Docker入门指南:从零开始轻松掌握容器化技术【超级详细版】

文章目录

  • 什么是Docker?
    • 平时应用部署的环境问题
    • Docker解决依赖兼容问题
    • Docker可以解决操作系统环境差异
  • Docker和虚拟机的区别
  • Docker架构
    • 镜像
    • 容器
    • 仓库
    • Docker的安装
  • Docker基本操作
    • 镜像操作
    • 容器操作
    • 数据卷(容器数据管理)
      • 1. 什么是数据卷
      • 2.数据集操作命令
      • 3.创建和查看数据卷
      • 4.挂载数据卷
      • 5.案例-给nginx挂载数据卷
      • 6.案例-给MySQL挂载本地目录
      • 7.小结
  • Dockerfile自定义镜像
    • 1.镜像结构
    • 2.Dockerfile语法
    • 3.构建Java项目
      • 基于Ubuntu构建Java项目
      • 基于java8构建Java项目
    • 4.小结
  • Docker-Compose
    • 1.初识DockerCompose
    • 2.安装DockerCompose
    • 3.部署微服务集群
      • 4.3.1.compose文件
      • 4.3.2.修改微服务配置
      • 4.3.3.打包
      • 4.3.4.拷贝jar包到部署目录
      • 4.3.5.部署
  • Docker镜像仓库
    • 1.搭建私有镜像仓库
    • 2.推送、拉取镜像

什么是Docker?

Docker时世界领先的软件容器平台,能够自动执行重复性任务,例如搭建和配置开发环境,从而解放了开发人员,用户可以方便的使用和创建容器,把自己的应用放入容器,也可以从官方容器中拉取需要的应用,容器还可以进行版本管理、复制、分享、修改,就像管理普通代码一样。

平时应用部署的环境问题

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在平时进行应用部署的时候,通常会碰见很多复杂的问题,大型项目组件较多,运行环境相对复杂部署项目时会发现依赖关系复杂,容易创先兼容性问题,并且开发、测试、生产环境有差异。例如一个项目中,部署时需要依赖于node.js、Redis、Nginx、MySQL等,这些服务部署时所需要的函数库、依赖项各不相同,甚至会有冲突。给部署带来了极大的困难。

Docker解决依赖兼容问题

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Docker为了解决依赖的兼容问题的,采用了两个手段:

  • 将应用的Libs(函数库)、Deps(依赖)、配置与应用一起打包
  • 将每个应用放到一个隔离容器去运行,避免互相干扰

Docker可以解决操作系统环境差异

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以ubuntu为例,在平时的操作系统中,应用调用操作系统应用(函数库),实现各种功能

系统函数库对内核指令集进行封装,会调用内核指令,内核指令操作计算机硬件


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  • Docker将用户程序与所需要调用的系统(比如Ubuntu)函数库一起打包
  • Docker运行到不同操作系统时,直接基于打包的函数库,借助于操作系统的Linux内核来运行

Docker和虚拟机的区别

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虚拟机实在操作系统中模拟硬件设备,然后运行另一个操作系统。

Docker仅仅是封装函数库,并没有模拟完整的操作系统


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Docker体积小、启动速度快、性能好;虚拟机体积大、启动速度慢、性能一般

容器是一个应用层抽象,用于将代码和依赖资源打包在一起。 多个容器可以在同一台机器上运行,共享操作系统内核,但各自作为独立的进程在用户空间中运行 。与虚拟机相比, 容器占用的空间较少(容器镜像大小通常只有几十兆),瞬间就能完成启动 (docker直接在操作系统内核上启动)。

虚拟机 (VM) 是一个物理硬件层抽象,用于将一台服务器变成多台服务器。 管理程序允许多个 VM 在一台机器上运行。每个 VM 都包含一整套操作系统、一个或多个应用、必要的二进制文件和库资源,因此 占用大量空间 。而且 VM 启动也十分缓慢

Docker架构

Docker生命周期中有三个基本概念:镜像,容器,仓库

Docker是一个CS架构的程序,由两部分组成:

  • 服务端(server):Docker守护进程,负责处理Docker指令,管理镜像、容器等
  • 客户端(client):通过命令或RestAPI向Docker服务端发送指令。可以在本地或远程向服务端发送指令。

镜像

Docker将应用程序所需要的依赖、函数库、环境、配置等文件打包在一起,称为镜像镜像就是硬盘中的文件。

容器

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镜像中的应用程序运行后形成的进程就是容器,但是Docker会给容器进程做隔离,对外不可见,容器运行中有独立的运行空间,防止容器去修改镜像。我们可以基于镜像去创建容器,容器在运行过程中不能往镜像中去写东西,容器可以从镜像里面读数据。

仓库

DockerHub是官方的Docker镜像托管平台,称为Docker Registry,链接为:https://hub.docker.com/

如果我们要使用Docker来操作镜像、容器,就要安装Docker。

Docker的安装

Docker在CentOS8中的安装

Docker基本操作

镜像操作

1. 镜像名称

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镜像的名称一般由两部分组成: [repository]:[tag]

一般情况下,在没有指定tag时,模式时最新版本的镜像


2. 镜像命令

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想要在本地Docker上完成镜像的操作,首先是获取镜像,一般有两种,第一种是有一个Dockerfile的文件,使用docker build的命令将镜像获取过来,第二种是直接使用命令从镜像服务器拉取镜像docker pull,想要查看已经获取了哪些镜像可以使用docker images,也可以使用docker rmi删除镜像,使用docker save将镜像保存为压缩包,使用docker load加载压缩包。


3. 镜像操作

需求:从DockerHub中拉取一个nginx镜像并查看

1)首先去镜像仓库搜索nginx镜像,比如DockerHub:

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2)根据查看到的镜像名称,拉取自己需要的镜像,通过命令:docker pull nginx

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3)通过命令:docker images 查看拉取到的镜像

在这里插入图片描述


需求:利用docker save将nginx镜像导出磁盘,然后再通过load加载回来

1)利用docker xx --help命令查看docker save和docker load的语法

例如,查看save命令用法,可以输入命令:

docker save --help

结果:

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命令格式:

docker save -o [保存的目标文件名称] [镜像名称]

2)使用docker save导出镜像到磁盘

运行命令:

docker save -o nginx.tar nginx:latest

结果如图:

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3)使用docker load加载镜像

先删除本地的nginx镜像:

docker rmi nginx:latest

然后运行命令,加载本地文件:

docker load -i nginx.tar

结果:

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容器操作

容器的相关命令

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容器保护三个状态:

  • 运行:进程正常运行
  • 暂停:进程暂停,CPU不再运行,并不释放内存
  • 停止:进程终止,回收进程占用的内存、CPU等资源

其中:

  • docker run:创建并运行一个容器,处于运行状态
  • docker pause:让一个运行的容器暂停
  • docker unpause:让一个容器从暂停状态恢复运行
  • docker stop:停止一个运行的容器
  • docker start:让一个停止的容器再次运行
  • docker rm:删除一个容器

案例-创建并运行一个容器

创建并运行nginx容器的命令:

docker run --name mn -p 80:80 -d nginx

命令解读:

  • docker run :创建并运行一个容器
  • –name : 给容器起一个名字,比如叫做mn
  • -p :将宿主机端口与容器端口映射,冒号左侧是宿主机端口,右侧是容器端口
  • -d:后台运行容器
  • nginx:镜像名称,例如nginx

这里的-p参数,是将容器端口映射到宿主机端口。

默认情况下,容器是隔离环境,我们直接访问宿主机的80端口,肯定访问不到容器中的nginx。

现在,将容器的80与宿主机的80关联起来,当我们访问宿主机的80端口时,就会被映射到容器的80,这样就能访问到nginx了:

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案例-进入容器,修改文件

需求:进入Nginx容器,修改HTML文件内容,添加“传智教育欢迎您”

提示:进入容器要用到docker exec命令。

步骤

1)进入容器。进入我们刚刚创建的nginx容器的命令为:

docker exec -it mn bash

命令解读:

  • docker exec :进入容器内部,执行一个命令
  • -it : 给当前进入的容器创建一个标准输入、输出终端,允许我们与容器交互
  • mn :要进入的容器的名称
  • bash:进入容器后执行的命令,bash是一个linux终端交互命令

2)进入nginx的HTML所在目录 /usr/share/nginx/html

容器内部会模拟一个独立的Linux文件系统,看起来如同一个linux服务器一样:

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nginx的环境、配置、运行文件全部都在这个文件系统中,包括我们要修改的html文件。

查看DockerHub网站中的nginx页面,可以知道nginx的html目录位置在/usr/share/nginx/html

我们执行命令,进入该目录:

cd /usr/share/nginx/html

查看目录下文件:

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3)修改index.html的内容

容器内没有vi命令,无法直接修改,我们用下面的命令来修改:

sed -i -e 's#Welcome to nginx#传教育欢迎您#g' -e 's###g' index.html

在浏览器访问自己的虚拟机地址,例如我的是:http://192.168.150.101,即可看到结果:

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docker run命令的常见参数有哪些?

- --name:指定容器名称
- -p:指定端口映射
- -d:让容器后台运行

查看容器日志的命令:

- docker logs
- 添加 -f 参数可以持续查看日志

查看容器状态:

- docker ps
- docker ps -a 查看所有容器,包括已经停止的



数据卷(容器数据管理)

在之前的nginx案例中,修改nginx的html页面时,需要进入nginx内部。并且因为没有编辑器,修改文件也很麻烦。

这就是因为容器与数据(容器内文件)耦合带来的后果。

1. 什么是数据卷

**数据卷(volume)**是一个虚拟目录,指向宿主机文件系统中的某个目录。

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一旦完成数据卷挂载,对容器的一切操作都会作用在数据卷对应的宿主机目录了。

这样,我们操作宿主机的/var/lib/docker/volumes/html目录,就等于操作容器内的/usr/share/nginx/html目录了

2.数据集操作命令

数据卷操作的基本语法如下:

docker volume [COMMAND]

docker volume命令是数据卷操作,根据命令后跟随的command来确定下一步的操作:

  • docker volume create:创建数据卷
  • docker volume ls:查看所有数据卷
  • docker volume inspect:查看数据卷详细信息,包括关联的宿主机目录位置
  • docker volume rm:删除指定数据卷
  • docker volume prune:删除所有未使用的数据卷

3.创建和查看数据卷

需求:创建一个数据卷,并查看数据卷在宿主机的目录位置

① 创建数据卷

docker volume create html

② 查看所有数据

docker volume ls

结果:

在这里插入图片描述

③ 查看数据卷详细信息卷

docker volume inspect html

结果:

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可以看到,我们创建的html这个数据卷关联的宿主机目录为/var/lib/docker/volumes/html/_data目录。

4.挂载数据卷

我们在创建容器时,可以通过 -v 参数来挂载一个数据卷到某个容器内目录,命令格式如下:

docker run \
  --name mn \
  -v html:/root/html \
  -p 8080:80
  nginx \

这里的-v就是挂载数据卷的命令:

  • -v html:/root/htm :把html数据卷挂载到容器内的/root/html这个目录中

5.案例-给nginx挂载数据卷

需求:创建一个nginx容器,修改容器内的html目录内的index.html内容

分析:上个案例中,我们进入nginx容器内部,已经知道nginx的html目录所在位置/usr/share/nginx/html ,我们需要把这个目录挂载到html这个数据卷上,方便操作其中的内容。

提示:运行容器时使用 -v 参数挂载数据卷

步骤:

① 创建容器并挂载数据卷到容器内的HTML目录

docker run --name mn -v html:/usr/share/nginx/html -p 80:80 -d nginx

② 进入html数据卷所在位置,并修改HTML内容

# 查看html数据卷的位置
docker volume inspect html
# 进入该目录
cd /var/lib/docker/volumes/html/_data
# 修改文件
vi index.html

6.案例-给MySQL挂载本地目录

容器不仅仅可以挂载数据卷,也可以直接挂载到宿主机目录上。关联关系如下:

  • 带数据卷模式:宿主机目录 --> 数据卷 —> 容器内目录
  • 直接挂载模式:宿主机目录 —> 容器内目录

如图:

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语法

目录挂载与数据卷挂载的语法是类似的:

  • -v [宿主机目录]:[容器内目录]
  • -v [宿主机文件]:[容器内文件]

需求:创建并运行一个MySQL容器,将宿主机目录直接挂载到容器

实现思路如下:

1)在将课前资料中的mysql.tar文件上传到虚拟机,通过load命令加载为镜像

2)创建目录/tmp/mysql/data

3)创建目录/tmp/mysql/conf,将课前资料提供的hmy.cnf文件上传到/tmp/mysql/conf

4)去DockerHub查阅资料,创建并运行MySQL容器,要求:

① 挂载/tmp/mysql/data到mysql容器内数据存储目录

② 挂载/tmp/mysql/conf/hmy.cnf到mysql容器的配置文件

③ 设置MySQL密码

7.小结

docker run的命令中通过 -v 参数挂载文件或目录到容器中:

  • -v volume名称:容器内目录
  • -v 宿主机文件:容器内文件
  • -v 宿主机目录:容器内目录

数据卷挂载与目录直接挂载的

  • 数据卷挂载耦合度低,由docker来管理目录,但是目录较深,不好找
  • 目录挂载耦合度高,需要我们自己管理目录,不过目录容易寻找查看

常见的镜像在DockerHub就能找到,但是我们自己写的项目就必须自己构建镜像了。

而要自定义镜像,就必须先了解镜像的结构才行。

Dockerfile自定义镜像

1.镜像结构

镜像是将应用程序及其需要的系统函数库、环境、配置、依赖打包而成。

我们以MySQL为例,来看看镜像的组成结构:
Docker入门指南:从零开始轻松掌握容器化技术【超级详细版】_第23张图片

在一个镜像中一般都会有两层入口层和基础镜像层。入口层是镜像中应用启动的命令。基础镜像层是是包含基本的系统函数库、环境变量、文件系统。中间的其他层就是在基础镜像层的基础上添加应用程序文件、配置文件、依赖文件等组合,然后编写好启动脚本打包在一起形成的文件。

我们要构建镜像,其实就是实现上述打包的过程。

2.Dockerfile语法

构建自定义的镜像时,并不需要一个个文件去拷贝,打包。

我们只需要告诉Docker,我们的镜像的组成,需要哪些BaseImage、需要拷贝什么文件、需要安装什么依赖、启动脚本是什么,将来Docker会帮助我们构建镜像。

而描述上述信息的文件就是Dockerfile文件。

Dockerfile就是一个文本文件,其中包含一个个的指令(Instruction),用指令来说明要执行什么操作来构建镜像。每一个指令都会形成一层Layer。

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更新详细语法说明,请参考官网文档: https://docs.docker.com/engine/reference/builder

3.构建Java项目

基于Ubuntu构建Java项目

需求:基于Ubuntu镜像构建一个新镜像,运行一个java项目

  • 步骤1:新建一个空文件夹docker-demo

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  • 步骤2:拷贝课前资料中的docker-demo.jar文件到docker-demo这个目录

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  • 步骤3:拷贝课前资料中的jdk8.tar.gz文件到docker-demo这个目录

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  • 步骤4:拷贝课前资料提供的Dockerfile到docker-demo这个目录

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其中的内容如下:

# 指定基础镜像
FROM ubuntu:16.04
# 配置环境变量,JDK的安装目录
ENV JAVA_DIR=/usr/local

# 拷贝jdk和java项目的包
COPY ./jdk8.tar.gz $JAVA_DIR/
COPY ./docker-demo.jar /tmp/app.jar

# 安装JDK
RUN cd $JAVA_DIR \
 && tar -xf ./jdk8.tar.gz \
 && mv ./jdk1.8.0_144 ./java8

# 配置环境变量
ENV JAVA_HOME=$JAVA_DIR/java8
ENV PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin

# 暴露端口
EXPOSE 8090
# 入口,java项目的启动命令
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar

  • 步骤5:进入docker-demo

    将准备好的docker-demo上传到虚拟机任意目录,然后进入docker-demo目录下

  • 步骤6:运行命令:

    docker build -t javaweb:1.0 .
    
    

最后访问 http://192.168.150.101:8090/hello/count,其中的ip改成你的虚拟机ip

基于java8构建Java项目

虽然我们可以基于Ubuntu基础镜像,添加任意自己需要的安装包,构建镜像,但是却比较麻烦。所以大多数情况下,我们都可以在一些安装了部分软件的基础镜像上做改造。

例如,构建java项目的镜像,可以在已经准备了JDK的基础镜像基础上构建。

需求:基于java:8-alpine镜像,将一个Java项目构建为镜像

实现思路如下:

  • ① 新建一个空的目录,然后在目录中新建一个文件,命名为Dockerfile

  • ② 拷贝课前资料提供的docker-demo.jar到这个目录中

  • ③ 编写Dockerfile文件:

    • a )基于java:8-alpine作为基础镜像

    • b )将app.jar拷贝到镜像中

    • c )暴露端口

    • d )编写入口ENTRYPOINT

      内容如下:

      FROM java:8-alpine
      COPY ./app.jar /tmp/app.jar
      EXPOSE 8090
      ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar
      
      

      docker build -t javaweb:2.0 .

  • ④ 使用docker build命令构建镜像

  • ⑤ 使用docker run创建容器并运行

4.小结

小结:

  1. Dockerfile的本质是一个文件,通过指令描述镜像的构建过程
  2. Dockerfile的第一行必须是FROM,从一个基础镜像来构建
  3. 基础镜像可以是基本操作系统,如Ubuntu。也可以是其他人制作好的镜像,例如:java:8-alpine

Docker-Compose

Docker Compose可以基于Compose文件帮我们快速的部署分布式应用,而无需手动一个个创建和运行容器!

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1.初识DockerCompose

Compose文件是一个文本文件,通过指令定义集群中的每个容器如何运行。格式如下:

version: "3.8"
 services:
  mysql:
    image: mysql:5.7.25
    environment:
     MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123 
    volumes:
     - "/tmp/mysql/data:/var/lib/mysql"
     - "/tmp/mysql/conf/hmy.cnf:/etc/mysql/conf.d/hmy.cnf"
  web:
    build: .
    ports:
     - "8090:8090"


上面的Compose文件就描述一个项目,其中包含两个容器:

  • mysql:一个基于mysql:5.7.25镜像构建的容器,并且挂载了两个目录
  • web:一个基于docker build临时构建的镜像容器,映射端口时8090

DockerCompose的详细语法参考官网:
https://docs.docker.com/compose/compose-file/

其实DockerCompose文件可以看做是将多个docker run命令写到一个文件,只是语法稍有差异。

2.安装DockerCompose

Docker在CentOS中的安装

3.部署微服务集群

需求:将之前学习的cloud-demo微服务集群利用DockerCompose部署

实现思路

① 查看课前资料提供的cloud-demo文件夹,里面已经编写好了docker-compose文件

② 修改自己的cloud-demo项目,将数据库、nacos地址都命名为docker-compose中的服务名

③ 使用maven打包工具,将项目中的每个微服务都打包为app.jar

④ 将打包好的app.jar拷贝到cloud-demo中的每一个对应的子目录中

⑤ 将cloud-demo上传至虚拟机,利用 docker-compose up -d 来部署

4.3.1.compose文件

查看课前资料提供的cloud-demo文件夹,里面已经编写好了docker-compose文件,而且每个微服务都准备了一个独立的目录:

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内容如下:

version: "3.2"

services:
  nacos:
    image: nacos/nacos-server
    environment:
      MODE: standalone
    ports:
      - "8848:8848"
  mysql:
    image: mysql:5.7.25
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123
    volumes:
      - "$PWD/mysql/data:/var/lib/mysql"
      - "$PWD/mysql/conf:/etc/mysql/conf.d/"
  userservice:
    build: ./user-service
  orderservice:
    build: ./order-service
  gateway:
    build: ./gateway
    ports:
      - "10010:10010"

可以看到,其中包含5个service服务:

  • nacos:作为注册中心和配置中心
    • image: nacos/nacos-server: 基于nacos/nacos-server镜像构建
    • environment:环境变量
      • MODE: standalone:单点模式启动
    • ports:端口映射,这里暴露了8848端口
  • mysql:数据库
    • image: mysql:5.7.25:镜像版本是mysql:5.7.25
    • environment:环境变量
      • MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123:设置数据库root账户的密码为123
    • volumes:数据卷挂载,这里挂载了mysql的data、conf目录,其中有我提前准备好的数据
  • userserviceorderservicegateway:都是基于Dockerfile临时构建的

查看mysql目录,可以看到其中已经准备好了cloud_order、cloud_user表:

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查看微服务目录,可以看到都包含Dockerfile文件:

Docker入门指南:从零开始轻松掌握容器化技术【超级详细版】_第32张图片

内容如下:

FROM java:8-alpine
COPY ./app.jar /tmp/app.jar
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar

4.3.2.修改微服务配置

因为微服务将来要部署为docker容器,而容器之间互联不是通过IP地址,而是通过容器名。这里我们将order-service、user-service、gateway服务的mysql、nacos地址都修改为基于容器名的访问。

如下所示:

spring:
  datasource:
    url: jdbc:mysql://mysql:3306/cloud_order?useSSL=false
    username: root
    password: 123
    driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
  application:
    name: orderservice
  cloud:
    nacos:
      server-addr: nacos:8848 # nacos服务地址

4.3.3.打包

接下来需要将我们的每个微服务都打包。因为之前查看到Dockerfile中的jar包名称都是app.jar,因此我们的每个微服务都需要用这个名称。

可以通过修改pom.xml中的打包名称来实现,每个微服务都需要修改:

<build>
  
  <finalName>appfinalName>
  <plugins>
    <plugin>
      <groupId>org.springframework.bootgroupId>
      <artifactId>spring-boot-maven-pluginartifactId>
    plugin>
  plugins>
build>

打包后:

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4.3.4.拷贝jar包到部署目录

编译打包好的app.jar文件,需要放到Dockerfile的同级目录中。注意:每个微服务的app.jar放到与服务名称对应的目录,别搞错了。

user-service:

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order-service:

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gateway:

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4.3.5.部署

最后,我们需要将文件整个cloud-demo文件夹上传到虚拟机中,理由DockerCompose部署。

上传到任意目录:

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部署:

进入cloud-demo目录,然后运行下面的命令:

docker-compose up -d

Docker镜像仓库

1.搭建私有镜像仓库

参考课前资料《CentOS7安装Docker.md》

2.推送、拉取镜像

推送镜像到私有镜像服务必须先tag,步骤如下:

① 重新tag本地镜像,名称前缀为私有仓库的地址:192.168.150.101:8080/

docker tag nginx:latest 192.168.150.101:8080/nginx:1.0 

② 推送镜像

docker push 192.168.150.101:8080/nginx:1.0 

③ 拉取镜像

docker pull 192.168.150.101:8080/nginx:1.0 

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