第三部分容器技术基础

Kubernetes 是容器编排平台，理解容器技术是学习 K8s 的前提。本部分介绍 Docker 容器的基本概念、镜像管理、容器网络与存储。

第 8 章容器技术概述与 Docker 基础

8.1 什么是容器

容器是一种轻量级的虚拟化技术，它将应用程序及其依赖打包在一起，形成一个独立的运行环境。

容器 vs 虚拟机：

特性	容器	虚拟机
启动速度	秒级	分钟级
资源占用	轻量	较重
隔离级别	进程级	操作系统级
镜像大小	MB 级	GB 级
性能	接近原生	有虚拟化开销

8.2 Docker 核心概念

概念	说明
镜像（Image）	只读模板，包含运行应用所需的文件系统
容器（Container）	镜像的运行实例
仓库（Registry）	存储和分发镜像的服务，如 Docker Hub
Dockerfile	定义如何构建镜像的文本文件
层（Layer）	镜像由多个只读层组成，容器在最上层添加可写层

8.3 安装 Docker

bash

# Ubuntu/Debian
sudo apt update
sudo apt install -y ca-certificates curl gnupg lsb-release
sudo mkdir -p /etc/apt/keyrings
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
sudo apt update
sudo apt install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin
sudo usermod -aG docker $USER
newgrp docker

bash

# 验证安装
docker version
docker run hello-world

8.4 Docker 基本命令

bash

# 拉取镜像
docker pull nginx:latest

# 查看本地镜像
docker images

# 运行容器
docker run -d -p 80:80 --name my-nginx nginx:latest

# 查看运行中的容器
docker ps

# 查看所有容器（含停止的）
docker ps -a

# 停止容器
docker stop my-nginx

# 启动容器
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

# 进入容器
docker exec -it my-nginx /bin/bash

# 查看容器日志
docker logs my-nginx
docker logs -f my-nginx

# 查看容器资源使用
docker stats

8.5 Docker 运行参数详解

bash

docker run -d \               # 后台运行
  --name web \                # 容器名称
  -p 8080:80 \                # 端口映射 主机端口:容器端口
  -v /host/data:/app/data \   # 数据卷挂载
  -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=xxx \ # 环境变量
  --restart unless-stopped \  # 重启策略
  --memory=512m \             # 内存限制
  --cpus=1 \                  # CPU 限制
  nginx

8.6 本章实验

实验 8-1：运行第一个容器

bash

# 1. 拉取 nginx 镜像
docker pull nginx

# 2. 运行容器
docker run -d -p 8080:80 --name nginx-demo nginx

# 3. 查看容器状态
docker ps

# 4. 访问服务
curl http://localhost:8080

# 5. 查看日志
docker logs nginx-demo

# 6. 进入容器
docker exec -it nginx-demo /bin/bash
# 在容器内执行：
cat /etc/nginx/nginx.conf
exit

# 7. 停止并删除容器
docker stop nginx-demo
docker rm nginx-demo

8.7 本章练习

解释镜像和容器的区别。
使用 docker run 启动一个 Redis 容器，映射端口 6379。
进入 Redis 容器，执行 redis-cli ping。
查看 Docker 容器的资源使用情况。

第 9 章 Docker 镜像、容器与仓库

9.1 镜像分层原理

Docker 镜像由多个只读层（Layer）组成，每一层代表 Dockerfile 中的一条指令。

镜像层（只读）：
  Layer 3: COPY app.py /app
  Layer 2: RUN pip install flask
  Layer 1: FROM python:3.11

容器层（可写）：
  Container Layer

优点：

共享基础镜像层，节省存储
构建时缓存未变更的层，加速构建

9.2 编写 Dockerfile

dockerfile

# Dockerfile
FROM python:3.11-slim

WORKDIR /app

COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

COPY . .

EXPOSE 5000

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

常用指令：

指令	说明
FROM	基础镜像
RUN	执行命令
COPY	复制文件到镜像
ADD	复制文件（支持 URL 和解压）
WORKDIR	设置工作目录
ENV	设置环境变量
EXPOSE	声明端口
CMD	容器启动默认命令
ENTRYPOINT	容器启动入口

9.3 构建和推送镜像

bash

# 构建镜像
docker build -t myapp:1.0 .

# 查看镜像
docker images

# 运行镜像
docker run -d -p 5000:5000 myapp:1.0

# 打标签
docker tag myapp:1.0 registry.example.com/myapp:1.0

# 推送到镜像仓库
docker push registry.example.com/myapp:1.0

# 从仓库拉取
docker pull registry.example.com/myapp:1.0

9.4 镜像仓库

Docker Hub

公共镜像仓库：https://hub.docker.com/

bash

# 登录
docker login

# 推送镜像
docker tag myapp:1.0 username/myapp:1.0
docker push username/myapp:1.0

私有镜像仓库

常见私有仓库：

Harbor（企业级）
Docker Registry
阿里云容器镜像服务 ACR
AWS ECR
腾讯云 TCR

9.5 容器数据持久化

容器是临时的，数据需要持久化保存。

数据卷（Volume）

bash

# 创建卷
docker volume create my-data

# 使用卷
docker run -d -v my-data:/data nginx

# 查看卷
docker volume ls

# 查看卷详情
docker volume inspect my-data

绑定挂载（Bind Mount）

bash

# 将主机目录挂载到容器
docker run -d -v /host/path:/container/path nginx

tmpfs 挂载

bash

# 数据存储在内存中，适合敏感数据
docker run -d --tmpfs /app/cache:rw,noexec,nosuid,size=100m nginx

9.6 容器网络

Docker 默认网络模式：

模式	说明
bridge	默认模式，容器通过 docker0 网桥通信
host	容器共享主机网络栈
none	无网络
container	共享另一个容器的网络栈

bash

# 查看网络
docker network ls

# 创建自定义网络
docker network create my-net

# 在自定义网络中运行容器
docker run -d --name web --network my-net nginx
docker run -d --name db --network my-net mysql

# 同一网络中的容器可以通过容器名互相访问
docker exec -it web ping db

9.7 Docker Compose

Docker Compose 用于定义和运行多容器应用。

yaml

# docker-compose.yml
version: '3.8'

services:
  web:
    image: nginx:latest
    ports:
      - "8080:80"
    volumes:
      - ./html:/usr/share/nginx/html
    depends_on:
      - api

  api:
    build: ./api
    ports:
      - "5000:5000"
    environment:
      - DB_HOST=db
    depends_on:
      - db

  db:
    image: mysql:8.0
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: xxx
    volumes:
      - db-data:/var/lib/mysql

volumes:
  db-data:

bash

# 启动所有服务
docker compose up -d

# 查看日志
docker compose logs -f

# 停止服务
docker compose down

# 重新构建
docker compose up -d --build

9.8 本章实验

实验 9-1：构建并运行 Python Web 应用

bash

# 1. 创建项目目录
mkdir ~/docker-flask && cd ~/docker-flask

# 2. 创建 app.py
cat > app.py << 'EOF'
from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def hello():
    return "Hello from Docker!"

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)
EOF

# 3. 创建 requirements.txt
echo "flask==2.3.0" > requirements.txt

# 4. 创建 Dockerfile
cat > Dockerfile << 'EOF'
FROM python:3.11-slim
WORKDIR /app
COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt
COPY . .
EXPOSE 5000
CMD ["python", "app.py"]
EOF

# 5. 构建并运行
docker build -t flask-demo:1.0 .
docker run -d -p 5000:5000 --name flask-app flask-demo:1.0

# 6. 测试
curl http://localhost:5000

实验 9-2：使用 Docker Compose 部署多服务

bash

# 1. 创建目录
mkdir ~/docker-compose-demo && cd ~/docker-compose-demo

# 2. 创建 docker-compose.yml（见上方示例）

# 3. 启动
docker compose up -d

# 4. 查看状态
docker compose ps

# 5. 停止并清理
docker compose down -v

9.9 本章练习

编写一个 Dockerfile，构建一个 Nginx 静态网站镜像。
将镜像推送到 Docker Hub 或私有仓库。
使用 Docker Volume 持久化 MySQL 数据。
使用 Docker Compose 部署一个 Web + API + DB 的应用。

第 10 章 Docker 网络与存储

10.1 深入理解 Docker 网络

Bridge 网络

默认桥接网络，容器通过 docker0 网桥与外部通信。

bash

# 查看 docker0 网桥
ip addr show docker0

# 查看容器 IP
docker inspect -f '{{range .NetworkSettings.Networks}}{{.IPAddress}}{{end}}' container_name

自定义 Bridge 网络

bash

# 创建网络
docker network create --driver bridge --subnet 172.20.0.0/16 my-network

# 运行容器并指定 IP
docker run -d --name web --network my-network --ip 172.20.0.10 nginx

Host 网络

bash

# 容器共享主机网络，不需要端口映射
docker run -d --network host nginx

10.2 Docker 存储驱动

存储驱动	特点
overlay2	现代 Linux 默认，性能优秀
aufs	旧版本使用
devicemapper	CentOS 旧版本
btrfs/zfs	高级文件系统

bash

# 查看当前存储驱动
docker info | grep "Storage Driver"

10.3 容器日志管理

bash

# 查看容器日志
docker logs container_name

# 配置日志驱动
# /etc/docker/daemon.json
{
  "log-driver": "json-file",
  "log-opts": {
    "max-size": "10m",
    "max-file": "3"
  }
}

# 重启 Docker
sudo systemctl restart docker

10.4 容器安全基础

bash

# 以非 root 用户运行
docker run -u 1000:1000 nginx

# 限制容器能力
docker run --cap-drop=ALL --cap-add=NET_BIND_SERVICE nginx

# 只读文件系统
docker run --read-only -v /tmp:/tmp nginx

# 不启用特权模式
docker run --privileged=false nginx

10.5 本章练习

创建一个自定义 Docker 网络，并让两个容器通过容器名互相访问。
查看 Docker 使用的存储驱动。
配置 Docker 日志轮转策略。
使用非 root 用户运行一个容器。

第三阶段总结

完成本阶段学习后，你应该能够：

理解容器技术原理
熟练使用 Docker 命令
编写 Dockerfile 构建镜像
使用 Docker Volume 持久化数据
使用 Docker 网络连接容器
使用 Docker Compose 编排多容器应用

进入下一阶段：Kubernetes 核心基础。

第三部分 容器技术基础 ​

第 8 章 容器技术概述与 Docker 基础 ​

8.1 什么是容器 ​

8.2 Docker 核心概念 ​

8.3 安装 Docker ​

8.4 Docker 基本命令 ​

8.5 Docker 运行参数详解 ​

8.6 本章实验 ​

8.7 本章练习 ​

第 9 章 Docker 镜像、容器与仓库 ​

9.1 镜像分层原理 ​

9.2 编写 Dockerfile ​

9.3 构建和推送镜像 ​

9.4 镜像仓库 ​

Docker Hub ​

私有镜像仓库 ​

9.5 容器数据持久化 ​

数据卷（Volume） ​

绑定挂载（Bind Mount） ​

tmpfs 挂载 ​

9.6 容器网络 ​

9.7 Docker Compose ​

9.8 本章实验 ​

9.9 本章练习 ​

第 10 章 Docker 网络与存储 ​

10.1 深入理解 Docker 网络 ​

Bridge 网络 ​

自定义 Bridge 网络 ​

Host 网络 ​

10.2 Docker 存储驱动 ​

10.3 容器日志管理 ​

10.4 容器安全基础 ​

10.5 本章练习 ​

第三阶段总结 ​

第三部分容器技术基础

第 8 章容器技术概述与 Docker 基础

8.1 什么是容器

8.2 Docker 核心概念

8.3 安装 Docker

8.4 Docker 基本命令

8.5 Docker 运行参数详解

8.6 本章实验

8.7 本章练习

第 9 章 Docker 镜像、容器与仓库

9.1 镜像分层原理

9.2 编写 Dockerfile

9.3 构建和推送镜像

9.4 镜像仓库

Docker Hub

私有镜像仓库

9.5 容器数据持久化

数据卷（Volume）

绑定挂载（Bind Mount）

tmpfs 挂载

9.6 容器网络

9.7 Docker Compose

9.8 本章实验

9.9 本章练习

第 10 章 Docker 网络与存储

10.1 深入理解 Docker 网络

Bridge 网络

自定义 Bridge 网络

Host 网络

10.2 Docker 存储驱动

10.3 容器日志管理

10.4 容器安全基础

10.5 本章练习

第三阶段总结