Docker实践和应用详解

Docker实践和应用详解

一、引言

Docker 是一个开源的应用容器引擎，它允许开发者打包他们的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。

二、Docker基础

1、Docker 安装

在 Linux 系统上安装 Docker 的步骤如下：

# 更新软件包
sudo apt-get update

# 安装依赖
sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

# 添加 Docker 官方的 GPG 密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg

# 设置稳定版仓库
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 安装 Docker
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

# 启动 Docker 并设置开机启动
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

# 验证安装是否成功
docker --version

2、Docker 基本命令

• 拉取镜像：从 Docker Hub 获取官方镜像

docker pull ubuntu:latest

• 启动容器：启动一个 Ubuntu 容器并进入交互模式

docker run -it ubuntu:latest /bin/bash

• 查看运行中的容器：列出当前正在运行的容器

docker ps

• 停止容器：停止指定的容器

docker stop <container_id>

• 删除容器：删除已停止的容器

docker rm <container_id>

• 删除镜像：删除本地的镜像

docker rmi ubuntu:latest

三、Docker 应用实践

1、使用 Docker 构建 Web 应用

我们将通过 Docker 来构建一个简单的 Node.js Web 应用，并打包为 Docker 镜像以便运行在不同环境中。

1.1、创建 Node.js 项目

1. 创建项目目录：

mkdir docker-node-app
cd docker-node-app

2. 初始化项目并安装依赖：

npm init -y
npm install express

3. 编写 app.js：

// app.js
const express = require('express');
const app = express();
const PORT = 3000;
app.get('/', (req, res) => {
    res.send('Hello, Docker!');
});

4. 编写 Dockerfile：

FROM node:14
WORKDIR /usr/src/app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
EXPOSE 3000
CMD ["node", "app.js"]

5. 构建并运行 Docker 容器：

docker build -t docker-node-app .
docker run -p 3000:3000 docker-node-app

2、Docker Compose 多容器应用

假设我们有一个包含前端 React 应用和后端 Node.js API 的 Web 服务，我们希望通过 Docker Compose 来编排和部署这两个服务。

1. 项目结构

my-webapp/
├── frontend/ # React 应用
├── backend/  # Node.js API
└── docker-compose.yml

2. 编写 docker-compose.yml

version: '3.8'
services:
  frontend:
    build: ./frontend
    ports:
      - "3000:3000"
    depends_on:
      - backend
  backend:
    build: ./backend
    ports:
      - "4000:4000"
    environment:
      - MONGO_URI=mongodb://mongo:27017/mydatabase
  mongo:
    image: mongo:latest
    ports:
      - "27017:27017"
    volumes:
      - mongo-data:/data/db
volumes:
  mongo-data:

3. 构建和运行服务

在项目根目录下执行：

docker-compose up --build

这将根据 docker-compose.yml 文件构建并启动所有服务。访问 http://localhost:3000 即可查看 React 前端应用，它会与运行在 http://localhost:4000 的 Node.js 后端 API 进行交互。

四、Docker 在生产环境中的应用

在生产环境中，Docker 结合 Kubernetes（K8s）等容器编排工具，能够实现大规模应用的自动化部署、扩展和管理。以下是一个实际的应用案例，展示了如何使用 Docker 和 Kubernetes 来部署和管理一个电子商务应用。

实际应用案例：电子商务应用

1. 部署架构

我们的 Kubernetes 集群采用主从架构，包括以下组件：

• 主节点（Master Node）：负责集群管理、调度和控制平面操作。
• 工作节点（Worker Node）：承载容器实例运行的节点，执行主节点的指令。

2. 应用组件

该电子商务应用的主要组件包括：

• 前端应用（Frontend App）：使用 React 框架编写，容器化部署在 Kubernetes 集群中，负责用户界面展示和交互。
• 后端应用（Backend App）：使用 Node.js 编写，处理用户请求，管理产品目录和订单信息，容器化部署在 Kubernetes 集群中。
• 数据库（Database）：使用 MySQL 作为关系型数据库，通过 Kubernetes 的持久化存储卷（Persistent Volume）进行数据持久化，存储产品和订单数据。
• 负载均衡器（Load Balancer）：通过 Kubernetes 内部负载均衡器，将前端应用的请求分发给多个后端应用实例，实现负载均衡和高可用性。

3. 部署流程

以下是该案例的部署流程：

1. 配置 Kubernetes 集群：包括安装和配置 Kubernetes 主节点和工作节点。
2. 创建容器镜像：为前端应用和后端应用创建 Docker 容器镜像，并上传到容器镜像仓库。

   docker build -t your-docker-registry/flask-app:latest .
   docker push your-docker-registry/flask-app:latest
   

3. 创建 Kubernetes 对象：使用 Kubernetes 命令和 YAML 文件，创建 Kubernetes 的 Deployment、Service、Ingress 和 Persistent Volume 等对象，以及配置相关的资源配额和自动扩展策略。
4. 应用部署和扩展：使用 kubectl 命令或 Kubernetes 控制台，部署前端应用和后端应用的 Deployment，并进行水平扩展。

   kubectl apply -f flask-deployment.yaml
   kubectl apply -f flask-service.yaml
   

5. 配置负载均衡：创建 Kubernetes 的 Service 和 Ingress 对象，将前端应用暴露给外部流量，并配置负载均衡规则。
6. 数据库持久化：创建 Kubernetes 的 Persistent Volume 和 Persistent Volume Claim 对象，将 MySQL 数据库的数据持久化存储，并绑定到后端应用的 Deployment。
7. 监控和日志：配置 Kubernetes 的监控和日志系统，收集和分析集群和应用的性能指标和日志数据。

通过这个案例，我们可以看到 Docker 和 Kubernetes 如何在生产环境中提供强大的容器化应用部署和管理能力。这种集成方案不仅提高了运维效率，还为系统稳定性和可扩展性提供了强有力的支持 。

五、总结

Docker 提供了一种轻量级、可移植的容器化解决方案，使得应用的部署、扩展和管理变得更加简单和高效。通过本文的实践和应用详解，我们可以看到 Docker 在开发、测试和生产环境中的广泛应用。无论是构建简单的 Web 应用，还是实现复杂的多容器应用部署，Docker 都展现出了其强大的功能和灵活性。

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参考文章：

• Docker实践与应用举例：构建高效开发与部署环境-CSDN博客
• Docker 实践与应用举例_docker应用-CSDN博客