【深入浅出Docker】【三】Docker容器详解

文章目录

  • 一. Docker容器简介
  • 二. Docker容器详解
    • 1. 容器vs虚拟机
      • 1.1. 虚拟机模型
      • 1.2. 容器模型
      • 1.3. 虚拟机的额外开销
    • 2. 容器启动过程描述
    • 3. 容器进程
    • 4. 容器生命周期与文件保存
    • 5. 优雅地停止容器：两阶段方式停止并删除容器
    • 6. 利用重启策略进行容器的自我修复
      • 6.1. always策略
      • 6.2. unless-stopped 策略
      • 6.3. on-failure策略
    • 7. Web服务器示例
      • 为什么需要端口映射
    • 8. 查看容器详情
  • 三. 容器命令小结

本文主要描述了如下内容

  • 对容器和虚拟机两种模型进行了比较
  • 虚拟机模型的OS tax问题，并且分析了虚拟机模型相对于物理机模型的巨大优势，以及容器模型如何能够带来更加显著的提升
  • 使用docker container run命令启动一组简单的容器，并且对比了前台和后台运行容器在交互方面的差异性。
  • 杀死容器中PID为1的进程会杀死容器。
  • 如何启动、停止以及删除容器。
  • docker container inspect命令，该命令可以查看容器元数据的细节信息。

Docker已经基本实现由OCI发布的镜像和容器标准。这意味着读者在Docker容器这里学习的内容，同样可以在其他实现了OCI标准的容器运行时上应用。

 

一. Docker容器简介

容器是镜像的运行时实例。正如从虚拟机模板上启动VM一样，用户也同样可以从单个镜像上启动一个或多个容器。虚拟机和容器最大的区别是容器更快并且更轻量级——与虚拟机运行在完整的操作系统之上相比，容器会共享其所在主机的操作系统/内核。

在这里插入图片描述

相关命令

# 启动一个新的容器
# 指定了启动所需的镜像以及要运行的应用。
docker container run <image> <app>docker container run -it ubuntu /bin/bash
# -it参数可以将**当前终端**连接到容器的Shell终端之上。容器随着其中运行应用的退出而终止。# 容器的停止、启动、删除
docker container stop
docker container start
docker container rm

 

二. Docker容器详解

1. 容器vs虚拟机

容器和虚拟机都依赖于宿主机才能运行。宿主机可以是笔记本，是数据中心的物理服务器，也可以是公有云的某个实例。

Hypervisor引导程序（通常称为Hypervisor Bootloader）是一个负责启动虚拟化环境中的虚拟机（VM）或虚拟化平台的组件。它在虚拟化环境中的作用类似于传统计算机系统中的引导程序，负责加载和启动操作系统。

 

1.1. 虚拟机模型

在虚拟机模型中，首先要开启物理机并启动Hypervisor引导程序​。一旦Hypervisor启动，就会占有机器上的全部物理资源，如CPU、RAM、存储和NIC。Hypervisor接下来就会将这些物理资源划分为虚拟资源，并且看起来与真实物理资源完全一致。然后Hypervisor会将这些资源打包进一个叫作虚拟机（VM）的软件结构当中。这样用户就可以使用这些虚拟机，并在其中安装操作系统和应用。

假设需要在物理机上运行4个应用，所以在Hypervisor之上需要创建4个虚拟机并安装4个操作系统，然后安装4个应用。当操作完成后，结构如图所示。

在这里插入图片描述

 

1.2. 容器模型

在Docker世界中可以选择Linux，或者内核支持内核中的容器原语的新版本Windows。与虚拟机模型相同，OS也占用了全部硬件资源。 在OS层之上，需要安装容器引擎（如Docker）​。

容器引擎可以获取系统资源，比如进程树、文件系统以及网络栈，接着将资源分割为安全的互相隔离的资源结构，称之为容器。

如下划分出的4个容器并在每个容器中运行一个应用。
在这里插入图片描述
 

Hypervisor（虚拟机监控器）和容器在虚拟化方面的区别和作用。

  1. Hypervisor（硬件虚拟化）：
    它允许在物理硬件上创建和运行多个独立的虚拟机（VMs），每个虚拟机都有自己的操作系统和应用程序。Hypervisor将物理硬件资源（如CPU、内存、存储）划分为虚拟资源，从而实现资源隔离和管理。
  2. 容器（操作系统虚拟化）：
  • 操作系统虚拟化：容器技术不涉及硬件虚拟化，而是利用操作系统内核的特性，将操作系统资源划分为虚拟资源，实现轻量级的隔离和部署。
  • 资源利用：容器通过共享操作系统内核和系统资源，提高了资源利用率，减少了资源消耗和启动时间。
  1. 硬件虚拟化 vs. 操作系统虚拟化
    Hypervisor通过硬件虚拟化提供底层硬件资源的隔离和管理；容器通过操作系统虚拟化实现对系统资源的划分和隔离，运行在共享的内核上。

 

Docker利用操作系统的内核功能（如cgroups和namespaces）来实现这种隔离：

  1. Namespaces：为每个容器提供独立的视图，隔离进程、网络、文件系统等。例如，PID namespace 隔离进程ID，Network namespace 隔离网络资源。
  2. Cgroups：控制和限制每个容器的资源使用（如CPU、内存、I/O），确保容器之间不会互相影响。 这种隔离机制允许容器在同一宿主机上独立运行，且不干扰彼此，从而实现高效的资源管理和安全性。

 

1.3. 虚拟机的额外开销

每个操作系统都需要开销

  1. 虚拟机模型将底层硬件资源划分到虚拟机当中。每个虚拟机都是包含了虚拟CPU、虚拟RAM、虚拟磁盘等资源的一种软件结构。因此，每个虚拟机都需要有自己的操作系统来声明、初始化并管理这些虚拟资源。
  2. 操作系统本身是有其额外开销的。例如，每个操作系统都消耗一点CPU、一点RAM、一点存储空间等。每个操作系统都需要独立的许可证，并且都需要打补丁升级，每个操作系统也都面临被攻击的风险。

容器具备

  1. 容器共享宿主机的一个操作系统/内核，这意味着只有一个操作系统消耗CPU、RAM和存储资源，只有一个操作系统需要授权，只有一个操作系统需要升级和打补丁。同时，只有一个操作系统面临被攻击的风险。当需要运行成百上千应用的时候，就会引起质的变化。

  2. 另一个值得考虑的事情是启动时间。 因为容器并不是完整的操作系统，所以其启动要远比虚拟机快。在容器内部并不需要内核，也就没有定位、解压以及初始化的过程——更不用提在内核启动过程中对硬件的遍历和初始化了。这些在容器启动的过程中统统都不需要！唯一需要的是位于下层操作系统的共享内核是启动了的！唯一对容器启动时间有影响的就是容器内应用启动所花费的时间。

 

2. 容器启动过程描述

docker container run -it ubuntu:latest /bin/bashUnable to find image 'ubuntu:latest' locally
latest: Pulling from library/ubuntu
eed1663d2238: Pull complete 
Digest: sha256:2e863c44b718727c860746568e1d54afd13b2fa71b160f5cd9058fc436217b30
Status: Downloaded newer image for ubuntu:latest# Shell提示符发生了变化，说明目前已经位于容器内部了。
# @之后的一长串数字就是容器唯一ID的前12个字符。
root@80e819b93ae8:/#

启动过程描述

  1. Docker客户端选择合适的API来调用Docker daemon。
  2. Docker daemon接收到命令并搜索Docker本地缓存，观察是否有命令所请求的镜像。 在上面引用的示例中，本地缓存并未包含该镜像，所以Docker接下来查询在Docker Hub中是否存在对应镜像。找到该镜像后，Docker将镜像拉取到本地，存储在本地缓存当中（本地镜像缓存如何清理、如何更新镜像）。
  3. 一旦镜像拉取到本地，daemon就创建容器并在其中运行指定的应用。
  4. 若尝试在容器内执行一些基础命令，可能会发现某些指令无法正常工作。这是因为大部分容器镜像都是经过高度优化的。这意味着某些命令或者包可能没有安装。下面的示例展示了两个命令——一条执行成功，一条执行失败。

 

3. 容器进程

ps -elf命令在容器内部查看存在的进程。按下Ctrl-Q组合键则会退出容器但并不终止容器运行。这样做会切回到Docker主机的Shell，并保持容器在后台运行。

查看容器列表

docker container ls CONTAINER ID   IMAGE                              COMMAND                   CREATED       STATUS                   PORTS                NAMES
8cdbf1e2555e   nginx:latest                       "/docker-entrypoint.…"   8 weeks ago   Up 4 minutes             0.0.0.0:80->80/tcp   docker-nginx-1
ff4ad6aedc59   langgenius/dify-api:0.6.11         "/bin/bash /entrypoi…"   8 weeks ago   Up 4 minutes             5001/tcp             docker-worker-1

进入到容器内部

docker container exec -it 8cdbf1e2555e bash root@8cdbf1e2555e:/# ls
bin  boot  dev docker-entrypoint.d  docker-entrypoint.sh  etc home  lib  media  mnt  opt  proc  root run  sbin  srv sys  tmp  usr  varroot@8cdbf1e2555e:/# whereis nginx 
nginx: /usr/sbin/nginx /usr/lib/nginx /etc/nginx /usr/share/nginx

停止和删除容器

docker container stop 3027eb64487
docker container rm 3027eb64487

 

4. 容器生命周期与文件保存

本节主要关注容器的生命周期——从创建、运行、休眠，直至销毁的整个过程。

新建一个容器，并在这个容器中创建一个文件


$ docker container run --name percy -it ubuntu:latest /bin/bash
root@9cb2d2fd1d65:/#
root@9cb2d2fd1d65:/# cd tmp
root@9cb2d2fd1d65:/tmp# echo "DevOps FTW" > newfile
root@9cb2d2fd1d65:/tmp# cat newfile
DevOps FTW

停止然后重启，看到文件存在

docker container stop percy 
docker container ls -a docker container start percy
# percy
docker container exec -it percy bash root@41ea8da1ab68:/# cd /tmp
root@41ea8da1ab68:/tmp# ls
newfile
root@41ea8da1ab68:/tmp# cat newfile 
DevOps FTW

上面说明了容器的持久化特性，但是卷（volume）才是在容器中存储持久化数据的首选方式。

docker container  stop percy   
docker container rm percy 
docker container ls -a  |grep percy

直至明确删除容器前，容器都不会丢弃其中的数据。

 

5. 优雅地停止容器：两阶段方式停止并删除容器

当使用docker container rm <container> -f来销毁运行中的容器时，不会发出任何告警，来不及做任何事情。

先通过：docker stop，再rm
docker container stop命令向容器内的PID 1进程发送了SIGTERM这样的信号，会为进程预留一个清理并优雅停止的机会。如果10s内进程没有终止，那么就会收到SIGKILL信号。

 

6. 利用重启策略进行容器的自我修复

重启策略是容器一种自我修复能力，通常建议在运行容器时配置好重启策略，可以在指定事件或者错误后重启来完成自我修复。重启策略应用于每个容器，可以作为参数被强制传入docker-container run命令中，或者在Compose文件中声明​。

目前容器支持的重启策略包括always、unless-stopped和on-failed。

6.1. always策略

除非容器被明确停止（docker container stop），否则该策略会一直尝试重启处于停止状态的容器。

如下示例

# 我们在命令中指定运行Shell进程。当容器启动的时候，会登录到该Shell。
# 退出Shell时会杀死容器中PID为1的进程，并且杀死这个容器。
# 但是因为指定了--restart always策略，所以容器会自动重启。$ docker container run --name neversaydie -it --restart always alpine sh//等待几秒后输入exit/# exitdocker container ls
CONTAINER ID    IMAGE     COMMAND     CREATED           STATUS
0901afb84439    alpine    "sh"        35 seconds ago    Up 1 second#运行docker container ls命令，就会看到容器的启动时间小于创建时间。docker container stop neversaydie
neversaydiedocker container ls -a  |grep neversaydie
7e3c5c2cef3e   alpine                             "sh"                      5 minutes ago   Exited (137) 2 seconds ago                        neversaydie

有一个有意思的现象：
新创建一个容器并指定--restart always策略，然后通过docker container stop命令停止该容器。当重启Docker daemon，当daemon启动完成时，该容器也会重新启动。

 

6.2. unless-stopped 策略

always和unless-stopped的最大区别，处于Stopped (Exited)状态的容器，不会在Docker daemon重启的时候被重启。

 

6.3. on-failure策略

on-failure策略会在退出容器并且返回值不是0的时候，重启容器。就算容器处于stopped状态，在Docker daemon重启的时候，容器也会被重启。

 

Docker Compose中配置如下

version: "3.5"
services:myservice:<Snip>restart_policy:condition: always | unless-stopped | on-failure

 

7. Web服务器示例

在该示例中，会使用到我用于Pluralsight视频教程网站中的一个镜像。这个镜像会在8080端口启动一个相当简单的Web服务。

$ docker container run -d --name webserver -p 80:8080 \nigelpoulton/pluralsight-docker-ciUnable to find image 'nigelpoulton/pluralsight-docker-ci:latest' locally
latest: Pulling from nigelpoulton/pluralsight-docker-ci
a3ed95caeb02: Pull complete
3b231ed5aa2f:  Pull complete
7e4f9cd54d46:  Pull complete
。。。
Digest: sha256:7a6b0125fe7893e70dc63b2...9b12a28e2c38bd8d3d
Status: Downloaded newer image for nigelpoulton/plur...docker-ci:latest
6efa1838cd51b92a4817e0e7483d103bf72a7ba7ffb5855080128d85043fef21

启动命令解释：

  1. docker container run会启动一个新容器，
  2. -d表示后台模式，告知容器在后台运行。这种后台启动的方式不会将当前终端连接到容器当中。
  3. –name为容器命名
  4. -p 80:8080：指定端口，并将Docker主机的端口映射到容器内。它将宿主机的端口 80 映射到容器的端口 8080。换句话说，当你访问宿主机的端口 80 时，Docker 会将流量转发到容器的端口 8080。
    这常用于将容器中的服务暴露到主机上的端口，以便外部访问。

 

查看当前运行的容器以及端口的映射情况

$ docker container ls
CONTAINER ID  COMMAND         STATUS       PORTS               NAMES
6efa1838cd51  /bin/sh -c...   Up 2 mins  0.0.0.0:80->8080/tcp  webserver# 注意：
# 端口信息按照host-port:container-port的格式显示

在浏览器中指定Docker主机的IP地址或DNS名称，端口号是80。
 
在这里插入图片描述

 

为什么需要端口映射

直接访问容器的端口（如 8080）通常需要在容器内执行，或者使用 Docker 网络模式使容器直接暴露端口。

但在默认的桥接网络模式下，外部流量无法直接访问容器的端口，必须通过宿主机的端口进行转发。通过 -p 选项进行端口映射，确保外部可以访问到容器内部的服务。如果容器直接运行在宿主机上，使用宿主机的 IP 和指定端口是更常用的做法。

 

8. 查看容器详情

docker image inspect 38532784de04 > /Users/lianggao/Downloads/11.log..."Config": {"Hostname": "","Domainname": "","User": "","AttachStdin": false,"AttachStdout": false,"AttachStderr": false,"ExposedPorts": {"5001/tcp": {}},"Tty": false,"OpenStdin": false,"StdinOnce": false,"Env": ["PATH=/usr/local/bin:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin","LANG=C.UTF-8","GPG_KEY=A035C8C19219BA821ECEA86B64E628F8D684696D","PYTHON_VERSION=3.10.14","PYTHON_PIP_VERSION=23.0.1","PYTHON_SETUPTOOLS_VERSION=65.5.1","PYTHON_GET_PIP_URL=https://github.com/pypa/get-pip/raw/dbf0c85f76fb6e1ab42aa672ffca6f0a675d9ee4/public/get-pip.py","PYTHON_GET_PIP_SHA256=dfe9fd5c28dc98b5ac17979a953ea550cec37ae1b47a5116007395bfacff2ab9","FLASK_APP=app.py","EDITION=SELF_HOSTED","DEPLOY_ENV=PRODUCTION","CONSOLE_API_URL=http://127.0.0.1:5001","CONSOLE_WEB_URL=http://127.0.0.1:3000","SERVICE_API_URL=http://127.0.0.1:5001","APP_WEB_URL=http://127.0.0.1:3000","TZ=UTC","COMMIT_SHA=12c815c597b121357151c798aae6580304416937"],"Cmd": null,"ArgsEscaped": true,"Image": "","Volumes": null,"WorkingDir": "/app/api","Entrypoint": ["/bin/bash","/entrypoint.sh"],

 

三. 容器命令小结

docker container run创建容器。
docker container run -it ubuntu /bin/bash命令会在前台启动一个Ubuntu容器，并运行Bash Shell。
Ctrl-Q会断开Shell和容器终端之间的链接，并在退出后保持容器在后台处于运行（UP）状态。
docker container ls用于列出所有在运行（UP）状态的容器。如果使用-a标记，还可以看到处于停止（Exited）状态的容器。
docker container exec -it <c-name\id> bash在容器内部启动一个Bash Shell进程，并连接到该Shell。为了使该命令生效，用于创建容器的镜像必须包含Bash Shell。
docker container stop命令会停止运行中的容器，并将状态置为Exited(0)。该命令通过发送SIGTERM信号给容器内PID为1的进程达到目的。如果进程没有在10s之内得到清理并停止运行，那么会接着发送SIGKILL信号来强制停止该容器。
docker container rm会删除停止运行的容器。
docker container inspect命令会显示容器的配置细节和运行时信息。

 

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