐

官方文档：https://docs.docker.com/
Docker Hub：https://hub.docker.com/
Docker 官方博客：https://www.docker.com/blog/
Docker 最佳实践指南：https://docs.docker.com/develop/dev-best-practices/
Docker Compose 文档：https://docs.docker.com/compose/

持续学习

Docker 和容器化技术正在快速发展，新的工具和最佳实践不断涌现。建议：

定期查看 Docker 官方更新和发布说明
关注容器编排平台（Kubernetes、Docker Swarm）的发展
学习云原生技术栈（Service Mesh、Serverless、GitOps）
参与开源社区，分享经验和最佳实践

希望本文能够帮助您全面掌握 Docker 容器化技术，在实际工作中充分发挥其强大功能，提升开发效率和运维能力。记住，容器化不仅仅是技术工具，更是一种思维方式，它要求我们重新思考应用的构建、部署和管理方式。通过持续学习和实践，您将能够构建出更加现代化、高效、可靠的应用系统。

祝您在容器化的道路上越走越远，构建出优秀的应用！

GMR：通用动作重映射器

使用 Dotfile 同步配置

编码器正交编码方法

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Published on: 2025年1月17日星期五

Docker 容器化技术完全指南：从入门到生产实践

引言

第一部分：Docker 基础概念

容器化技术概述

容器化 vs 虚拟化

资源占用：每个虚拟机需要分配独立的 CPU、内存、磁盘空间
启动时间：虚拟机启动需要加载完整的操作系统，通常需要几分钟
性能开销：虚拟化层会带来一定的性能损失

容器化技术则采用了不同的方法：

共享内核：所有容器共享宿主机的操作系统内核
轻量级：容器只包含应用及其依赖，体积通常只有几MB到几百MB
快速启动：容器可以在几秒内启动
高效利用：可以在同一台机器上运行更多的应用实例

容器化的优势

容器化技术带来了多方面的优势：

环境一致性：开发、测试、生产环境完全一致，消除了"在我机器上能运行"的问题
快速部署：容器可以在几秒内启动，大大缩短了部署时间
资源高效：相比虚拟机，容器占用更少的资源，可以在同一台机器上运行更多应用
易于扩展：可以快速创建和销毁容器，实现水平扩展
版本控制：容器镜像可以版本化，方便回滚和版本管理
隔离性：容器之间相互隔离，一个容器的问题不会影响其他容器

镜像（Image）概念

镜像的分层结构

Docker 镜像采用分层存储机制，每个镜像由多个只读层（Layer）叠加而成。这种设计的优势包括：

资源共享：多个镜像可以共享相同的基础层，节省存储空间
增量更新：只需要更新变化的层，而不是整个镜像
快速构建：可以利用缓存加速镜像构建过程

例如，一个 Node.js 应用的镜像可能包含以下层：

应用代码层（可变化）
Node.js 运行时层（可复用）
操作系统基础层（可复用）

镜像的标识

Docker 镜像通过名称和标签（Tag）来标识：

镜像名称：通常格式为 [仓库地址/]用户名/镜像名
标签：用于区分同一镜像的不同版本，默认为 latest

示例：

nginx:latest：Nginx 的最新版本
node:16-alpine：Node.js 16 版本，基于 Alpine Linux
ubuntu:20.04：Ubuntu 20.04 版本

镜像仓库

镜像仓库（Repository）是存储和分发镜像的地方。Docker Hub 是最常用的公共镜像仓库，提供了大量官方和社区维护的镜像。除了 Docker Hub，还有：

私有仓库：企业可以搭建私有镜像仓库，如 Harbor、GitLab Container Registry
云服务商仓库：AWS ECR、Google Container Registry、Azure Container Registry

容器（Container）概念

容器（Container）是镜像的运行实例。当您运行一个镜像时，Docker 会创建一个容器，这个容器包含了镜像的所有内容以及一个可写的层（Container Layer）。

容器的生命周期

容器的生命周期包括以下几个阶段：

创建（Created）：容器已创建但未启动
运行（Running）：容器正在运行
暂停（Paused）：容器进程被暂停
停止（Stopped）：容器进程已停止
删除（Deleted）：容器已被删除

容器的特点

隔离性：每个容器都有独立的文件系统、网络和进程空间
可移植性：容器可以在任何支持 Docker 的平台上运行
轻量级：容器只包含应用及其依赖，不包含操作系统
可写层：容器在镜像的只读层之上添加一个可写层，所有修改都在这个层中

容器 vs 虚拟机

特性	容器	虚拟机
启动时间	秒级	分钟级
资源占用	低	高
隔离程度	进程级	系统级
性能开销	低	较高
可移植性	高	中等

Docker 架构设计

Docker 采用客户端-服务器（C/S）架构，主要组件包括：

Docker 守护进程（Docker Daemon）

Docker 守护进程（dockerd）是 Docker 的核心组件，负责：

管理镜像和容器
处理 Docker API 请求
管理网络和存储
执行容器生命周期操作

守护进程在后台运行，监听来自客户端的请求。

Docker 客户端（Docker Client）

Docker 客户端（docker）是用户与 Docker 交互的命令行工具。客户端通过 Docker API 与守护进程通信，执行各种操作。

Docker 镜像仓库（Registry）

镜像仓库用于存储和分发 Docker 镜像。Docker Hub 是默认的公共仓库，也可以使用私有仓库。

Docker 对象

Docker 管理的主要对象包括：

镜像（Images）：只读模板
容器（Containers）：镜像的运行实例
网络（Networks）：容器之间的网络连接
数据卷（Volumes）：持久化数据存储
插件（Plugins）：扩展 Docker 功能

Docker 的底层技术

Docker 基于 Linux 内核的以下技术实现：

Namespaces：提供进程隔离，包括 PID、Network、Mount、UTS、IPC、User namespaces
Control Groups (cgroups)：限制和监控资源使用（CPU、内存、I/O）
Union File Systems：实现镜像的分层存储，如 OverlayFS、AUFS
容器运行时：如 containerd、runc，负责容器的实际运行

容器化技术的应用场景

Docker 容器化技术广泛应用于各种场景：

应用部署

Web 应用：快速部署和扩展 Web 服务
微服务架构：将单体应用拆分为多个独立的微服务
API 服务：部署和扩展 RESTful API 服务

开发环境

环境一致性：确保团队成员使用相同的开发环境
快速搭建：新成员可以快速搭建开发环境
依赖隔离：不同项目可以使用不同版本的依赖

CI/CD 流水线

构建环境：在容器中构建应用，保证构建环境一致性
测试环境：快速创建测试环境，运行自动化测试
部署流程：通过容器实现应用的自动化部署

云原生应用

Kubernetes：容器编排平台的基础
Serverless：某些 Serverless 平台基于容器技术
边缘计算：在边缘设备上部署容器化应用

第二部分：安装与基本操作

Docker 安装

Docker 支持多种操作系统平台，安装方法因平台而异。

在 Linux 上安装

大多数 Linux 发行版都可以通过包管理器安装 Docker：

Ubuntu/Debian：

# 更新包索引
sudo apt update

# 安装必要的依赖
sudo apt install apt-transport-https ca-certificates curl gnupg lsb-release

# 添加 Docker 官方 GPG 密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg

# 添加 Docker 仓库
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 安装 Docker Engine
sudo apt update
sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin

# 启动 Docker 服务
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

# 将当前用户添加到 docker 组（可选，避免每次使用 sudo）
sudo usermod -aG docker $USER

CentOS/RHEL/Fedora：

# 安装必要的工具
sudo yum install -y yum-utils

# 添加 Docker 仓库
sudo yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

# 安装 Docker Engine
sudo yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin

# 启动 Docker 服务
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

Arch Linux：

sudo pacman -S docker
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

在 macOS 上安装

macOS 上推荐使用 Docker Desktop：

下载 Docker Desktop for Mac：https://www.docker.com/products/docker-desktop
双击安装包，将 Docker 拖拽到 Applications 文件夹
启动 Docker Desktop
等待 Docker 启动完成

或者使用 Homebrew：

brew install --cask docker

在 Windows 上安装

Windows 上推荐使用 Docker Desktop：

下载 Docker Desktop for Windows：https://www.docker.com/products/docker-desktop
运行安装程序
按照向导完成安装
重启计算机
启动 Docker Desktop

使用官方安装脚本（Linux）

Docker 提供了便捷的安装脚本：

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

验证安装

安装完成后，验证 Docker 是否正常工作：

# 查看 Docker 版本
docker --version

# 查看 Docker 详细信息
docker info

# 运行测试容器
docker run hello-world

如果 hello-world 容器能够正常运行，说明 Docker 安装成功。

基本命令操作

镜像操作

# 搜索镜像
docker search nginx

# 拉取镜像
docker pull nginx:latest

# 查看本地镜像列表
docker images

# 查看镜像详细信息
docker inspect nginx

# 删除镜像
docker rmi nginx

# 删除所有未使用的镜像
docker image prune -a

容器操作

# 运行容器（前台运行）
docker run nginx

# 运行容器（后台运行）
docker run -d nginx

# 运行容器并指定名称
docker run -d --name my-nginx nginx

# 运行容器并映射端口
docker run -d -p 8080:80 --name my-nginx nginx

# 运行容器并挂载数据卷
docker run -d -v /host/path:/container/path nginx

# 运行容器并设置环境变量
docker run -d -e ENV_VAR=value nginx

# 查看运行中的容器
docker ps

# 查看所有容器（包括已停止的）
docker ps -a

# 查看容器日志
docker logs my-nginx

# 实时查看容器日志
docker logs -f my-nginx

# 进入运行中的容器
docker exec -it my-nginx /bin/bash

# 停止容器
docker stop my-nginx

# 启动已停止的容器
docker start my-nginx

# 重启容器
docker restart my-nginx

# 删除容器
docker rm my-nginx

# 强制删除运行中的容器
docker rm -f my-nginx

# 删除所有已停止的容器
docker container prune

常用命令组合

# 运行容器并在退出后自动删除
docker run --rm nginx

# 运行交互式容器
docker run -it ubuntu /bin/bash

# 在容器中执行命令
docker exec my-nginx ls /usr/share/nginx/html

# 复制文件到容器
docker cp file.txt my-nginx:/path/in/container

# 从容器复制文件
docker cp my-nginx:/path/in/container/file.txt ./

容器生命周期管理

理解容器的生命周期对于有效使用 Docker 至关重要。

创建容器

# 创建但不启动容器
docker create --name my-container nginx

# 创建并启动容器
docker run -d --name my-container nginx

启动和停止

# 启动容器
docker start my-container

# 停止容器（发送 SIGTERM，等待进程优雅退出）
docker stop my-container

# 强制停止容器（发送 SIGKILL）
docker kill my-container

# 暂停容器（暂停进程但不释放资源）
docker pause my-container

# 恢复暂停的容器
docker unpause my-container

重启容器

# 重启容器
docker restart my-container

删除容器

# 删除已停止的容器
docker rm my-container

# 强制删除运行中的容器
docker rm -f my-container

# 删除所有已停止的容器
docker container prune

交互式容器使用

交互式容器允许您与容器进行交互，这对于调试和开发非常有用。

运行交互式容器

# 运行交互式 Ubuntu 容器
docker run -it ubuntu /bin/bash

# 运行交互式容器并指定工作目录
docker run -it -w /app ubuntu /bin/bash

# 运行交互式容器并挂载当前目录
docker run -it -v $(pwd):/app ubuntu /bin/bash

在运行中的容器中执行命令

# 在容器中执行命令
docker exec my-container ls -la

# 进入容器的交互式 shell
docker exec -it my-container /bin/bash

# 以 root 用户执行命令
docker exec -u root -it my-container /bin/bash

实用技巧

# 查看容器资源使用情况
docker stats my-container

# 查看容器的进程
docker top my-container

# 查看容器的详细信息
docker inspect my-container

# 查看容器的端口映射
docker port my-container

第三部分：Dockerfile 编写与实践

Dockerfile 基础

Dockerfile 的基本结构

一个典型的 Dockerfile 包含以下部分：

# 指定基础镜像
FROM node:16-alpine

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 复制依赖文件
COPY package*.json ./

# 安装依赖
RUN npm install

# 复制应用代码
COPY . .

# 暴露端口
EXPOSE 3000

# 定义启动命令
CMD ["node", "server.js"]

Dockerfile 指令详解

FROM

FROM 指令指定基础镜像，这是 Dockerfile 的第一条指令（注释除外）。

# 使用官方 Node.js 镜像
FROM node:16

# 使用 Alpine Linux 版本（更小）
FROM node:16-alpine

# 使用特定标签
FROM ubuntu:20.04

# 使用多阶段构建的基础镜像
FROM node:16 AS builder

RUN

RUN 指令在镜像构建过程中执行命令，每一条 RUN 指令都会创建一个新的镜像层。

# 执行单个命令
RUN apt-get update

# 执行多个命令（推荐，减少层数）
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y curl && \
    apt-get clean && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 使用 shell 形式
RUN echo "Hello, Docker!"

# 使用 exec 形式（推荐）
RUN ["/bin/bash", "-c", "echo Hello, Docker!"]

COPY 和 ADD

COPY 和 ADD 都用于复制文件到镜像中，但 ADD 支持 URL 和自动解压。

# 复制文件
COPY package.json /app/

# 复制多个文件
COPY package.json package-lock.json /app/

# 复制整个目录
COPY . /app/

# 使用通配符
COPY *.txt /app/

# ADD 支持 URL（不推荐，使用 RUN wget/curl 更好）
ADD https://example.com/file.tar.gz /tmp/

# ADD 自动解压（COPY 不会）
ADD archive.tar.gz /app/

WORKDIR

WORKDIR 指令设置工作目录，后续的指令都会在这个目录下执行。

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 后续命令都在 /app 目录下执行
RUN npm install
COPY . .

ENV

ENV 指令设置环境变量，可以在构建过程和容器运行时使用。

# 设置单个环境变量
ENV NODE_ENV=production

# 设置多个环境变量
ENV NODE_ENV=production \
    PORT=3000

# 在后续指令中使用
ENV PATH=/app/node_modules/.bin:$PATH

ARG

ARG 指令定义构建时的变量，只在构建过程中有效。

# 定义构建参数
ARG NODE_VERSION=16

# 使用构建参数
FROM node:${NODE_VERSION}

# 构建时传递参数
# docker build --build-arg NODE_VERSION=18 .

EXPOSE

EXPOSE 指令声明容器运行时监听的端口，这只是文档说明，不会实际打开端口。

# 暴露单个端口
EXPOSE 3000

# 暴露多个端口
EXPOSE 3000 8080

# 指定协议
EXPOSE 3000/tcp
EXPOSE 53/udp

CMD

CMD 指令定义容器启动时执行的默认命令，只能有一条 CMD 指令。

# Shell 形式
CMD npm start

# Exec 形式（推荐）
CMD ["node", "server.js"]

# 带参数
CMD ["node", "server.js", "--port", "3000"]

ENTRYPOINT

ENTRYPOINT 指令定义容器启动时的入口点，与 CMD 类似但更固定。

# Exec 形式（推荐）
ENTRYPOINT ["node"]

# 与 CMD 结合使用
ENTRYPOINT ["node"]
CMD ["server.js"]

# 这样运行容器时可以传递参数
# docker run my-image app.js

USER

USER 指令指定运行容器的用户，默认是 root。

# 切换到非 root 用户
USER node

# 使用 UID
USER 1000

VOLUME

VOLUME 指令创建数据卷挂载点。

# 创建数据卷
VOLUME ["/data"]

# 多个数据卷
VOLUME ["/data", "/logs"]

HEALTHCHECK

HEALTHCHECK 指令定义健康检查。

# 健康检查
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=5s --retries=3 \
  CMD curl -f http://localhost:3000/health || exit 1

构建镜像

使用 docker build 命令构建镜像：

# 基本构建
docker build -t my-app:latest .

# 指定 Dockerfile 路径
docker build -f Dockerfile.prod -t my-app:prod .

# 传递构建参数
docker build --build-arg NODE_ENV=production -t my-app:prod .

# 不使用缓存构建
docker build --no-cache -t my-app:latest .

# 查看构建过程
docker build --progress=plain -t my-app:latest .

多阶段构建

单阶段构建示例

FROM node:16
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build
# 最终镜像包含构建工具和源代码，体积较大

多阶段构建示例

# 构建阶段
FROM node:16 AS builder
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 运行阶段
FROM node:16-alpine
WORKDIR /app
# 只复制构建产物
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package*.json ./
RUN npm install --production
EXPOSE 3000
CMD ["node", "dist/server.js"]

多阶段构建的优势

减小镜像体积：最终镜像不包含构建工具和源代码
提高安全性：减少攻击面，不包含不必要的工具
优化构建过程：可以在不同阶段使用不同的基础镜像

实际应用示例

# 编译阶段
FROM golang:1.19 AS builder
WORKDIR /app
COPY go.mod go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -o app

# 运行阶段
FROM alpine:latest
RUN apk --no-cache add ca-certificates
WORKDIR /root/
COPY --from=builder /app/app .
CMD ["./app"]

构建优化技巧

1. 利用构建缓存

Docker 会缓存每一层的构建结果，如果某一层没有变化，就会使用缓存。合理组织 Dockerfile 可以充分利用缓存：

# 不好的做法：依赖变化会导致所有层重建
COPY . .
RUN npm install
RUN npm run build

# 好的做法：依赖文件单独处理，利用缓存
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

2. 合并 RUN 指令

减少镜像层数可以减小镜像体积：

# 不好的做法：多个层
RUN apt-get update
RUN apt-get install -y curl
RUN apt-get clean

# 好的做法：合并为单层
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y curl && \
    apt-get clean && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

3. 使用 .dockerignore

创建 .dockerignore 文件排除不需要的文件：

node_modules
npm-debug.log
.git
.gitignore
README.md
.env
.nyc_output
coverage

4. 选择合适的基础镜像

使用官方镜像
优先选择 Alpine 版本（体积小）
使用特定版本标签，避免使用 latest

# 推荐
FROM node:16-alpine

# 不推荐
FROM node:latest

5. 清理不必要的文件

在构建过程中清理临时文件：

RUN apt-get update && \
    apt-get install -y build-essential && \
    # 构建应用
    make build && \
    # 清理构建工具
    apt-get remove -y build-essential && \
    apt-get autoremove -y && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

实际案例

Node.js 应用 Dockerfile

FROM node:16-alpine AS builder

WORKDIR /app

# 复制依赖文件
COPY package*.json ./

# 安装依赖
RUN npm ci --only=production

# 复制源代码
COPY . .

# 构建应用
RUN npm run build

# 运行阶段
FROM node:16-alpine

WORKDIR /app

# 复制依赖和构建产物
COPY --from=builder /app/node_modules ./node_modules
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package*.json ./

# 创建非 root 用户
RUN addgroup -g 1001 -S nodejs && \
    adduser -S nodejs -u 1001

USER nodejs

EXPOSE 3000

HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=5s --retries=3 \
  CMD node healthcheck.js

CMD ["node", "dist/server.js"]

Python 应用 Dockerfile

FROM python:3.9-slim AS builder

WORKDIR /app

# 安装构建依赖
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y --no-install-recommends gcc && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/*

# 复制依赖文件
COPY requirements.txt .

# 安装 Python 依赖
RUN pip install --user --no-cache-dir -r requirements.txt

# 运行阶段
FROM python:3.9-slim

WORKDIR /app

# 复制 Python 依赖
COPY --from=builder /root/.local /root/.local

# 复制应用代码
COPY . .

# 确保脚本可执行
RUN chmod +x app.py

ENV PATH=/root/.local/bin:$PATH

EXPOSE 8000

CMD ["python", "app.py"]

Go 应用 Dockerfile

# 构建阶段
FROM golang:1.19-alpine AS builder

WORKDIR /app

# 安装依赖
COPY go.mod go.sum ./
RUN go mod download

# 复制源代码
COPY . .

# 构建应用
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -a -installsuffix cgo -o app .

# 运行阶段
FROM alpine:latest

RUN apk --no-cache add ca-certificates

WORKDIR /root/

# 复制二进制文件
COPY --from=builder /app/app .

EXPOSE 8080

CMD ["./app"]

第四部分：Docker Compose 多容器编排

Docker Compose 简介

Docker Compose 的优势

简化配置：通过一个文件定义整个应用栈
快速启动：一条命令启动所有服务
环境隔离：每个项目有独立的网络和资源
服务依赖管理：自动处理服务启动顺序
扩展性：可以轻松扩展服务实例数量

适用场景

开发环境搭建
本地测试环境
微服务应用
多服务应用栈

docker-compose.yml 语法

基本结构

version: '3.8'

services:
  web:
    build: .
    ports:
      - '3000:3000'

  db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_PASSWORD: password

volumes:
  db-data:

networks:
  default:
    driver: bridge

版本说明

Docker Compose 文件格式有多个版本，推荐使用 3.8 或更高版本，它支持最新的 Docker 功能。

服务定义与配置

基本服务定义

services:
  web:
    image: nginx:latest
    container_name: my-nginx
    ports:
      - '8080:80'
    volumes:
      - ./html:/usr/share/nginx/html
    environment:
      - NGINX_HOST=localhost
    restart: unless-stopped

构建服务

services:
  web:
    build:
      context: .
      dockerfile: Dockerfile
      args:
        NODE_ENV: production
    ports:
      - '3000:3000'

使用 Dockerfile

services:
  app:
    build:
      context: ./app
      dockerfile: Dockerfile.prod
    ports:
      - '3000:3000'

环境变量

services:
  web:
    image: node:16
    environment:
      - NODE_ENV=production
      - DATABASE_URL=postgres://user:pass@db:5432/mydb
    env_file:
      - .env
      - .env.production

依赖关系

services:
  web:
    build: .
    depends_on:
      - db
      - redis

  db:
    image: postgres:13

  redis:
    image: redis:6-alpine

健康检查

services:
  web:
    image: nginx
    healthcheck:
      test: ['CMD', 'curl', '-f', 'http://localhost']
      interval: 30s
      timeout: 10s
      retries: 3
      start_period: 40s

资源限制

services:
  web:
    image: nginx
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: '0.5'
          memory: 512M
        reservations:
          cpus: '0.25'
          memory: 256M

网络配置

默认网络

Docker Compose 会为每个项目创建一个默认网络，服务可以通过服务名相互访问。

services:
  web:
    image: nginx

  api:
    image: node:16
    # 可以通过 http://web 访问 web 服务

自定义网络

services:
  web:
    image: nginx
    networks:
      - frontend

  api:
    image: node:16
    networks:
      - frontend
      - backend

  db:
    image: postgres:13
    networks:
      - backend

networks:
  frontend:
    driver: bridge
  backend:
    driver: bridge

网络别名

services:
  web:
    image: nginx
    networks:
      frontend:
        aliases:
          - www
          - website

数据卷管理

命名数据卷

services:
  db:
    image: postgres:13
    volumes:
      - db-data:/var/lib/postgresql/data

volumes:
  db-data:

绑定挂载

services:
  web:
    image: nginx
    volumes:
      - ./html:/usr/share/nginx/html
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:ro

匿名卷

services:
  db:
    image: postgres:13
    volumes:
      - /var/lib/postgresql/data

实际项目示例

完整的 Web 应用栈

version: '3.8'

services:
  # 前端服务
  frontend:
    build:
      context: ./frontend
      dockerfile: Dockerfile
    ports:
      - '3000:3000'
    environment:
      - REACT_APP_API_URL=http://backend:8000
    depends_on:
      - backend
    networks:
      - app-network

  # 后端服务
  backend:
    build:
      context: ./backend
      dockerfile: Dockerfile
    ports:
      - '8000:8000'
    environment:
      - DATABASE_URL=postgresql://user:password@db:5432/mydb
      - REDIS_URL=redis://redis:6379
    depends_on:
      - db
      - redis
    volumes:
      - ./backend:/app
    networks:
      - app-network

  # 数据库服务
  db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: password
      POSTGRES_DB: mydb
    volumes:
      - db-data:/var/lib/postgresql/data
    networks:
      - app-network

  # Redis 服务
  redis:
    image: redis:6-alpine
    ports:
      - '6379:6379'
    volumes:
      - redis-data:/data
    networks:
      - app-network

volumes:
  db-data:
  redis-data:

networks:
  app-network:
    driver: bridge

微服务应用

version: '3.8'

services:
  # API 网关
  gateway:
    image: nginx:alpine
    ports:
      - '80:80'
    volumes:
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf
    depends_on:
      - user-service
      - order-service
    networks:
      - microservices

  # 用户服务
  user-service:
    build: ./services/user
    environment:
      - DATABASE_URL=postgresql://user:pass@user-db:5432/users
    depends_on:
      - user-db
    networks:
      - microservices

  # 订单服务
  order-service:
    build: ./services/order
    environment:
      - DATABASE_URL=postgresql://user:pass@order-db:5432/orders
    depends_on:
      - order-db
    networks:
      - microservices

  # 用户数据库
  user-db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_DB: users
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: pass
    volumes:
      - user-db-data:/var/lib/postgresql/data
    networks:
      - microservices

  # 订单数据库
  order-db:
    image: postgres:13
    environment:
      POSTGRES_DB: orders
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: pass
    volumes:
      - order-db-data:/var/lib/postgresql/data
    networks:
      - microservices

volumes:
  user-db-data:
  order-db-data:

networks:
  microservices:
    driver: bridge

Docker Compose 命令

基本命令

# 启动所有服务
docker-compose up

# 后台启动所有服务
docker-compose up -d

# 构建并启动
docker-compose up --build

# 启动特定服务
docker-compose up web db

# 停止所有服务
docker-compose stop

# 停止并删除容器
docker-compose down

# 停止并删除容器、网络、数据卷
docker-compose down -v

# 查看运行状态
docker-compose ps

# 查看日志
docker-compose logs

# 查看特定服务的日志
docker-compose logs web

# 实时查看日志
docker-compose logs -f

# 执行命令
docker-compose exec web ls -la

# 进入容器
docker-compose exec web /bin/bash

# 扩展服务实例
docker-compose up -d --scale web=3

第五部分：网络、存储与数据管理

Docker 网络模式

Docker 提供了多种网络模式，每种模式适用于不同的场景。

Bridge 模式（默认）

Bridge 模式是 Docker 的默认网络模式，创建一个内部网络，容器通过虚拟网桥连接到这个网络。

# 创建自定义 bridge 网络
docker network create my-network

# 运行容器并连接到网络
docker run -d --name web --network my-network nginx

# 查看网络信息
docker network inspect my-network

Host 模式

Host 模式直接使用宿主机的网络，容器不会获得独立的网络命名空间。

# 使用 host 网络模式
docker run -d --name web --network host nginx

None 模式

None 模式禁用网络，容器只有回环接口。

# 使用 none 网络模式
docker run -d --name web --network none nginx

Overlay 模式

Overlay 模式用于 Docker Swarm 集群，允许不同主机上的容器通信。

# 创建 overlay 网络（需要 Swarm 模式）
docker network create --driver overlay my-overlay

Macvlan 模式

Macvlan 模式允许容器直接使用物理网络接口，每个容器有独立的 MAC 地址。

# 创建 macvlan 网络
docker network create -d macvlan \
  --subnet=192.168.1.0/24 \
  --gateway=192.168.1.1 \
  -o parent=eth0 \
  my-macvlan

自定义网络创建与管理

创建网络

# 创建 bridge 网络
docker network create my-bridge

# 创建网络并指定子网
docker network create --subnet=172.20.0.0/16 my-network

# 创建网络并指定网关
docker network create --subnet=172.20.0.0/16 --gateway=172.20.0.1 my-network

# 创建网络并启用 IPv6
docker network create --ipv6 --subnet=2001:db8::/64 my-network

连接容器到网络

# 运行容器时连接到网络
docker run -d --name web --network my-network nginx

# 将运行中的容器连接到网络
docker network connect my-network web

# 断开容器与网络的连接
docker network disconnect my-network web

网络管理

# 列出所有网络
docker network ls

# 查看网络详细信息
docker network inspect my-network

# 删除网络
docker network rm my-network

# 删除所有未使用的网络
docker network prune

数据卷（Volume）概念与使用

数据卷是 Docker 管理的数据持久化机制，独立于容器的生命周期。

创建数据卷

# 创建命名数据卷
docker volume create my-volume

# 查看所有数据卷
docker volume ls

# 查看数据卷详细信息
docker volume inspect my-volume

# 删除数据卷
docker volume rm my-volume

# 删除所有未使用的数据卷
docker volume prune

使用数据卷

# 运行容器并使用数据卷
docker run -d --name web -v my-volume:/data nginx

# 使用绑定挂载
docker run -d --name web -v /host/path:/container/path nginx

# 只读挂载
docker run -d --name web -v /host/path:/container/path:ro nginx

绑定挂载（Bind Mount）

绑定挂载直接将宿主机的目录或文件挂载到容器中。

# 挂载目录
docker run -d --name web -v /host/html:/usr/share/nginx/html nginx

# 挂载文件
docker run -d --name web -v /host/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf nginx

# 只读挂载
docker run -d --name web -v /host/html:/usr/share/nginx/html:ro nginx

数据持久化策略

策略选择

数据卷（Volume）：适合需要 Docker 管理的数据
绑定挂载（Bind Mount）：适合需要直接访问宿主机文件的情况
tmpfs 挂载：适合临时数据，存储在内存中

最佳实践

# docker-compose.yml
services:
  db:
    image: postgres:13
    volumes:
      # 使用命名数据卷（推荐）
      - db-data:/var/lib/postgresql/data
      # 使用绑定挂载配置文件
      - ./postgresql.conf:/etc/postgresql/postgresql.conf:ro
      # 使用 tmpfs 挂载临时数据
      - type: tmpfs
        target: /tmp

volumes:
  db-data:

备份与恢复

备份数据卷

# 备份数据卷
docker run --rm -v my-volume:/data -v $(pwd):/backup \
  ubuntu tar czf /backup/backup.tar.gz /data

# 使用容器备份
docker run --rm -v my-volume:/data -v $(pwd):/backup \
  postgres:13 pg_dump -U user mydb > /backup/backup.sql

恢复数据卷

# 恢复数据卷
docker run --rm -v my-volume:/data -v $(pwd):/backup \
  ubuntu tar xzf /backup/backup.tar.gz -C /data

# 使用容器恢复
docker run --rm -v my-volume:/data -v $(pwd):/backup \
  postgres:13 psql -U user mydb < /backup/backup.sql

自动化备份脚本

#!/bin/bash
# backup-volume.sh

VOLUME_NAME=$1
BACKUP_DIR="./backups"
DATE=$(date +%Y%m%d_%H%M%S)

if [ -z "$VOLUME_NAME" ]; then
    echo "Usage: $0 <volume-name>"
    exit 1
fi

mkdir -p $BACKUP_DIR

docker run --rm \
  -v $VOLUME_NAME:/data \
  -v $(pwd)/$BACKUP_DIR:/backup \
  ubuntu tar czf /backup/${VOLUME_NAME}_${DATE}.tar.gz -C /data .

echo "Backup completed: ${BACKUP_DIR}/${VOLUME_NAME}_${DATE}.tar.gz"

第六部分：镜像优化与最佳实践

镜像大小优化

选择合适的基础镜像

# 使用 Alpine Linux（推荐，体积小）
FROM node:16-alpine

# 而不是完整版本
# FROM node:16

多阶段构建

# 构建阶段
FROM node:16 AS builder
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 运行阶段（只保留必要文件）
FROM node:16-alpine
WORKDIR /app
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package*.json ./
RUN npm install --production
CMD ["node", "dist/server.js"]

清理不必要的文件

RUN apt-get update && \
    apt-get install -y build-essential && \
    # 构建应用
    make build && \
    # 清理
    apt-get remove -y build-essential && \
    apt-get autoremove -y && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/* && \
    rm -rf /tmp/*

使用 .dockerignore

创建 .dockerignore 文件：

node_modules
npm-debug.log
.git
.gitignore
README.md
.env
.nyc_output
coverage
*.log
.DS_Store

构建缓存利用

合理组织 Dockerfile

# 好的做法：依赖文件单独处理
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
RUN npm run build

# 不好的做法：所有文件一起复制
COPY . .
RUN npm install
RUN npm run build

利用构建参数

ARG BUILDKIT_INLINE_CACHE=1
FROM node:16-alpine AS builder
# ...

安全最佳实践

使用非 root 用户

FROM node:16-alpine

# 创建非 root 用户
RUN addgroup -g 1001 -S nodejs && \
    adduser -S nodejs -u 1001

# 切换到非 root 用户
USER nodejs

WORKDIR /app
COPY --chown=nodejs:nodejs . .
CMD ["node", "server.js"]

最小权限原则

# 只暴露必要的端口
EXPOSE 3000

# 只复制必要的文件
COPY dist/ ./dist/
COPY package*.json ./

# 不要复制敏感文件
# COPY .env ./

扫描镜像漏洞

# 使用 Docker Scout（Docker Desktop 内置）
docker scout quickview my-image

# 使用 Trivy
trivy image my-image

# 使用 Snyk
snyk test --docker my-image

定期更新基础镜像

# 使用特定版本标签
FROM node:16-alpine

# 定期检查并更新
# FROM node:18-alpine

多阶段构建应用

Go 应用示例

# 构建阶段
FROM golang:1.19-alpine AS builder
WORKDIR /app
COPY go.mod go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN CGO_ENABLED=0 GOOS=linux go build -o app .

# 运行阶段
FROM alpine:latest
RUN apk --no-cache add ca-certificates
WORKDIR /root/
COPY --from=builder /app/app .
CMD ["./app"]

Node.js 应用示例

# 依赖安装阶段
FROM node:16-alpine AS deps
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm ci

# 构建阶段
FROM node:16-alpine AS builder
WORKDIR /app
COPY --from=deps /app/node_modules ./node_modules
COPY . .
RUN npm run build

# 运行阶段
FROM node:16-alpine
WORKDIR /app
COPY --from=builder /app/dist ./dist
COPY --from=builder /app/package*.json ./
RUN npm ci --only=production
CMD ["node", "dist/server.js"]

健康检查配置

基本健康检查

HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=3s --start-period=5s --retries=3 \
  CMD curl -f http://localhost:3000/health || exit 1

使用健康检查脚本

HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=10s --start-period=40s --retries=3 \
  CMD /healthcheck.sh || exit 1

在 Docker Compose 中配置

services:
  web:
    image: nginx
    healthcheck:
      test: ['CMD', 'curl', '-f', 'http://localhost']
      interval: 30s
      timeout: 10s
      retries: 3
      start_period: 40s

日志管理

配置日志驱动

# 使用 JSON 文件日志驱动（默认）
docker run --log-driver json-file --log-opt max-size=10m --log-opt max-file=3 nginx

# 使用 syslog
docker run --log-driver syslog --log-opt syslog-address=udp://localhost:514 nginx

# 禁用日志
docker run --log-driver none nginx

在 Dockerfile 中配置

# 无法在 Dockerfile 中直接配置，需要在运行时指定

在 Docker Compose 中配置

services:
  web:
    image: nginx
    logging:
      driver: 'json-file'
      options:
        max-size: '10m'
        max-file: '3'

第七部分：生产环境部署

容器编排选择

Docker Swarm

Docker Swarm 是 Docker 原生的集群管理工具，简单易用。

# 初始化 Swarm
docker swarm init

# 加入节点
docker swarm join --token <token> <manager-ip>:2377

# 部署服务
docker service create --replicas 3 --name web nginx

# 扩展服务
docker service scale web=5

# 更新服务
docker service update --image nginx:latest web

Kubernetes

Kubernetes 是更强大的容器编排平台，适合大规模生产环境。

# deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:latest
          ports:
            - containerPort: 80

监控与日志收集

使用 Prometheus 监控

# docker-compose.yml
services:
  prometheus:
    image: prom/prometheus
    volumes:
      - ./prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml
    ports:
      - '9090:9090'

  node-exporter:
    image: prom/node-exporter
    ports:
      - '9100:9100'

使用 ELK 栈收集日志

services:
  elasticsearch:
    image: docker.elastic.co/elasticsearch/elasticsearch:7.14.0
    environment:
      - discovery.type=single-node
    ports:
      - '9200:9200'

  logstash:
    image: docker.elastic.co/logstash/logstash:7.14.0
    volumes:
      - ./logstash.conf:/usr/share/logstash/pipeline/logstash.conf

  kibana:
    image: docker.elastic.co/kibana/kibana:7.14.0
    ports:
      - '5601:5601'

CI/CD 集成

GitHub Actions 示例

name: Build and Push Docker Image

on:
  push:
    branches: [main]

jobs:
  build:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
      - uses: actions/checkout@v2

      - name: Build Docker image
        run: docker build -t my-app:${{ github.sha }} .

      - name: Push to Registry
        run: |
          echo "${{ secrets.DOCKER_PASSWORD }}" | docker login -u "${{ secrets.DOCKER_USERNAME }}" --password-stdin
          docker push my-app:${{ github.sha }}

GitLab CI 示例

# .gitlab-ci.yml
build:
  stage: build
  script:
    - docker build -t $CI_REGISTRY_IMAGE:$CI_COMMIT_SHA .
    - docker push $CI_REGISTRY_IMAGE:$CI_COMMIT_SHA
  only:
    - main

安全加固

镜像安全扫描

# 使用 Trivy 扫描
trivy image my-app:latest

# 使用 Docker Scout
docker scout quickview my-app:latest

运行时安全

# docker-compose.yml
services:
  web:
    image: nginx
    security_opt:
      - no-new-privileges:true
    cap_drop:
      - ALL
    cap_add:
      - CHOWN
      - SETGID
      - SETUID
    read_only: true
    tmpfs:
      - /tmp
      - /var/cache/nginx

网络安全

# 创建隔离网络
docker network create --internal isolated-network

# 限制容器间通信
docker run --network isolated-network nginx

性能调优

资源限制

services:
  web:
    image: nginx
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: '1.0'
          memory: 512M
        reservations:
          cpus: '0.5'
          memory: 256M

优化启动时间

# 使用健康检查避免过早流量
HEALTHCHECK --interval=5s --timeout=3s --retries=3 \
  CMD curl -f http://localhost || exit 1

优化镜像拉取

# 使用镜像代理
docker pull --platform linux/amd64 nginx:latest

# 预拉取镜像
docker pull nginx:latest

故障排查

查看容器日志

# 查看日志
docker logs container-name

# 实时查看日志
docker logs -f container-name

# 查看最近 100 行
docker logs --tail 100 container-name

检查容器状态

# 查看容器详细信息
docker inspect container-name

# 查看容器进程
docker top container-name

# 查看资源使用
docker stats container-name

进入容器调试

# 进入运行中的容器
docker exec -it container-name /bin/bash

# 如果容器没有 shell，使用其他工具
docker exec -it container-name sh

网络问题排查

# 查看网络配置
docker network inspect network-name

# 测试容器间连通性
docker exec container1 ping container2

# 查看端口映射
docker port container-name

常见问题解决

容器无法启动：检查日志、资源限制、端口冲突
网络不通：检查网络配置、防火墙规则
数据丢失：检查数据卷挂载、备份策略
性能问题：检查资源限制、镜像大小、缓存配置

结语

核心要点回顾

容器化优势：环境一致性、快速部署、资源高效、易于扩展
镜像管理：理解分层结构、合理选择基础镜像、优化镜像大小
容器操作：掌握生命周期管理、网络配置、数据持久化
Dockerfile：编写高效的 Dockerfile、利用多阶段构建、遵循最佳实践
Docker Compose：多容器编排、服务依赖管理、网络和数据卷配置
生产部署：容器编排选择、监控日志、CI/CD 集成、安全加固

学习路径建议

初级阶段：掌握基本命令、理解镜像和容器概念、编写简单的 Dockerfile
中级阶段：使用 Docker Compose、配置网络和数据卷、优化镜像构建
高级阶段：生产环境部署、容器编排、监控和日志、安全加固
专家阶段：深入理解底层原理、性能优化、大规模集群管理

实践建议

从简单开始：先运行官方镜像，熟悉基本命令
逐步深入：编写 Dockerfile、使用 Docker Compose、部署实际应用
关注最佳实践：镜像优化、安全配置、资源管理
持续学习：关注 Docker 新特性、学习容器编排平台、参与社区讨论

资源推荐

官方文档：https://docs.docker.com/
Docker Hub：https://hub.docker.com/
Docker 官方博客：https://www.docker.com/blog/
Docker 最佳实践指南：https://docs.docker.com/develop/dev-best-practices/
Docker Compose 文档：https://docs.docker.com/compose/

持续学习

Docker 和容器化技术正在快速发展，新的工具和最佳实践不断涌现。建议：

定期查看 Docker 官方更新和发布说明
关注容器编排平台（Kubernetes、Docker Swarm）的发展
学习云原生技术栈（Service Mesh、Serverless、GitOps）
参与开源社区，分享经验和最佳实践

祝您在容器化的道路上越走越远，构建出优秀的应用！

GMR：通用动作重映射器

使用 Dotfile 同步配置

编码器正交编码方法

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引言

第一部分：Docker 基础概念

容器化技术概述

镜像（Image）概念

容器（Container）概念

Docker 架构设计

容器化技术的应用场景

第二部分：安装与基本操作

Docker 安装

验证安装

基本命令操作

容器生命周期管理

交互式容器使用

第三部分：Dockerfile 编写与实践

Dockerfile 基础

Dockerfile 指令详解

构建镜像

多阶段构建

构建优化技巧

实际案例

第四部分：Docker Compose 多容器编排

Docker Compose 简介

docker-compose.yml 语法

服务定义与配置

网络配置

数据卷管理

实际项目示例

Docker Compose 命令

第五部分：网络、存储与数据管理

Docker 网络模式

自定义网络创建与管理

数据卷（Volume）概念与使用

绑定挂载（Bind Mount）

数据持久化策略

备份与恢复

第六部分：镜像优化与最佳实践

镜像大小优化

构建缓存利用

安全最佳实践

多阶段构建应用

健康检查配置

日志管理

第七部分：生产环境部署

容器编排选择

监控与日志收集

CI/CD 集成

安全加固

性能调优

故障排查

结语

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第一部分：Docker 基础概念

容器化技术概述

镜像（Image）概念

容器（Container）概念

Docker 架构设计

容器化技术的应用场景

第二部分：安装与基本操作

Docker 安装

验证安装

基本命令操作

容器生命周期管理

交互式容器使用

第三部分：Dockerfile 编写与实践

Dockerfile 基础

Dockerfile 指令详解

构建镜像

多阶段构建

构建优化技巧

实际案例

第四部分：Docker Compose 多容器编排

Docker Compose 简介