Docker 学习大纲：从入门到高级实战，涵盖基础操作、进阶技巧与项目实践

一、入门阶段

（一）Docker 基础概念

1. 容器技术简介

• 容器与虚拟机的区别
  • 虚拟机（VM）通过虚拟化硬件运行完整的操作系统，而容器共享宿主机的操作系统内核，仅包含应用程序及其依赖，因此启动更快、资源占用更少。
  • 示例：运行一个简单的 Web 服务，虚拟机可能需要几分钟启动，而容器只需几秒。
• 容器的优势
  • 轻量级：容器仅包含必要的应用程序和依赖，不包含完整的操作系统。
  • 快速启动：容器启动只需几秒，而虚拟机可能需要几分钟。
  • 隔离性：容器之间相互隔离，互不影响。

2. Docker 的定义与架构

• Docker 的定义
  • Docker 是一个开源的应用容器引擎，允许开发者打包他们的应用以及其依赖包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的 Linux 机器上，也可以实现虚拟化。
• Docker 的架构组成
  • 客户端（Client）：用户与 Docker 交互的工具，如 docker 命令行工具。
  • 守护进程（Daemon）：在后台运行的进程，负责管理镜像、容器、网络和存储卷等。
  • 镜像（Image）：只读模板，包含运行容器所需的文件系统和应用程序。
  • 容器（Container）：镜像的运行实例，可以启动、停止、删除等。
  • 仓库（Repository）：存储镜像的地方，如 Docker Hub 或私有仓库。
• Docker 的工作原理
  • Docker 使用 Linux 内核的特性（如 Namespaces 和 Cgroups）来实现容器的隔离和资源限制。

3. 核心概念

• 镜像（Image）

  • 定义与作用
    • 镜像是一个只读模板，包含运行容器所需的文件系统和应用程序。
    • 示例：基于 Ubuntu 的镜像，包含操作系统和必要的工具。
  • 分层存储机制

    • 镜像是由多层组成的，每一层代表一个操作（如安装软件、复制文件等）。

    • 示例：一个简单的 Dockerfile 可能包含以下内容：

      FROM ubuntu:20.04
      RUN apt-get update && apt-get install -y nginx
      CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]
      

      这个 Dockerfile 定义了一个基于 Ubuntu 20.04 的镜像，安装了 Nginx 并设置为前台运行。

• 容器（Container）

  • 定义与作用

    • 容器是镜像的运行实例，可以启动、停止、删除等。

    • 示例：运行一个 Nginx 容器：

      docker run -d -p 80:80 --name my-nginx nginx
      

      这个命令会从 Docker Hub 拉取最新的 Nginx 镜像，并在后台运行一个名为 my-nginx 的容器，将容器的 80 端口映射到宿主机的 80 端口。

  • 生命周期管理

    • 容器的生命周期包括创建、启动、停止、删除等。

    • 示例：

      docker start my-nginx  # 启动容器
      docker stop my-nginx   # 停止容器
      docker rm my-nginx     # 删除容器
      

• 仓库（Repository）

  • 定义与作用

    • 仓库是存储镜像的地方，可以是 Docker Hub 或私有仓库。

    • 示例：从 Docker Hub 拉取一个镜像：

      docker pull nginx
      

      将本地镜像推送到 Docker Hub：

      docker tag my-nginx myusername/nginx:latest
      docker push myusername/nginx:latest
      

（二）Docker 安装与配置

1. 安装 Docker

• Windows 系统
  • 使用 Docker Desktop for Windows 安装 Docker。
  • 示例：下载并安装 Docker Desktop for Windows 后，启动 Docker Desktop，它会自动配置 Docker 的资源分配。
• Mac 系统
  • 使用 Docker Desktop for Mac 安装 Docker。
  • 示例：下载并安装 Docker Desktop for Mac 后，启动 Docker Desktop，它会自动配置 Docker 的网络设置。
• Linux 系统

  • 在主流 Linux 发行版（如 Ubuntu、CentOS、Debian 等）上安装 Docker。

  • 示例（Ubuntu）：

    sudo apt-get update
    sudo apt-get install -y docker.io
    

    示例（CentOS）：

    sudo yum install -y docker
    sudo systemctl start docker
    sudo systemctl enable docker
    

2. 配置 Docker 镜像加速

• 了解镜像加速的必要性
  • 默认情况下，Docker 从 Docker Hub 拉取镜像，但国内访问 Docker Hub 可能较慢。使用镜像加速器可以提高拉取速度。
• 配置国内镜像加速器

  • 示例（使用阿里云镜像加速器）：

    sudo mkdir -p /etc/docker
    sudo tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'
    {"registry-mirrors": ["https://<your-aliyun-id>.mirror.aliyuncs.com"]
    }
    EOF
    sudo systemctl daemon-reload
    sudo systemctl restart docker
    

3. 验证 Docker 安装

• 查看 Docker 版本

  docker version
  

• 查看 Docker 系统信息

  docker info
  

• 运行一个简单的 Docker 容器

  docker run hello-world
  

  如果输出“Hello from Docker!”，则表示安装成功。

（三）运行第一个 Docker 容器

1. 拉取镜像

• 使用 docker pull 命令从 Docker Hub 拉取镜像

  docker pull nginx
  

• 查看本地镜像列表

  docker images
  

2. 运行容器

• 使用 docker run 命令启动容器

  docker run -d -p 80:80 --name my-nginx nginx
  

  • -d：后台运行
  • -p 80:80：将容器的 80 端口映射到宿主机的 80 端口
  • --name my-nginx：为容器指定名称

• 查看正在运行的容器

  docker ps
  

3. 探索 Docker 命令行工具

• 查看容器日志

  docker logs my-nginx
  

• 进入正在运行的容器

  docker exec -it my-nginx /bin/bash
  

• 停止容器

  docker stop my-nginx
  

• 删除容器

  docker rm my-nginx
  

二、基础操作阶段

（一）镜像操作

1. 构建自定义镜像

• 编写 Dockerfile

  • 示例：创建一个简单的 Dockerfile 构建一个包含 Python 应用的镜像。

    # 基础镜像
    FROM python:3.9-slim# 设置工作目录
    WORKDIR /app# 复制当前目录下的文件到工作目录
    COPY . /app# 安装依赖
    RUN pip install -r requirements.txt# 指定容器启动时运行的命令
    CMD ["python", "app.py"]
    

  • 保存为 Dockerfile，并在同一目录下创建 requirements.txt 和 app.py 文件。

  • requirements.txt 示例：

    Flask==2.0.1
    

  • app.py 示例：

    from flask import Flask
    app = Flask(__name__)@app.route('/')
    def hello_world():return 'Hello, Docker!'if __name__ == '__main__':app.run(host='0.0.0.0', port=5000)
    

• 构建镜像

  docker build -t my-python-app .
  

  • -t my-python-app：为镜像指定名称和标签。

• 使用多阶段构建优化镜像

  • 示例：使用多阶段构建优化镜像，减少最终镜像大小。

    # 第一阶段：构建阶段
    FROM python:3.9-slim AS builder
    WORKDIR /app
    COPY . /app
    RUN pip install -r requirements.txt# 第二阶段：运行阶段
    FROM python:3.9-slim
    COPY --from=builder /app /app
    WORKDIR /app
    CMD ["python", "app.py"]
    

  • 构建镜像：

    docker build -t my-python-app .
    

2. 从 Docker Hub 拉取镜像

• 搜索 Docker Hub 上的镜像

  docker search nginx
  

• 拉取官方镜像

  docker pull nginx
  

• 拉取第三方镜像

  docker pull redis
  

• 使用 docker pull 命令的常用选项

  • 指定镜像版本：

    docker pull nginx:1.21
    

  • 指定平台：

    docker pull --platform linux/amd64 nginx
    

3. 推送镜像到 Docker 仓库

• 注册 Docker Hub 账号

  • 访问 Docker Hub 注册账号。

• 登录 Docker Hub

  docker login
  

• 标签镜像

  docker tag my-python-app myusername/my-python-app:latest
  

• 推送镜像到 Docker Hub

  docker push myusername/my-python-app:latest
  

• 配置私有仓库并推送镜像到私有仓库

  • 示例：使用 Docker Registry 创建私有仓库。

    docker run -d -p 5000:5000 --name registry registry:2
    

    将镜像推送到私有仓库：

    docker tag my-python-app localhost:5000/my-python-app:latest
    docker push localhost:5000/my-python-app:latest
    

（二）容器管理

1. 启动、停止、删除容器

• 启动容器

  docker start my-nginx
  

• 停止容器

  docker stop my-nginx
  

• 重启容器

  docker restart my-nginx
  

• 删除容器

  docker rm my-nginx
  

• 删除所有已停止的容器

  docker container prune
  

2. 查看容器日志

• 查看容器的标准输出和标准错误日志

  docker logs my-nginx
  

• 跟踪日志

  docker logs -f my-nginx
  

• 显示时间戳

  docker logs --timestamps my-nginx
  

• 配置容器的日志驱动

  • 示例：使用 json-file 日志驱动。

    docker run -d --log-driver=json-file --log-opt max-size=10m --log-opt max-file=3 nginx
    

3. 容器的生命周期管理

• 查看容器状态

  docker ps -a
  

• 查看容器的详细信息

  docker inspect my-nginx
  

• 查看容器内运行的进程

  docker top my-nginx
  

• 查看容器的资源使用情况

  docker stats my-nginx
  

（三）Docker 网络

1. 理解 Docker 网络概念

• 网络模式的分类
  • bridge：默认网络模式，容器连接到 Docker 内置的网桥。
  • host：容器共享宿主机的网络栈。
  • none：容器不配置网络。
• 默认网络的作用
  • 示例：默认情况下，Docker 会创建一个名为 docker0 的网桥，容器会连接到这个网桥。

2. 创建自定义网络

• 创建桥接网络

  docker network create my-bridge-network
  

• 配置网络的子网、网关等参数

  docker network create --subnet 192.168.1.0/24 --gateway 192.168.1.1 my-bridge-network
  

• 查看网络列表

  docker network ls
  

• 查看网络的详细信息

  docker network inspect my-bridge-network
  

3. 连接容器到网络

• 将容器连接到自定义网络

  docker run -d --name my-nginx --network my-bridge-network nginx
  

• 配置容器的网络参数

  docker run -d --name my-nginx --network my-bridge-network --ip 192.168.1.100 nginx
  

• 测试容器之间的网络通信

  • 示例：运行两个容器并测试它们之间的通信。

    docker run -d --name my-nginx1 --network my-bridge-network nginx
    docker run -d --name my-nginx2 --network my-bridge-network nginx
    docker exec -it my-nginx1 ping my-nginx2
    

• 将容器从网络中移除

  docker network disconnect my-bridge-network my-nginx
  

（四）数据管理

1. 使用数据卷持久化数据

• 数据卷的类型

  • 绑定挂载：将宿主机的目录或文件挂载到容器内。
  • 命名卷：由 Docker 管理的卷，具有名称。
  • 匿名卷：没有名称的卷，通常用于临时数据。

• 创建和管理数据卷

  docker volume create my-data
  

• 查看数据卷列表

  docker volume ls
  

• 查看数据卷的详细信息

  docker volume inspect my-data
  

• 将数据卷挂载到容器

  • 绑定挂载

    docker run -d --name my-nginx -v /path/to/host:/path/to/container nginx
    

  • 命名卷

    docker run -d --name my-nginx -v my-data:/path/to/container nginx
    

  • 匿名卷

    docker run -d --name my-nginx -v /path/to/container nginx
    

• 持久化容器内的数据

  • 示例：运行一个 MySQL 容器并持久化数据。

    docker run -d --name my-mysql -v my-mysql-data:/var/lib/mysql -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=my-secret-pw mysql
    

2. 备份和恢复容器数据

• 使用数据卷备份容器数据

  • 示例：备份 MySQL 数据。

    docker run --rm --volumes-from my-mysql -v $(pwd):/backup ubuntu tar cvf /backup/mysql-backup.tar /var/lib/mysql
    

• 使用 Docker 命令导出和导入容器数据

  • 导出容器数据：

    docker export my-nginx > my-nginx.tar
    

  • 导入容器数据：

    cat my-nginx.tar | docker import - my-nginx
    

• 使用数据卷迁移容器数据到其他主机

  • 示例：将数据卷迁移到另一台主机。

    docker save my-mysql-data > my-mysql-data.tar
    scp my-mysql-data.tar other-host:/path/to/destination
    docker load < my-mysql-data.tar
    

• 使用 Docker Compose 管理多容器应用的数据持久化

  • 示例：使用 Docker Compose 配置 MySQL 和 Nginx 的数据持久化。

    version: '3'
    services:mysql:image: mysqlvolumes:- my-mysql-data:/var/lib/mysqlenvironment:MYSQL_ROOT_PASSWORD: my-secret-pwnginx:image: nginxvolumes:- my-nginx-data:/usr/share/nginx/html
    volumes:my-mysql-data:my-nginx-data:
    

三、进阶阶段

（一）Docker Compose

1. 编写和运行 Docker Compose 文件

• 编写 docker-compose.yml 文件

  • 示例：定义一个简单的 Web 应用和数据库服务。

    version: '3'
    services:web:image: nginxports:- "80:80"volumes:- ./html:/usr/share/nginx/htmldb:image: mysqlenvironment:MYSQL_ROOT_PASSWORD: my-secret-pw
    

  • 保存为 docker-compose.yml 文件。

• 启动服务

  docker-compose up -d
  

• 停止服务

  docker-compose down
  

2. 管理多容器应用

• 查看服务状态

  docker-compose ps
  

• 查看服务日志

  docker-compose logs
  

• 进入服务容器

  docker-compose exec web /bin/bash
  

• 扩展服务实例数量

  docker-compose up -d --scale web=3
  

• 查看配置文件

  docker-compose config
  

3. Docker Compose 的高级用法

• 使用 docker-compose.override.yml 文件覆盖默认配置

  • 示例：覆盖默认的 docker-compose.yml 文件中的配置。

    version: '3'
    services:web:ports:- "8080:80"
    

  • 保存为 docker-compose.override.yml 文件。

• 使用环境变量文件

  • 示例：创建 .env 文件。

    MYSQL_ROOT_PASSWORD=my-secret-pw
    

  • 在 docker-compose.yml 文件中引用环境变量。

    version: '3'
    services:db:image: mysqlenvironment:MYSQL_ROOT_PASSWORD: ${MYSQL_ROOT_PASSWORD}
    

• 配置服务的健康检查

  • 示例：为服务配置健康检查。

    version: '3'
    services:web:image: nginxhealthcheck:test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost"]interval: 30stimeout: 10sretries: 3
    

• 部署多容器应用到生产环境

  • 示例：使用 Docker Compose 部署到 Docker Swarm 集群。

    docker swarm init
    docker stack deploy -c docker-compose.yml my-app
    

（二）Docker Swarm

1. 了解 Docker Swarm 集群

• 集群的节点类型
  • 管理节点（Manager Node）：负责集群的管理和调度。
  • 工作节点（Worker Node）：负责运行容器。
• 集群的通信机制
  • 示例：管理节点之间使用 Raft 协议进行共识，工作节点通过 Gossip 协议与管理节点通信。

2. 初始化 Docker Swarm 集群

• 初始化管理节点

  docker swarm init --advertise-addr <MANAGER-IP>
  

• 将工作节点加入集群

  docker swarm join --token <WORKER-TOKEN> <MANAGER-IP>:2377
  

• 查看集群状态

  docker node ls
  

• 配置集群的网络和存储

  • 示例：创建一个覆盖网络。

    docker network create --driver overlay my-overlay-network
    

3. 部署服务到 Swarm 集群

• 创建服务

  docker service create --name my-web --replicas 3 --network my-overlay-network -p 80:80 nginx
  

• 查看服务列表

  docker service ls
  

• 查看服务的详细信息

  docker service inspect my-web
  

• 更新服务配置

  docker service update --replicas 5 my-web
  

• 删除服务

  docker service rm my-web
  

4. 管理 Docker Swarm 集群

• 配置集群的高可用性

  • 示例：添加多个管理节点。

    docker swarm join-token manager
    

    将其他节点加入管理节点。

• 使用 docker stack 部署和管理多服务应用

  • 示例：使用 Docker Compose 文件部署应用。

    docker stack deploy -c docker-compose.yml my-app
    

• 监控集群的资源使用情况

  • 示例：使用 Prometheus 和 Grafana 监控集群。

    docker service create --name my-prometheus -p 9090:9090 prom/prometheus
    docker service create --name my-grafana -p 3000:3000 grafana/grafana
    

• 使用 Docker Compose 部署应用到 Swarm 集群

  • 示例：在 docker-compose.yml 文件中添加 deploy 配置。

    version: '3'
    services:web:image: nginxdeploy:replicas: 3resources:limits:cpus: '0.50'memory: 50Mrestart_policy:condition: on-failureports:- "80:80"networks:- my-overlay-network
    networks:my-overlay-network:driver: overlay
    

• 处理集群的故障恢复和节点维护

  • 示例：将节点标记为维护模式。

    docker node update --availability drain <NODE-ID>
    

（三）Docker 安全性

1. 容器安全最佳实践

• 使用最小化镜像

  • 示例：使用 Alpine Linux 作为基础镜像。

    FROM alpine:latest
    RUN apk add --no-cache nginx
    CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]
    

• 遵循最小权限原则

  • 示例：使用非 root 用户运行容器。

    FROM python:3.9-slim
    RUN useradd -m myuser
    USER myuser
    CMD ["python", "app.py"]
    

• 定期更新镜像和容器

  • 示例：定期拉取最新镜像。

    docker pull nginx
    

• 使用安全的网络配置

  • 示例：限制网络访问。

    docker run -d --name my-nginx --network my-bridge-network nginx
    

• 配置容器的资源限制

  • 示例：限制容器的 CPU 和内存使用。

    docker run -d --name my-nginx --cpus="0.5" --memory="50m" nginx
    

2. Docker 镜像安全性

• 使用 Docker Content Trust 签名和验证镜像

  • 示例：启用 Docker Content Trust。

    export DOCKER_CONTENT_TRUST=1
    

• 扫描镜像漏洞

  • 示例：使用 Trivy 扫描镜像。

    trivy image nginx
    

• 配置镜像的安全策略

  • 示例：仅允许特定来源的镜像。

    docker pull myusername/my-python-app:latest
    

• 使用私有仓库增强镜像安全性

  • 示例：将镜像推送到私有仓库。

    docker push localhost:5000/my-python-app:latest
    

• 管理镜像的版本和签名

  • 示例：为镜像添加标签和签名。

    docker tag my-python-app myusername/my-python-app:1.0
    docker push myusername/my-python-app:1.0
    

3. Docker 安全配置

• 配置 Docker 的安全策略

  • 示例：使用 AppArmor 配置安全策略。

    docker run -d --name my-nginx --security-opt apparmor:my-profile nginx
    

• 使用 Docker 的安全选项

  • 示例：限制容器的能力。

    docker run -d --name my-nginx --cap-drop ALL nginx
    

• 配置 Docker 的用户和权限管理

  • 示例：使用 Docker 的用户组管理权限。

    sudo usermod -aG docker myuser
    

• 使用 Docker 的日志审计功能

  • 示例：配置日志审计。

    docker run -d --name my-nginx --log-opt audit=true nginx
    

• 防范常见的安全威胁

  • 示例：防止容器逃逸。

    docker run -d --name my-nginx --security-opt no-new-privileges=true nginx
    

四、高级阶段

（一）Docker 插件和扩展

1. 使用 Docker 插件扩展功能

• 安装和配置 Docker 插件

  • 示例：安装 Weave 网络插件。

    docker plugin install weaveworks/weave:latest
    

• 使用网络插件

  • 示例：使用 Weave 网络插件创建跨主机网络。

    docker network create --driver weaveworks/weave:latest my-weave-network
    

• 使用存储插件

  • 示例：使用 Ceph 存储插件。

    docker plugin install ceph/ceph:latest
    

• 使用日志插件

  • 示例：使用 Fluentd 日志插件。

    docker plugin install fluent/fluentd:latest
    

2. 开发自定义 Docker 插件

• 了解 Docker 插件的开发框架和接口

  • 示例：使用 Go 语言开发自定义网络插件。

    package mainimport ("github.com/docker/docker/plugin/v2/logdriver""github.com/docker/docker/plugin/v2/logdriver/fluentd"
    )func main() {logdriver.Serve(&fluentd.FluentdLogDriver{})
    }
    

• 测试和部署自定义插件

  • 示例：编译并安装自定义插件。

    go build -o my-log-driver
    docker plugin install --grant-all-permissions ./my-log-driver
    

（二）自动化部署

1. 使用 CI/CD 工具进行 Docker 化应用程序的自动化部署

• 配置 CI/CD 工具的 Docker 插件

  • 示例：使用 Jenkins 配置 Docker 插件。

    sudo apt-get install -y docker.io
    sudo usermod -aG docker jenkins
    

• 编写 CI/CD 流水线脚本

  • 示例：使用 Jenkinsfile 配置流水线。

    pipeline {agent anystages {stage('Build') {steps {sh 'docker build -t my-python-app .'}}stage('Test') {steps {sh 'docker run --rm my-python-app python -m unittest discover'}}stage('Deploy') {steps {sh 'docker push myusername/my-python-app:latest'}}}
    }
    

• 实现代码提交后的自动构建、测试、镜像推送和部署

  • 示例：配置 GitLab CI。

    stages:- build- deploybuild:stage: buildscript:- docker build -t my-python-app .- docker login -u $DOCKER_USERNAME -p $DOCKER_PASSWORD- docker push myusername/my-python-app:latestdeploy:stage: deployscript:- docker pull myusername/my-python-app:latest- docker stack deploy -c docker-compose.yml my-app
    

• 配置环境变量和密钥管理

  • 示例：在 Jenkins 中配置环境变量。

    export DOCKER_USERNAME=myusername
    export DOCKER_PASSWORD=mypassword
    

• 使用 Docker Compose 或 Kubernetes 部署应用

  • 示例：使用 Docker Compose 部署应用。

    docker-compose up -d
    

2. Docker 化应用的持续集成与持续部署

• 实现多环境部署

  • 示例：配置多环境部署。

    stages:- build- deploy-dev- deploy-prodbuild:stage: buildscript:- docker build -t my-python-app .- docker login -u $DOCKER_USERNAME -p $DOCKER_PASSWORD- docker push myusername/my-python-app:latestdeploy-dev:stage: deploy-devscript:- docker pull myusername/my-python-app:latest- docker stack deploy -c docker-compose-dev.yml my-appdeploy-prod:stage: deploy-prodscript:- docker pull myusername/my-python-app:latest- docker stack deploy -c docker-compose-prod.yml my-app
    

• 使用 Docker Compose 或 Kubernetes 的滚动更新策略

  • 示例：使用 Kubernetes 的滚动更新策略。

    kubectl set image deployment/my-app my-app=myusername/my-python-app:latest
    

• 配置蓝绿部署或金丝雀部署策略

  • 示例：使用蓝绿部署策略。

    kubectl apply -f my-app-blue.yaml
    kubectl apply -f my-app-green.yaml
    

• 监控部署过程中的应用状态

  • 示例：使用 Prometheus 和 Grafana 监控应用状态。

    docker run -d --name my-prometheus -p 9090:9090 prom/prometheus
    docker run -d --name my-grafana -p 3000:3000 grafana/grafana
    

• 处理部署过程中的回滚和故障恢复

  • 示例：回滚到之前的版本。

    kubectl rollout undo deployment/my-app
    

（三）性能优化

1. 优化镜像大小

• 使用多阶段构建减少镜像体积

  • 示例：使用多阶段构建优化镜像。

    # 第一阶段：构建阶段
    FROM python:3.9-slim AS builder
    WORKDIR /app
    COPY . /app
    RUN pip install -r requirements.txt# 第二阶段：运行阶段
    FROM python:3.9-slim
    COPY --from=builder /app /app
    WORKDIR /app
    CMD ["python", "app.py"]
    

• 使用轻量级基础镜像

  • 示例：使用 Alpine Linux 作为基础镜像。

    FROM alpine:latest
    RUN apk add --no-cache nginx
    CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]
    

• 删除不必要的文件和依赖

  • 示例：在构建过程中清理不必要的文件。

    RUN apt-get clean && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
    

2. 优化容器的资源使用

• 配置容器的 CPU 和内存限制

  • 示例：限制容器的 CPU 和内存使用。

    docker run -d --name my-nginx --cpus="0.5" --memory="50m" nginx
    

• 使用资源调度策略

  • 示例：配置资源调度策略。

    docker run -d --name my-nginx --cpu-shares 512 --memory-reservation 100m nginx
    

• 监控容器的资源使用情况

  • 示例：使用 docker stats 命令监控容器的资源使用。

    docker stats my-nginx
    

3. 优化容器的网络性能

• 使用高效的网络插件

  • 示例：使用 Weave 网络插件。

    docker plugin install weaveworks/weave:latest
    docker network create --driver weaveworks/weave:latest my-weave-network
    

• 配置网络的 MTU 和缓冲区大小

  • 示例：配置网络的 MTU。

    docker network create --driver bridge --opt com.docker.network.driver.mtu=1450 my-network
    

• 使用负载均衡器优化网络流量

  • 示例：使用 HAProxy 作为负载均衡器。

    docker run -d --name my-haproxy -p 80:80 haproxy
    

4. 优化容器的存储性能

• 使用高性能存储插件

  • 示例：使用 Ceph 存储插件。

    docker plugin install ceph/ceph:latest
    

• 配置存储的缓存策略和读写性能

  • 示例：配置存储的缓存策略。

    docker run -d --name my-mysql -v my-mysql-data:/var/lib/mysql -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=my-secret-pw mysql
    

• 使用数据卷的快照和备份功能

  • 示例：使用 Docker Volume 插件进行数据卷备份。

    docker volume ls
    docker volume inspect my-mysql-data
    

5. 优化 Docker 守护进程的性能

• 配置 Docker 的日志驱动和日志级别

  • 示例：配置日志驱动。

    docker run -d --name my-nginx --log-driver json-file --log-opt max-size=10m nginx
    

• 调整 Docker 的存储驱动参数

  • 示例：调整存储驱动参数。

    sudo nano /etc/docker/daemon.json
    {"storage-driver": "overlay2","storage-opts": ["overlay2.override_kernel_check=true"]
    }
    sudo systemctl daemon-reload
    sudo systemctl restart docker
    

• 使用 Docker 的资源限制和调度策略

  • 示例：配置资源限制。

    docker run -d --name my-nginx --cpus="0.5" --memory="50m" nginx
    

五、实战项目与进阶技巧阶段

（一）实战项目

1. 参与实际的 Docker 项目

• 选择一个开源项目或实际业务需求

  • 示例：选择一个开源的 Web 应用项目，如 Flaskr。

• 分析项目需求并设计 Docker 化方案

  • 示例：设计 Docker 化方案，包括镜像构建、网络配置和数据卷管理。

    # Dockerfile
    FROM python:3.9-slim
    WORKDIR /app
    COPY . /app
    RUN pip install -r requirements.txt
    CMD ["python", "flaskr.py"]
    

    # docker-compose.yml
    version: '3'
    services:web:build: .ports:- "5000:5000"volumes:- ./flaskr:/app/flaskrdb:image: mysqlenvironment:MYSQL_ROOT_PASSWORD: my-secret-pw
    

• 构建项目的 Docker 镜像

  docker build -t my-flaskr-app .
  

• 配置项目的 Docker 网络和数据卷

  docker-compose up -d
  

• 使用 Docker Compose 或 Kubernetes 部署项目

  docker-compose up -d
  

• 测试和优化项目的性能

  • 示例：使用 Prometheus 和 Grafana 监控应用性能。

    docker run -d --name my-prometheus -p 9090:9090 prom/prometheus
    docker run -d --name my-grafana -p 3000:3000 grafana/grafana
    

• 监控项目的运行状态并处理故障

  • 示例：使用 Docker 的日志和监控工具定位故障。

    docker logs my-web
    docker stats my-web
    

2. Docker 化 Web 应用开发

• 使用 Docker 开发基于 Flask 的 Python Web 应用

  • 示例：创建一个简单的 Flask 应用。

    # app.py
    from flask import Flask
    app = Flask(__name__)@app.route('/')
    def hello_world():return 'Hello, Docker!'if __name__ == '__main__':app.run(host='0.0.0.0', port=5000)
    

    # Dockerfile
    FROM python:3.9-slim
    WORKDIR /app
    COPY . /app
    RUN pip install -r requirements.txt
    CMD ["python", "app.py"]
    

    docker build -t my-flask-app .
    docker run -d --name my-flask-app -p 5000:5000 my-flask-app
    

• 使用 Docker 开发基于 Express 的 Node.js Web 应用

  • 示例：创建一个简单的 Express 应用。

    // app.js
    const express = require('express');
    const app = express();app.get('/', (req, res) => {res.send('Hello, Docker!');
    });app.listen(3000, () => {console.log('App listening on port 3000');
    });
    

    # Dockerfile
    FROM node:14-slim
    WORKDIR /app
    COPY . /app
    RUN npm install
    CMD ["node", "app.js"]
    

    docker build -t my-express-app .
    docker run -d --name my-express-app -p 3000:3000 my-express-app
    

• 使用 Docker 开发基于 Spring Boot 的 Java Web 应用

  • 示例：创建一个简单的 Spring Boot 应用。

    // Application.java
    package com.example.demo;import org.springframework.boot.SpringApplication;
    import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
    import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;@SpringBootApplication
    public class Application {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(Application.class, args);}@RestControllerpublic class HelloController {@GetMapping("/")public String hello() {return "Hello, Docker!";}}
    }
    

    # Dockerfile
    FROM openjdk:11-jre-slim
    COPY target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar app.jar
    CMD ["java", "-jar", "app.jar"]
    

    docker build -t my-spring-boot-app .
    docker run -d --name my-spring-boot-app -p 8080:8080 my-spring-boot-app
    

• 使用 Docker Compose 配置 Web 应用的开发环境

  • 示例：配置 Web 应用的开发环境。

    # docker-compose.yml
    version: '3'
    services:web:build: .ports:- "5000:5000"volumes:- ./app:/appdb:image: mysqlenvironment:MYSQL_ROOT_PASSWORD: my-secret-pw
    

    docker-compose up -d
    

• 使用 Docker 的热重载功能加速开发过程

  • 示例：使用 Spring Boot 的热重载功能。

    docker run -d --name my-spring-boot-app -p 8080:8080 -v $(pwd)/src:/app/src my-spring-boot-app
    

3. Docker 化微服务架构开发

• 使用 Docker Compose 或 Kubernetes 部署微服务架构

  • 示例：定义微服务架构。

    # docker-compose.yml
    version: '3'
    services:gateway:image: my-gateway-serviceports:- "8080:8080"user-service:image: my-user-serviceports:- "8081:8081"order-service:image: my-order-serviceports:- "8082:8082"
    

    docker-compose up -d
    

• 使用 Docker 构建微服务的镜像

  • 示例：构建微服务的镜像。

    docker build -t my-gateway-service ./gateway
    docker build -t my-user-service ./user-service
    docker build -t my-order-service ./order-service
    

• 配置微服务的网络通信

  • 示例：配置服务发现和负载均衡。

    # docker-compose.yml
    version: '3'
    services:gateway:image: my-gateway-serviceports:- "8080:8080"networks:- my-networkuser-service:image: my-user-serviceports:- "8081:8081"networks:- my-networkorder-service:image: my-order-serviceports:- "8082:8082"networks:- my-network
    networks:my-network:driver: bridge
    

    docker-compose up -d
    

• 使用 Docker 的配置管理功能

  • 示例：使用环境变量管理配置。

    # docker-compose.yml
    version: '3'
    services:gateway:image: my-gateway-serviceports:- "8080:8080"environment:- SPRING_PROFILES_ACTIVE=dev
    

    docker-compose up -d
    

• 监控微服务的运行状态

  • 示例：使用 Prometheus 和 Grafana 监控微服务。

    docker run -d --name my-prometheus -p 9090:9090 prom/prometheus
    docker run -d --name my-grafana -p 3000:3000 grafana/grafana
    

• 处理微服务的故障恢复和弹性伸缩

  • 示例：配置 Kubernetes 的弹性伸缩策略。

    # deployment.yaml
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:name: my-service
    spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: my-servicetemplate:metadata:labels:app: my-servicespec:containers:- name: my-serviceimage: my-service:latestports:- containerPort: 8080
    

    kubectl apply -f deployment.yaml
    

（二）进阶技巧

1. 学习高级的 Docker 使用技巧

• 资源限制

  • 配置容器的 CPU 和内存限制

    • 示例：限制容器的 CPU 和内存使用。

      docker run -d --name my-nginx --cpus="0.5" --memory="50m" nginx
      

  • 使用 Cgroups 和 Namespaces 实现资源隔离

    • 示例：配置资源隔离。

      docker run -d --name my-nginx --cpu-shares 512 --memory-reservation 100m nginx
      

  • 配置容器的 I/O 限制

    • 示例：限制容器的磁盘 I/O 使用。

      docker run -d --name my-nginx --blkio-weight 300 nginx
      

• 日志管理

  • 配置容器的日志驱动

    • 示例：配置日志驱动。

      docker run -d --name my-nginx --log-driver json-file --log-opt max-size=10m nginx
      

  • 使用日志聚合工具

    • 示例：使用 ELK Stack 收集和分析日志。

      docker run -d --name my-elasticsearch -p 9200:9200 -p 9300:9300 elasticsearch
      docker run -d --name my-logstash -p 5000:5000 logstash
      docker run -d --name my-kibana -p 5601:5601 kibana
      

  • 配置日志的轮转和清理策略

    • 示例：配置日志轮转。

      docker run -d --name my-nginx --log-driver json-file --log-opt max-size=10m --log-opt max-file=3 nginx
      

  • 使用 Docker 的日志审计功能

    • 示例：启用日志审计。

      docker run -d --name my-nginx --log-opt audit=true nginx
      

• 容器的高级网络配置

  • 配置容器的网络接口

    • 示例：配置容器的 IP 地址和 MAC 地址。

      docker run -d --name my-nginx --network my-network --ip 192.168.1.100 nginx
      

  • 使用自定义网络驱动

    • 示例：使用 Weave 网络插件。

      docker plugin install weaveworks/weave:latest
      docker network create --driver weaveworks/weave:latest my-weave-network
      

  • 配置网络的加密通信

    • 示例：配置 TLS 加密通信。

      docker run -d --name my-nginx --network my-network --ip 192.168.1.100 -v /path/to/certs:/etc/nginx/certs nginx
      

  • 使用负载均衡器优化网络流量

    • 示例：使用 HAProxy 作为负载均衡器。

      docker run -d --name my-haproxy -p 80:80 haproxy
      

• 容器的高级存储配置

  • 使用数据卷的快照和备份功能

    • 示例：创建数据卷的快照。

      docker volume create my-data
      docker run -d --name my-app -v my-data:/data my-app
      docker volume ls
      docker volume inspect my-data
      

  • 配置数据卷的加密存储

    • 示例：使用加密存储。

      docker volume create --driver local --opt type=none --opt device=/path/to/encrypted-volume --opt o=bind my-encrypted-data
      

  • 使用存储插件实现分布式存储

    • 示例：使用 Ceph 存储插件。

      docker plugin install ceph/ceph:latest
      docker volume create --driver ceph/ceph:latest my-ceph-data
      

  • 配置存储的缓存策略和读写性能

    • 示例：配置存储的缓存策略。

      docker volume create --driver local --opt type=none --opt device=/path/to/cache-volume --opt o=bind my-cache-data
      

• Docker 的高级调度策略

  • 使用 Docker 的资源调度策略

    • 示例：配置资源调度策略。

      docker run -d --name my-nginx --cpu-shares 512 --memory-reservation 100m nginx
      

  • 配置 Docker 的亲和性和反亲和性规则

    • 示例：配置亲和性规则。

      docker run -d --name my-nginx --affinity node==<node-id> nginx
      

  • 使用 Docker 的标签和约束功能

    • 示例：使用标签和约束。

      docker run -d --name my-nginx --label com.example.role=web nginx
      

  • 配置 Docker 的资源预留和抢占策略

    • 示例：配置资源预留。

      docker run -d --name my-nginx --cpus="0.5" --memory="50m" nginx
      

• Docker 的高级安全配置

  • 使用 Docker 的安全策略

    • 示例：使用 AppArmor 配置安全策略。

      docker run -d --name my-nginx --security-opt apparmor:my-profile nginx
      

  • 配置 Docker 的用户和权限管理

    • 示例：配置用户和权限。

      docker run -d --name my-nginx --user 1000:1000 nginx
      

  • 使用 Docker 的日志审计功能

    • 示例：启用日志审计。

      docker run -d --name my-nginx --log-opt audit=true nginx
      

  • 防范常见的安全威胁

    • 示例：防止容器逃逸。

      docker run -d --name my-nginx --security-opt no-new-privileges=true nginx
      

• Docker 的高级监控与调试技巧

  • 使用 Docker 的监控工具

    • 示例：使用 Prometheus 和 Grafana 监控容器。

      docker run -d --name my-prometheus -p 9090:9090 prom/prometheus
      docker run -d --name my-grafana -p 3000:3000 grafana/grafana
      

  • 使用 Docker 的调试工具

    • 示例：进入容器进行调试。

      docker exec -it my-nginx /bin/bash
      

  • 配置 Docker 的日志级别和调试模式

    • 示例：配置日志级别。

      docker run -d --name my-nginx --log-level debug nginx
      

  • 使用 Docker 的性能分析工具

    • 示例：使用 docker stats 分析性能。

      docker stats my-nginx
      

  • 使用 Docker 的网络抓包工具

    • 示例：使用 Tcpdump 抓包。

      docker run -d --name my-tcpdump -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock nicolaka/netshoot tcpdump -i any -w /capture.pcap
      

• Docker 的高级故障排除技巧

  • 使用 Docker 的日志和监控工具定位故障

    • 示例：查看容器日志。

      docker logs my-nginx
      

  • 使用 Docker 的调试工具进入容器排查问题

    • 示例：进入容器排查问题。

      docker exec -it my-nginx /bin/bash
      

  • 配置 Docker 的故障恢复策略

    • 示例：配置自动重启策略。

      docker run -d --name my-nginx --restart always nginx
      

  • 处理常见的 Docker 故障

    • 示例：处理容器无法启动的问题。

      docker logs my-nginx
      docker inspect my-nginx
      

  • 分析 Docker 的系统日志

    • 示例：分析系统日志。

      sudo tail -f /var/log/docker.log
      

  • 使用 Docker 的资源限制和调度策略优化故障恢复性能

    • 示例：配置资源限制。

      docker run -d --name my-nginx --cpus="0.5" --memory="50m" nginx