从虚拟机到容器：Ubuntu下Docker替代VM的革命性探索

# 1. 虚拟化技术与容器技术概述

在当今IT领域中，虚拟化技术与容器技术是核心的技术之一，它们在提高资源利用率和简化应用部署上扮演着关键角色。虚拟化技术允许在单一物理硬件上运行多个虚拟机，每台虚拟机拥有自己的操作系统和资源，而容器技术则采取不同的方法，通过共享宿主机内核，实现轻量级的隔离环境。

虚拟化技术广泛应用于数据中心，以优化物理服务器的使用。然而，容器技术因为其启动速度快，占用资源少等优点，近年来获得了广泛关注。容器不包含操作系统的所有层次，仅包含应用程序和其依赖项，使得容器更轻便，更易于管理和部署。随着Docker等容器化工具的流行，容器技术正在改变软件开发、测试和部署的方式。

在本章，我们将详细介绍虚拟化与容器技术的基本概念、它们之间的差异以及容器技术如何在现代IT架构中发挥作用。了解这些基础知识将为后续章节中对Docker的深入学习打下坚实的基础。

# 2. Docker技术基础

## 2.1 Docker的架构与组件
### 2.1.1 Docker架构简述
Docker 是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包应用以及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。容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口（类似 iPhone 的 app）。

Docker 架构主要包括以下几个组件：

- **Docker 客户端和服务器**: Docker 客户端和服务器共同组成了 Docker 的主要架构。客户端负责发送命令，而服务器负责处理这些命令。
- **Docker 镜像**: Docker 镜像是一个轻量级、可执行的独立软件包，包含运行某个软件所需的所有内容，我们将其称为容器。
- **Docker 容器**: 容器是从镜像创建的应用运行实例。它可以被启动、开始、停止、删除。每个容器都是相互隔离的、保证安全的平台。
- **Docker 仓库**: 仓库用来保存镜像，可以理解为代码控制中的代码仓库。 Docker 仓库分为公有和私有两种。

### 2.1.2 核心组件：Docker Engine和Docker Hub
#### Docker Engine
Docker Engine 是 Docker 架构中的运行时部分，它实际上是一个守护进程，负责构建、运行、分发容器。

核心功能包括：

- **构建镜像**: Docker Engine 能够构建镜像，这些镜像可以被上传到仓库中，也可以用来创建新的容器。
- **容器管理**: Docker Engine 提供了从创建、运行到终止容器的全部功能。
- **镜像分发**: Docker Engine 能够与 Docker Hub 或私有仓库交互，下载镜像或上传镜像。

Docker Engine 架构中的组件涵盖了从镜像构建、容器管理到镜像分发的各个方面，为用户提供了完整的容器化体验。

#### Docker Hub
Docker Hub 是 Docker 官方提供的公共镜像仓库服务，它就像是一个中心化的 “商店”，在这里，用户可以搜索、下载以及分享镜像。

核心功能包括：

- **共享和存储**: Docker Hub 允许用户上传自己的镜像，这样其他人也可以使用这些镜像。它为镜像提供了一个存储的位置。
- **自动化构建**: Docker Hub 支持自动化构建。用户可以将代码仓库链接到 Docker Hub，Docker Hub 会根据用户的代码仓库触发构建，生成镜像。
- **Webhook**: 使用 Docker Hub 的 Webhook 功能，用户可以在镜像更新后触发一些自动化任务，比如自动部署到服务器。

通过 Docker Hub，开发者和团队可以轻松地构建、共享和使用各种软件容器，从而加速开发流程。

## 2.2 Docker命令行操作
### 2.2.1 Docker镜像管理
Docker 镜像管理是 Docker 命令行操作中不可或缺的一部分。镜像是 Docker 容器的基石，因此能够有效地管理镜像对于每个 Docker 用户来说至关重要。以下是一些基础的 Docker 镜像管理命令。

#### 列出本地镜像

docker images

列出本地所有镜像，并显示镜像ID、仓库、标签、大小等信息。

#### 搜索远程仓库中的镜像

docker search [options] term

搜索远程仓库（默认为 Docker Hub）中的镜像。例如：

docker search centos

#### 拉取镜像

docker pull [options] name[:tag]

从远程仓库拉取一个镜像到本地。如果不指定 tag，默认拉取 latest 标签的镜像。例如：

docker pull centos:8

#### 删除镜像

docker rmi [options] IMAGE [IMAGE...]

从本地删除一个或多个镜像。例如：

docker rmi centos:8

### 2.2.2 容器的创建、运行和管理
Docker 容器是镜像的运行实例，这些容器可以在隔离的环境中运行任何应用程序。以下是一些用于创建、运行和管理 Docker 容器的命令。

#### 创建容器

docker create [options] IMAGE [command] [args]

使用指定的镜像创建一个新的容器，但不启动它。例如：

docker create --name mycentos centos:8

#### 启动容器

docker start [options] CONTAINER [CONTAINER...]

启动一个或多个已经被创建的容器。例如：

docker start mycentos

#### 运行容器

docker run [options] IMAGE [command] [args]

创建并启动一个容器。如果镜像不存在，Docker 会先下载镜像，然后启动容器。例如：

docker run -it --name mycentos centos:8 /bin/bash

#### 停止容器

docker stop [options] CONTAINER [CONTAINER...]

停止一个或多个正在运行的容器。例如：

docker stop mycentos

#### 删除容器

docker rm [options] CONTAINER [CONTAINER...]

删除一个或多个容器。例如：

docker rm mycentos

### 2.2.3 Docker网络和数据卷的配置
Docker 网络和数据卷的配置对于容器之间的通信以及持久化存储至关重要。Docker 提供了多种网络驱动和卷插件，支持不同的网络和存储需求。

#### 网络配置

docker network [options] COMMAND

用于管理 Docker 网络的命令，可以列出网络、创建网络、连接容器到网络等。

#### 创建网络

docker network create [options] NETWORK

创建一个新的网络。例如：

docker network create mynetwork

#### 连接容器到网络

docker network connect [options] NETWORK CONTAINER

将一个容器连接到网络。例如：

docker network connect mynetwork mycentos

#### 数据卷配置

docker volume [options] COMMAND

用于管理 Docker 数据卷的命令，可以列出数据卷、创建数据卷等。

#### 创建数据卷

docker volume create [options] [VOLUME]

创建一个新的数据卷。例如：

docker volume create myvolume

#### 挂载数据卷到容器

docker run [options] -v, --volume [HOST_DIR:]CONTAINER_DIR[:ro] IMAGE

在运行容器时，可以将主机的目录挂载到容器内部，实现数据持久化。例如：

docker run -v /mydata:/data centos:8

## 2.3 Dockerfile与镜像构建
### 2.3.1 Dockerfile基础语法
Dockerfile 是一个文本文件，包含了 Docker 客户端用来创建镜像的所有命令。Docker 通过读取 Dockerfile 中的指令自动构建镜像。

Dockerfile 基础语法主要包括以下几个指令：

#### FROM
指定基础镜像。每个 Dockerfile 中的第一个指令必须是 FROM。例如：

FROM cen