Docker容器的工作原理
Docker容器的工作原理
Docker容器是现代软件开发和部署中不可或缺的技术组件。本文将详细介绍Docker容器的工作原理，包括容器的生命周期管理、存储配置和网络配置等内容。通过本文的学习，读者将能够掌握Docker容器的基本操作命令，理解存储和网络的配置选项，并能够在实际应用中灵活运用这些知识。
Docker容器的工作原理
在本示例中，你要开发一个订单跟踪门户，供公司的各个专卖店使用。生成Docker映像后，现在由运营团队负责订单跟踪门户的部署、更新推出和管理。
在之前的单元中，你了解了如何生成Docker映像。在这里，你将简单了解下Docker容器的生命周期以及如何管理容器。你还将了解如何考虑为容器配置数据存储和网络选项。
如何管理Docker容器
Docker容器具有可用于管理和跟踪容器状态的生命周期。
若要将容器置于运行状态，请使用run命令。还可重启已在运行的容器。重启容器时，容器将收到一个终止信号，以允许任何正在运行的进程在容器的内核终止之前正常关闭。
容器在暂停、停止或终止之前将被视为处于运行状态。但是，容器也可能会自行退出正在运行状态。当正在运行的进程完成或者进程进入错误状态时，容器可自行退出。
若要暂停正在运行的容器，请使用pause命令。此命令会暂停容器中的所有进程。
若要停止正在运行的容器，请使用stop命令。stop命令通过向正在运行的进程发送终止信号来正常关闭该进程。进程关闭后，容器的内核将终止。
如果需要终止容器，请使用kill命令发送终止信号。容器的内核会捕获该终止信号，但正在运行的进程不会。此命令会强制终止容器中正在运行的进程。
最后，若要删除处于停止状态的容器，请使用remove命令。删除容器后，将销毁存储在容器中的所有数据。
如何查看可用容器
若要列出正在运行的容器，请使用docker ps命令。若要查看处于所有状态的所有容器，请传递-a参数。
下面是一个示例：
docker ps -a
该命令的输出如下所示：
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
d93d40cc1ce9 tmp-ubuntu:latest "dotnet website.dll …" 6 seconds ago Up 5 seconds 8080/tcp happy_wilbur
33a6cf71f7c1 tmp-ubuntu:latest "dotnet website.dll …" 2 hours ago Exited (0) 9 seconds ago adoring_borg
需要查看前述输出中的以下三个项：
IMAGE列中列出的映像名称；在此示例中为tmp-ubuntu:latest。请注意，你可以从同一映像创建多个容器。这是一种强大的管理功能，可用于在解决方案中实现缩放。STATUS列中列出的容器状态。在本例中，一个容器正在运行，一个容器已退出。容器的状态通常是容器运行状况的第一个指标。NAMES列中列出的容器名称。除了第一列中的容器ID之外，容器还会接收名称。在本例中，由于你没有为每个容器显式提供名称，因此，Docker为容器提供了随机名称。若要使用--name标志为容器提供显式名称，请使用run命令。
为什么要为容器命名？
此功能允许你运行同一映像的多个容器实例。容器名称是唯一的，这意味着如果指定了某一名称，则不能重复使用该名称来创建新的容器。重复使用特定名称的唯一方法是删除之前的容器。
如何运行容器
若要启动容器，请使用docker run命令。只需按名称或ID指定要运行的映像，即可从映像启动容器。通过此方式启动的容器提供交互式体验。
此处，若要在网站处于后台的情况下运行容器，请添加-d标志。
docker run -d tmp-ubuntu
在此示例中，该命令仅返回新容器的ID。
指定要运行的映像后，Docker将查找该映像，从该映像加载容器，并执行指定为入口点的命令。此时，容器可供管理。
如何暂停容器
若要暂停容器，请运行docker pause命令。下面是一个示例：
docker pause happy_wilbur
暂停容器会暂停所有进程。通过此命令，容器可在后续阶段继续执行进程。docker unpause命令将取消挂起指定容器中的所有进程。
如何重启容器
若要重启容器，请运行docker restart命令。下面是一个示例：
docker restart happy_wilbur
容器会收到stop命令，然后是start命令。如果容器未响应stop命令，将发送kill信号。
如何停止容器
若要停止正在运行的容器，请运行docker stop命令。下面是一个示例：
docker stop happy_wilbur
stop命令会将终止信号发送到容器和容器中正在运行的进程。
如何删除容器
若要删除容器，请运行docker rm命令。下面是一个示例：
docker rm happy_wilbur
删除容器后，将销毁容器中的所有数据。考虑存储数据时，始终将容器视为临时容器非常重要。
Docker容器存储配置
如前文所述，如果容器中的应用需要存储数据，则始终将容器视为临时容器。
假设我们的跟踪门户在应用根的子文件夹（即直接到容器文件系统）中创建了一个日志文件。当应用将数据写入日志文件时，系统会将数据写入可写容器层。
虽然此方法很有效，但遗憾的是，它存在一些缺点：
- 容器存储是临时的。日志文件不会在容器实例之间存留。例如，假设你停止并删除容器。当你启动新容器实例时，新实例将基于指定的映像，而以前的所有数据将丢失。请记住，删除容器时，将随容器销毁容器中的所有数据。
- 容器存储与底层主机耦合。容器与底层主机耦合，因此很难从容器访问或移动日志文件。必须连接到容器实例来访问该文件。
- 容器存储驱动程序性能较低。容器实现存储驱动程序，以允许应用写入数据。此驱动程序引入额外抽象来与主机操作系统内核通信，比直接写入主机文件系统的性能要低。
容器可以使用两种选项来保持数据。第一种选项是使用卷，第二种选项则是绑定装载。
什么是卷？
卷存储在主机文件系统上的特定文件夹位置。选择一个文件夹，确保其中的数据只能由Docker进程修改。
Docker通过运行docker volume create命令创建和管理新卷。此命令可以构成Dockerfile定义的一部分，这意味着你可以在容器创建过程中创建卷。如果在第一次尝试将卷装载到容器中时，该卷不存在，则Docker将创建该卷。
卷存储在主机文件系统上的目录中。Docker装载和管理容器中的卷。装载后，这些卷将与主机隔离。
多个容器可以同时使用相同的卷。当容器停止使用卷时，不会自动删除这些卷。
在本示例中，你可以在容器主机上创建一个目录，并在创建跟踪门户容器时将此卷装载到容器中。当跟踪门户记录数据时，你可以通过容器主机的文件系统访问此信息。即使删除了容器，你仍可以访问此日志文件。
Docker还为第三方公司提供了一种生成加载项以用作卷的方法。例如，Azure存储提供了一个插件，用于将Azure存储装载为Docker容器上的卷。
什么是绑定装载？
绑定装载在概念上与卷相同；但是，你可以在主机上装载任何文件或文件夹，而不是使用特定文件夹。你还希望主机可以更改这些装载的内容。与卷一样，如果你要装载的绑定不存在于主机上，系统将创建该绑定装载。
与卷相比，绑定装载的功能有限，虽然性能更高，但仍依赖于具主机上的特定文件夹结构。
卷是公认的用于容器的首选数据存储策略。
对于Windows容器，可以使用另一个选项：可以将SMB路径装载为卷，并将其提供给容器。这可以让不同主机上的容器使用相同的持久存储。
Docker容器网络配置
默认Docker网络配置允许在Docker主机上隔离容器。借助此功能，可以生成和配置可彼此安全通信的应用。
Docker为Linux和Windows提供不同的网络设置。
对于Linux，有六个预配置的网络选项：
- 桥接
- 主机
- 覆盖
- IPvLan
- MACvLan
- 无
对于Windows，有六个预配置的网络选项：
- NAT（网络地址转换）
- 透明
- 覆盖
- L2Bridge
- L2Tunnel
- 无
可以根据容器的网络要求选择要向其应用的网络配置。
什么是桥接网络？
启动容器而未指定任何其他网络配置时，默认对容器应用桥接网络配置。此网络是容器使用的内部专用网络，它将容器网络与Docker主机网络隔离。
桥接网络中的每个容器都分配有一个IP地址和子网掩码，主机名默认为容器名称。允许连接到默认桥接网络的容器按IP地址访问其他通过桥接网络连接的容器。桥接网络不允许使用主机名在容器之间进行通信。
默认情况下，Docker不会发布任何容器端口。若要在容器端口和Docker主机端口之间启用端口映射，请使用Docker端口--publish标志。
publish标志可有效配置映射端口的防火墙规则。
在本例中，浏览到端口80的客户端可以访问你的跟踪门户。必须将端口80从容器映射到主机上的可用端口。你在主机上打开了端口8080，因此可设置如下标志：
--publish 8080:80
任何浏览到Docker主机IP和端口8080的客户端都可以访问跟踪门户。
除了特定于Linux的配置，Windows主机上的NAT网络的功能与桥接网络相同。此外，NAT是Windows上的默认网络，除非另行指定，否则所有容器都将连接到NAT。
什么是主机网络？
通过主机网络，你可以直接在主机网络上运行容器。此配置在网络级别有效地消除了主机与容器之间的隔离。
在本例中，假设你决定将网络配置更改为主机网络选项。仍可使用主机IP访问跟踪门户。现在，可以使用已知端口80，而不是映射的端口。
请记住，容器只能使用主机尚未使用的端口。
在Windows上，主机网络不可用。在Windows主机上，无法在主机和容器之间共享相同的IP地址（网络堆栈）。NAT网络的功能非常类似于桥接网络，“覆盖”选项为容器提供主机所在网络中的一个IP地址，但不是同一个IP地址。
覆盖和其他网络选项
对于更高级的方案，Linux和Windows都提供了其他网络选项。例如，覆盖选项从主机网络创建虚拟交换机，使该网络上的容器可以从DHCP服务器获取IP地址，或使用该网段的IP地址进行操作。此外，通过Docker，第三方供应商可以创建网络插件。
什么是“无”网络？
若要禁止容器使用网络，请使用“无”网络选项。如果应用程序不使用网络，或者你只想验证应用程序是否在容器中按预期运行，这可能很有用。
操作系统注意事项
请记住，各桌面操作系统上的Docker网络配置选项存在差异。例如，使用桥接网络时，Docker0网络接口在macOS上不可用；Windows和macOS桌面版均不支持使用主机网络配置。
这些差异可能会影响开发者配置用于管理容器开发的工作流。此外，容器业务流程协调程序还可能在Docker设置的基础上提供其他网络配置。