第2章 核心概念与安装配置
本章首先介绍Docker的三大核心概念。
❑镜像（Image）
❑容器（Container）
❑仓库（Repository）
只有理解了这三个核心概念，才能顺利地理解Docker容器的整个生命周期。
随后，笔者将介绍如何在常见的操作系统平台上安装Docker，包括Ubuntu、CentOS、MacOS和Windows等主流操作系统平台。
2.1 核心概念
Docker的大部分操作都围绕着它的三大核心概念——镜像、容器和仓库而展开。因此，准确把握这三大核心概念对于掌握Docker技术尤为重要。
1．Docker镜像
Docker镜像类似于虚拟机镜像，可以将它理解为一个只读的模板。例如，一个镜像可以包含一个基本的操作系统环境，里面仅安装了Apache应用程序（或用户需要的其他软件）。可以把它称为一个Apache镜像。
镜像是创建Docker容器的基础。通过版本管理和增量的文件系统，Docker提供了一套十分简单的机制来创建和更新现有的镜像，用户甚至可以从网上下载一个已经做好的应用镜像，并直接使用。
2．Docker容器
Docker容器类似于一个轻量级的沙箱，Docker利用容器来运行和隔离应用。容器是从镜像创建的应用运行实例。可以将其启动、开始、停止、删除，而这些容器都是彼此相互隔离的、互不可见的。
可以把容器看做是一个简易版的Linux系统环境（包括root用户权限、进程空间、用户空间和网络空间等）以及运行在其中的应用程序打包而成的盒子。
注意
镜像自身是只读的。容器从镜像启动的时候，会在镜像的最上层创建一个可写层。
3．Docker仓库
Docker仓库类似于代码仓库，它是Docker集中存放镜像文件的场所。
有时候会看到有资料将Docker仓库和仓库注册服务器（Registry）混为一谈，并不严格区分。实际上，仓库注册服务器是存放仓库的地方，其上往往存放着多个仓库。每个仓库集中存放某一类镜像，往往包括多个镜像文件，通过不同的标签（tag）来进行区分。例如存放Ubuntu操作系统镜像的仓库称为Ubuntu仓库，其中可能包括14.04、12.04等不同版本的镜像。仓库注册服务器的示例如图2-1所示。
图2-1 注册服务器与仓库
根据所存储的镜像公开分享与否，Docker仓库可以分为公开仓库（Public）和私有仓库（Private）两种形式。目前，最大的公开仓库是官方提供的Docker Hub，其中存放了数量庞大的镜像供用户下载。国内不少云服务提供商（如时速云、阿里云等）也提供了仓库的本地源，可以提供稳定的国内访问。
当然，用户如果不希望公开分享自己的镜像文件，Docker也支持用户在本地网络内创建一个只能自己访问的私有仓库。当用户创建了自己的镜像之后就可以使用push命令将它上传到指定的公有或者私有仓库。这样用户下次在另外一台机器上使用该镜像时，只需要将其从仓库上pull下来就可以了。
提示
可以看出，Docker利用仓库管理镜像的设计理念与Git非常相似，实际上在理念设计上借鉴了Git的很多优秀思想。
2.2 安装Docker
Docker在主流的操作系统和云平台上都可以使用，包括Linux操作系统（如Ubuntu、Debian、CentOS、Redhat等）、MacOS操作系统和Windows操作系统，以及AWS等云平台。
用户可以访问Docker官网的Get Docker（https://www.docker.com/products/overview）页面，查看获取Docker的方式，以及Docker支持的平台类型，如图2-2所示。
图2-2 获取Docker
在Get Docker页面，我们可以看到目前Docker支持Docker Platform、Docker Hub、Docker Cloud和Docker DataCenter。
❑ Docker Platform：支持在桌面系统或云平台安装Docker；
❑ DockerHub：官方提供的云托管服务，可以提供公有或私有的镜像仓库；
❑ DockerCloud：官方提供的容器云服务，可以完成容器的部署与管理，可以完整地支持容器化项目，还有CI、CD功能；
❑ Docker DataCenter：提供企业级的简单安全弹性的容器集群编排和管理。
笔者推荐尽量使用Linux操作系统来运行Docker，因为目前Linux操作系统对Docker的支持是原生的，使用体验最好。
2.2.1 Ubuntu环境下安装Docker
1．系统要求
Docker目前只能运行在64位平台上，并且要求内核版本不低于3.10，实际上内核越新越好，过低的内核版本容易造成功能不稳定。
用户可以通过如下命令检查自己的内核版本详细信息：
$ uname -a
Linux Host 3.16.0-43-generic #58～14.04.1-Ubuntu SMP Mon Jun 22 10:21:20 UTC
2015 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
或者：
$ cat /proc/version
Linux version 3.16.0-43-generic (buildd@brownie) (gcc version 4.8.2 (Ubuntu
4.8.2-19ubuntu1) ) #58～14.04.1-Ubuntu SMP Mon Jun 22 10:21:20 UTC 2015
Docker目前支持的最低Ubuntu版本为12.04 LTS，但实际上从稳定性上考虑，推荐至少使用14.04 LTS版本。
如果使用12.04 LTS版本，首先要更新系统内核和安装可能需要的软件包，包括：
❑ linux-image-generic-lts-trusty（必备）
❑ linux-headers-generic-lts-trusty（必备）
❑ xserver-xorg-lts-trusty（带图形界面时必备）
❑ libgl1-mesa-glx-lts-trusty（带图形界面时必备）
另外，为了让Docker使用aufs存储，推荐安装linux-image-extra软件包。
$ sudo apt-get install -y linux-image-extra-$(uname -r)
注意
Ubuntu发行版中，LTS（Long-Term-Support）意味着更稳定的功能和更长期（目前为5年）的升级支持，生产环境中尽量使用LTS版本。
2．添加镜像源
首先需要安装apt-transport-https包支持HTTPS协议的源：
$ sudo apt-get install -y apt-transport-https
添加源的gpg密钥：
$ sudo apt-key adv --keyserver hkp://p80.pool.sks-keyservers.net:80--recv-keys
58118E89F3A912897C070ADBF76221572C52609D
获取当前操作系统的代号：
$ lsb_release -c
Codename: trusty
一般情况下，12.04（LTS）代号为precise,14.04（LTS）代号为trusty,15.04代号为vivid,15.10代号为wily。这里获取的代号为trusty。
接下来就可以添加Docker的官方apt软件源了。通过下面的命令创建/etc/apt/sources.list.d/docker.list文件，并写入源的地址内容。非trusty版本的系统注意修改为自己对应的代号：
$ sudo cat <<EOF > /etc/apt/sources.list.d/docker.list
deb https://apt.dockerproject.org/repo ubuntu-trusty main
EOF
添加成功后，更新apt软件包缓存：
$ sudo apt-get update
3．开始安装Docker
在成功添加源之后，就可以安装最新版本的Docker了，软件包名称为docker-engine：
$ sudo apt-get install -y docker-engine
如果系统中存在较旧版本的Docker（lxc-docker），会提示是否先删除，选择“是”即可。
除了基于手动添加软件源的方式，也可以使用官方提供的脚本来自动化安装Docker：
$ sudo curl -sSL https://get.docker.com/ | sh
安装成功后，启动docker服务：
$ sudo service docker start
2.2.2 CentOS环境下安装Docker
系统的要求与Ubuntu情况下类似：64位操作系统，内核版本至少为3.10。
Docker目前支持CentOS 6.5及以后的版本，推荐使用CentOS 7系统。
首先，也是要添加yum软件源：
$ sudo tee /etc/yum.repos.d/docker.repo <<-'EOF'
[dockerrepo]
name=Docker Repository
baseurl=https://yum.dockerproject.org/repo/main/centos/$releasever/
enabled=1
gpgcheck=1
gpgkey=https://yum.dockerproject.org/gpg
EOF
之后更新yum软件源缓存，并安装docker-engine：
$ sudo yum update
$ sudo yum install -y docker-engine
对于CentOS 7系统，CentOS-Extras源中已内置Docker，如果已经配置了CentOS-Extras源，可以直接通过上面的yum命令进行安装。
2.2.3 通过脚本安装
用户还可以使用官方提供的shell脚本来在Linux系统（目前支持Ubuntu、Debian、Oracleserver、Fedora、Centos、OpenSuse、Gentoo等常见发行版）上安装Docker的最新正式版本，该脚本会自动检测系统信息并进行相应配置：
$ curl -fsSL https://get.docker.com/ | sh
或者：
$ wget -qO- https://get.docker.com/ | sh
如果想尝鲜使用最新功能，可以使用下面的脚本来安装预发布版本。但要注意，预发布版本往往意味着功能还不够稳定，不要在生产环境中使用：
$ curl -fsSL https://test.docker.com/ | sh
另外，也可以从github.com/docker/docker/releases找到所有的发行版本信息和二进制包，自行下载使用。
2.2.4 Mac OS环境下安装Docker
Docker官方非常重视Docker在Mac环境下的易用性。目前Docker支持原生Mac客户端，内置图形界面，支持自动升级。此客户端与Mac OS X的原生虚拟化深度结合，摒弃了之前安装VirtualBox（即Docker Toolbox）的简单粗暴的做法。我们先从官方默认的Docker for Mac开始。
1．Docker for Mac
第一步，下载安装包。访问https://docs.docker.com/docker-for-mac/下载页面。目前Docker for Mac分为稳定版和Beta版两种更新通道，我们可以按需选择。下载完成后，双击安装包，如图2-3所示。
图2-3 下载后打开安装包
第二步，开始安装。将Docker.app拖曳至Applications文件夹，即可完成安装，如图2-4所示。
图2-4 安装Docker到Applications文件夹
第三步，运行Docker for Mac。在欢迎窗口点击“Next”，如图2-5所示。
图2-5 欢迎窗口
允许Docker获得系统权限，它需要将Mac网卡链接至Docker app。点击“OK”后输入系统管理员密码，如图2-6所示。
图2-6 运行Docker for Mac
此时系统状态栏会出现Docker的Icon图标，点击后如果出现“Docker is running! ”，则说明安装成功。
第四步，验证Docker安装。打开终端控制器或其他系统命令行，执行docker version命令。
$ docker version
Client:
Version: 1.12.0
API version: 1.24
Go version: go1.6.3
Git commit: 8eab29e
Built: Thu Jul 28 21:15:282016
OS/Arch: darwin/amd64
Server:
Version: 1.12.0
API version: 1.24
Go version: go1.6.3
Git commit: 8eab29e
Built: Thu Jul 28 21:15:282016
OS/Arch: linux/amd64
如果我们看到Client和Server均有输出，则说明Docker for Mac已经正常启动。如果我们看到报错：“Cannot connect to the Docker daemon．Is the docker daemon running on this host? ”，则说明Docker for Mac没有启动或启动失败。
下面启动一个Nginx容器，检查能正确获取镜像并运行：
$ docker run -d -p 80:80--name webserver nginx
Unable to find image 'nginx:latest' locally
latest: Pulling from library/nginx
51f5c6a04d83: Pull complete
a3ed95caeb02: Pull complete
51d229e136d0: Pull complete
bcd41daec8cc: Pull complete
Digest:
sha256:0fe6413f3e30fcc5920bc8fa769280975b10b1c26721de956e1428b9e2f29d04
Status: Downloaded newer image for nginx:latest
34bcd01998a76f67b1b9e6abe5b7db5e685af325d6fafb1acd0ce84e81e71e5d
然后使用docker ps指令查看当前运行的容器：
$ docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED
STATUS PORTS NAMES
34bcd01998a7 nginx "nginx -g 'daemon off" 2 minutes ago
Up 2 minutes 0.0.0.0:80->80/tcp, 443/tcp webserver
可见Nginx容器已经在0.0.0.0:80启动，并映射了80端口，下面我们打开浏览器访问此地址，如图2-7所示。
图2-7 允许访问系统权限
第五步，常用配置设定。首先，点击系统状态栏的Docker图标，会出现操作菜单，如图2-8所示。
图2-8 Docker菜单
然后，点击Preferences，进入标准配置页面，我们可以设置是否自动启动与更新，设置备份工具Time Machine是否备份VM，还可以配置Docker使用的CPU数、内存容量，如图2-9所示。
图2-9 标准配置页面
点击进入Advanced进阶配置。为了更好地使用Docker Hub，我们可以使用Registry镜像站点进行加速。点击+后，加入镜像站点配置。这里还可以配置HTTP代理服务器，如图2-10所示。
图2-10 高级配置页面
点击进入File Sharing标签页，此处可以配置挂载至容器中的本地目录。点击+后可以继续添加本地目录，如图2-11所示。
图2-11 文件分享配置页面
点击进入Privacy标签页，此处可以配置隐私选项，如是否发送使用信息，以及是否发送程序崩溃报告，如图2-12所示。
图2-12 隐私配置页面
2．Docker Toolbox
在Mac OS X操作系统上安装Docker，除了Docker for Mac的原生方式之外，还可以使用官方提供的Docker ToolBox工具。
首先前往https://www.docker.com/products/docker-toolbox下载对应版本的ToolBox。目前Docker支持的Mac OS X版本为10.6+。如图2-13所示。
图2-13 ToolBox安装页面
双击运行安装包。这个过程将安装一个VirtualBox虚拟机，内置了Docker Engine、Compose、Machine、Kitematic等管理工具。安装成功后，找到Boot2Docker并运行它。如图2-14所示。
图2-14 Boot2Docker页面
现在进行Boot2Docker的初始化：
$ boot2docker init
$ boot2docker start
$ $(boot2docker shellinit)
将看到虚拟机在命令行窗口中启动运行。当虚拟机初始化完毕后，可以使用boot2docker stop和boot2docker start来控制它。
注意，如果在命令行中看到如下提示信息：
To connect the Docker client to the Docker daemon, please set: export DOCKER_
HOST=tcp://192.168.59.103:2375
可以执行提示信息中的语句：export DOCKER_HOST=tcp://192.168.59.103:2375。此语句的作用是在系统环境变量中设置Docker的主机地址。
2.2.5 Windows环境下安装Docker
目前Docker可以通过虚拟机方式来支持Windows 7.1和8，只要平台CPU支持硬件虚拟化特性即可。如果无法确定自己计算机的CPU是否支持该特性也无需担心，实际上，目前市面上主流的CPU都早已支持了硬件虚拟化特性。
对于Windows 10用户，Docker官方提供了原生虚拟化应用Docker for Windows。详情见：https://docs.docker.com/windows/step_one/。目前国内Windows 7还是主导地位的版本，所以下面主要讲解如何在Windows 7环境下安装Docker环境。
由于Docker引擎使用了Linux内核特性，所以如果要在Windows 10之外的Windows上运行，需要额外使用一个虚拟机来提供Linux支持。这里推荐使用Boot2Docker工具，它会首先安装一个经过加工与配置的轻量级虚拟机，然后在其中运行Docker。主要步骤如下：
首先，从https://docs.docker.com/installation/windows/下载最新官方Docker for Windows Installer。双击打开Installer。这个过程将安装VirtualBox、MSYS-git、boot2docker Linux ISO镜像，以及Boot2Docker管理工具。如图2-15所示。
图2-15 Docker for Windows Installer
最后，打开桌面的Boot2Docker Start程序，或者Program Files\Boot2Docker for Windows。此初始化脚本在第一次运行时需要输入一个SSH Key Passphrase（用于SSH密钥生成的口令）。读者可以自行设定，也可以直接按回车键跳过此设定。如图2-16所示。
图2-16 Boot2Docker安装器
此时Boot2Docker Start程序将连接至虚拟机中的Shell会话，Docker已经运行起来了！
2.3 配置Docker服务
为了避免每次使用docker命令都要用特权身份，可以将当前用户加入安装中自动创建的docker用户组：
$ sudo usermod -aG docker USER_NAME
用户更新组信息后，退出并重新登录后即可生效。
另外，Docker服务支持多种启动参数。以Ubuntu 14.04系统为例，Docker服务的默认配置文件为/etc/default/docker，可以通过修改其中的DOCKER_OPTS来修改服务启动的参数，例如，下一行代码让Docker服务可以通过本地2375端口接收来自外部的请求：
DOCKER_OPTS="$DOCKER_OPTS -H tcp://0.0.0.0:2375-H unix:///var/run/docker.sock"
修改之后，通过service命令来重启Docker服务：
$ sudo service docker restart
一般情况下，Docker服务的管理脚本为/etc/init.d/docker，通过查看其中的内容，发现主要是将Docker进程的id写入/var/run/docker.pid文件，以及通过ulimit调整系统的资源限制。
如果是通过较新的upstart工具来管理服务，则管理服务配置文件在/etc/init/docker.conf。
另外，对于CentOS、Redhat等系统，服务可能是通过systemd来管理，与此略有不同，可以查阅systemd相关手册。
例如，需要通过systemctl命令来管理Docker服务：
$ sudo systemctl start docker.service
此外，如果服务工作不正常，可以通过查看Docker服务的日志信息来确定问题，例如在Ubuntu系统上日志文件可能为/var/log/upstart/docker.log：
$ sudo tail /var/log/upstart/docker.log
每次重启Docker服务后，可以通过查看Docker版本信息，确保服务已经正常运行：
$ docker version
Client:
Version: 1.12.0
API version: 1.24
Go version: go1.6.3
Git commit: 8eab29e
Built: Thu Jul 28 21:15:282016
OS/Arch: darwin/amd64
Server:
Version: 1.12.0
API version: 1.24
Go version: go1.6.3
Git commit: 8eab29e
Built: Thu Jul 28 21:15:282016
OS/Arch: linux/amd64
2.4 推荐实践环境
从稳定性上考虑，本书推荐的实践环境的操作系统是Ubuntu 14.04.3 LTS系统，带有linux-image-3.16.0-71-generic内核。Docker版本为最新的1.12稳定版本。不同版本的API会略有差异，推荐根据需求选择较新的稳定版本。另外，如无特殊说明，默认数据网段地址范围为10.0.0.0/24，管理网段地址范围为192.168.0.0/24。
执行命令代码中以$开头的，表示为普通用户；以#开头的，表示为特权用户（root）。如果用户已经添加到了docker用户组（参考上一小节），大部分时候都无需管理员权限，否则需要在命令前使用sudo来临时提升权限。
部分命令执行结果输出内容较长的，只给出了输出的关键部分。读者可根据自己的实际情况，搭建类似的环境。
2.5 本章小结
本章介绍了Docker的三大核心概念：镜像、容器和仓库。在后面的实践中，读者会感受到，基于三大核心概念所构建的高效工作流程，正是Docker从众多容器虚拟化方案中脱颖而出的重要原因。实际上，Docker的工作流也并非凭空创造的，很大程度上参考了Git和Github的设计理念，从而为应用分发和团队合作都带来了众多优势。
在后续章节，笔者将具体讲解围绕这三大核心概念的Docker操作命令。