【Docker】实战案例 - 操作系统

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操作系统

目前常用的 Linux 发行版主要包括 Debian/Ubuntu 系列和 CentOS/Fedora 系列。

前者以自带软件包版本较新而出名；后者则宣称运行更稳定一些。选择哪个操作系统取决于读者的具体需求。

使用 Docker，读者只需要一个命令就能快速获取一个 Linux 发行版镜像，这是以往包括各种虚拟化技术都难以实现的。这些镜像一般都很精简，但是可以支持完整 Linux 系统的大部分功能。

本章将介绍如何使用 Docker 安装和使用 Busybox、Alphine、Debian/Ubuntu、CentOS/Fedora 等操作系统。

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一、Busybox

简介

BusyBox 是一个集成了一百多个最常用 Linux 命令和工具（如 cat、echo、grep、mount、telnet 等）的精简工具箱，它只需要几 MB 的大小，很方便进行各种快速验证，被誉为“Linux 系统的瑞士军刀”。

BusyBox 可运行于多款 POSIX 环境的操作系统中，如 Linux（包括 Android）、Hurd、FreeBSD 等。

获取官方镜像

可以使用 docker pull 指令下载 busybox:latest 镜像：

$ docker pull busybox:latest
latest: Pulling from library/busybox
5c4213be9af9: Pull complete
Digest: sha256:c6b45a95f932202dbb27c31333c4789f45184a744060f6e569cc9d2bf1b9ad6f
Status: Downloaded newer image for busybox:latest
docker.io/library/busybox:latest

下载后，可以看到 busybox 镜像只有 2.433 MB：

$ docker image ls
REPOSITORY                   TAG                 IMAGE ID            CREATED             VIRTUAL SIZE
busybox                   latest              e72ac664f4f0        6 weeks ago         2.433 MB

运行 busybox

启动一个 busybox 容器，并在容器中执行 grep 命令。

$ docker run -it busybox
/ # grep
BusyBox v1.22.1 (2014-05-22 23:22:11 UTC) multi-call binary.

Usage: grep [-HhnlLoqvsriwFE] [-m N] [-A/B/C N] PATTERN/-e PATTERN.../-f FILE [FILE]...

Search for PATTERN in FILEs (or stdin)

        -H      Add 'filename:' prefix
        -h      Do not add 'filename:' prefix
        -n      Add 'line_no:' prefix
        -l      Show only names of files that match
        -L      Show only names of files that don't match
        -c      Show only count of matching lines
        -o      Show only the matching part of line
        -q      Quiet. Return 0 if PATTERN is found, 1 otherwise
        -v      Select non-matching lines
        -s      Suppress open and read errors
        -r      Recurse
        -i      Ignore case
        -w      Match whole words only
        -x      Match whole lines only
        -F      PATTERN is a literal (not regexp)
        -E      PATTERN is an extended regexp
        -m N    Match up to N times per file
        -A N    Print N lines of trailing context
        -B N    Print N lines of leading context
        -C N    Same as '-A N -B N'
        -e PTRN Pattern to match
        -f FILE Read pattern from file

查看容器内的挂载信息。

/ # mount
overlay on / type overlay (rw,relatime,lowerdir=/var/lib/docker/overlay2/l/BOTCI5RF24AMC4A2UWF4N6ZWFP:/var/lib/docker/overlay2/l/TWVP5T5DMKJGXZOROR7CAPWGFP,upperdir=/var/lib/docker/overlay2/801ef0bf6cce35288dbb8fe00a4f9cc47760444693bfdf339ed0bdcf926e12a3/diff,workdir=/var/lib/docker/overlay2/801ef0bf6cce35288dbb8fe00a4f9cc47760444693bfdf339ed0bdcf926e12a3/work)
proc on /proc type proc (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime)
tmpfs on /dev type tmpfs (rw,nosuid,size=65536k,mode=755)
devpts on /dev/pts type devpts (rw,nosuid,noexec,relatime,gid=5,mode=620,ptmxmode=666)
sysfs on /sys type sysfs (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime)
tmpfs on /sys/fs/cgroup type tmpfs (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,mode=755)
cgroup on /sys/fs/cgroup/systemd type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,xattr,release_agent=/lib/systemd/systemd-cgroups-agent,name=systemd)
cgroup on /sys/fs/cgroup/net_cls,net_prio type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,net_cls,net_prio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/freezer type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,freezer)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpu,cpuacct)
cgroup on /sys/fs/cgroup/cpuset type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuset)
cgroup on /sys/fs/cgroup/blkio type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,blkio)
cgroup on /sys/fs/cgroup/perf_event type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,perf_event)
cgroup on /sys/fs/cgroup/memory type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,memory)
cgroup on /sys/fs/cgroup/devices type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,devices)
cgroup on /sys/fs/cgroup/pids type cgroup (ro,nosuid,nodev,noexec,relatime,pids)
mqueue on /dev/mqueue type mqueue (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime)
shm on /dev/shm type tmpfs (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,size=65536k)
/dev/vda1 on /etc/resolv.conf type ext3 (rw,noatime,data=ordered)
/dev/vda1 on /etc/hostname type ext3 (rw,noatime,data=ordered)
/dev/vda1 on /etc/hosts type ext3 (rw,noatime,data=ordered)
devpts on /dev/console type devpts (rw,nosuid,noexec,relatime,gid=5,mode=620,ptmxmode=666)
proc on /proc/bus type proc (ro,relatime)
proc on /proc/fs type proc (ro,relatime)
proc on /proc/irq type proc (ro,relatime)
proc on /proc/sys type proc (ro,relatime)
proc on /proc/sysrq-trigger type proc (ro,relatime)
tmpfs on /proc/acpi type tmpfs (ro,relatime)
tmpfs on /proc/kcore type tmpfs (rw,nosuid,size=65536k,mode=755)
tmpfs on /proc/keys type tmpfs (rw,nosuid,size=65536k,mode=755)
tmpfs on /proc/timer_list type tmpfs (rw,nosuid,size=65536k,mode=755)
tmpfs on /proc/sched_debug type tmpfs (rw,nosuid,size=65536k,mode=755)
tmpfs on /sys/firmware type tmpfs (ro,relatime)

busybox 镜像虽然小巧，但包括了大量常见的 Linux 命令，读者可以用它快速熟悉 Linux 命令。

相关资源

• Busybox 官网：https://busybox.net/
• Busybox 官方仓库：https://git.busybox.net/busybox/
• Busybox 官方镜像：https://hub.docker.com/_/busybox/
• Busybox 官方仓库：https://github.com/docker-library/busybox

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二、Alpine

简介

Alpine 操作系统是一个面向安全的轻型 Linux 发行版。它不同于通常 Linux 发行版，Alpine 采用了 musl libc 和 busybox 以减小系统的体积和运行时资源消耗，但功能上比 busybox 又完善的多，因此得到开源社区越来越多的青睐。在保持瘦身的同时，Alpine 还提供了自己的包管理工具 apk，可以通过 https://pkgs.alpinelinux.org/packages 网站上查询包信息，也可以直接通过 apk 命令直接查询和安装各种软件。

Alpine 由非商业组织维护的，支持广泛场景的 Linux发行版，它特别为资深/重度Linux用户而优化，关注安全，性能和资源效能。Alpine 镜像可以适用于更多常用场景，并且是一个优秀的可以适用于生产的基础系统/环境。

Alpine Docker 镜像也继承了 Alpine Linux 发行版的这些优势。相比于其他 Docker 镜像，它的容量非常小，仅仅只有 5 MB 左右（对比 Ubuntu 系列镜像接近 200 MB），且拥有非常友好的包管理机制。官方镜像来自 docker-alpine 项目。

目前 Docker 官方已开始推荐使用 Alpine 替代之前的 Ubuntu 做为基础镜像环境。这样会带来多个好处。包括镜像下载速度加快，镜像安全性提高，主机之间的切换更方便，占用更少磁盘空间等。

下表是官方镜像的大小比较：

REPOSITORY          TAG           IMAGE ID          VIRTUAL SIZE
alpine              latest        4e38e38c8ce0      4.799 MB
debian              latest        4d6ce913b130      84.98 MB
ubuntu              latest        b39b81afc8ca      188.3 MB
centos              latest        8efe422e6104      210 MB

获取并使用官方镜像

由于镜像很小，下载时间往往很短，读者可以直接使用 docker run 指令直接运行一个 Alpine 容器，并指定运行的 Linux 指令，例如：

$ docker run alpine echo '123'
123

迁移至 Alpine 基础镜像

目前，大部分 Docker 官方镜像都已经支持 Alpine 作为基础镜像，可以很容易进行迁移。

例如：

• ubuntu/debian -> alpine
• python:3 -> python:3-alpine
• ruby:2.6 -> ruby:2.6-alpine

另外，如果使用 Alpine 镜像替换 Ubuntu 基础镜像，安装软件包时需要用 apk 包管理器替换 apt 工具，如

$ apk add --no-cache <package>

Alpine 中软件安装包的名字可能会与其他发行版有所不同，可以在 https://pkgs.alpinelinux.org/packages 网站搜索并确定安装包名称。如果需要的安装包不在主索引内，但是在测试或社区索引中。那么可以按照以下方法使用这些安装包。

$ echo "http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/edge/testing" >> /etc/apk/repositories
$ apk --update add --no-cache <package>

由于在国内访问 apk 仓库较缓慢，建议在使用 apk 之前先替换仓库地址为国内镜像。

RUN sed -i "s/dl-cdn.alpinelinux.org/mirrors.aliyun.com/g" /etc/apk/repositories \
      && apk add --no-cache 

相关资源

• Alpine 官网：https://www.alpinelinux.org/
• Alpine 官方仓库：https://github.com/alpinelinux
• Alpine 官方镜像：https://hub.docker.com/_/alpine/
• Alpine 官方镜像仓库：https://github.com/gliderlabs/docker-alpine

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三、Debian/Ubuntu

Debian 和 Ubuntu 都是目前较为流行的 Debian 系 的服务器操作系统，十分适合研发场景。Docker Hub 上提供了官方镜像，国内各大容器云服务也基本都提供了相应的支持。

Debian 系统简介

Debian 是由 GPL 和其他自由软件许可协议授权的自由软件组成的操作系统，由 Debian 计划（Debian Project） 组织维护。Debian 计划 是一个独立的、分散的组织，由 3000 人志愿者组成，接受世界多个非盈利组织的资金支持，Software in the Public Interest 提供支持并持有商标作为保护机构。Debian 以其坚守 Unix 和自由软件的精神，以及其给予用户的众多选择而闻名。现时 Debian 包括了超过 25,000 个软件包并支持 12 个计算机系统结构。

Debian 作为一个大的系统组织框架，其下有多种不同操作系统核心的分支计划，主要为采用 Linux 核心的 Debian GNU/Linux 系统，其他还有采用 GNU Hurd 核心的 Debian GNU/Hurd 系统、采用 FreeBSD 核心的 Debian GNU/kFreeBSD 系统，以及采用 NetBSD 核心的 Debian GNU/NetBSD 系统。甚至还有利用 Debian 的系统架构和工具，采用 OpenSolaris 核心构建而成的 Nexenta OS 系统。在这些 Debian 系统中，以采用 Linux 核心的 Debian GNU/Linux 最为著名。

众多的 Linux 发行版，例如 Ubuntu、Knoppix 和 Linspire 及 Xandros 等，都基于 Debian GNU/Linux。

使用 Debian 官方镜像

官方提供了大家熟知的 debian 镜像以及面向科研领域的 neurodebian 镜像。可以使用 docker run 直接运行 Debian 镜像。

$ docker run -it debian bash
root@668e178d8d69:/# cat /etc/issue
Debian GNU/Linux 8

Debian 镜像很适合作为基础镜像，构建自定义镜像。

Ubuntu 系统简介

Ubuntu 是一个以桌面应用为主的 GNU/Linux 操作系统，其名称来自非洲南部祖鲁语或豪萨语的“ubuntu”一词（官方译名“友帮拓”，另有“吾帮托”、“乌班图”、“有奔头”或“乌斑兔”等译名）。Ubuntu 意思是“人性”以及“我的存在是因为大家的存在”，是非洲传统的一种价值观，类似华人社会的“仁爱”思想。 Ubuntu 基于 Debian 发行版和 GNOME/Unity 桌面环境，与 Debian 的不同在于它每 6 个月会发布一个新版本，每 2 年推出一个长期支持 （Long Term Support，LTS） 版本，一般支持 3 年时间。

使用 Ubuntu 官方镜像

下面以 ubuntu:18.04 为例，演示如何使用该镜像安装一些常用软件。

首先使用 -ti 参数启动容器，登录 bash，查看 ubuntu 的发行版本号。

$ docker run -ti ubuntu:18.04 /bin/bash
root@7d93de07bf76:/# cat /etc/os-release
NAME="Ubuntu"
VERSION="18.04.1 LTS (Bionic Beaver)"
ID=ubuntu
ID_LIKE=debian
PRETTY_NAME="Ubuntu 18.04.1 LTS"
VERSION_ID="18.04"
HOME_URL="https://www.ubuntu.com/"
SUPPORT_URL="https://help.ubuntu.com/"
BUG_REPORT_URL="https://bugs.launchpad.net/ubuntu/"
PRIVACY_POLICY_URL="https://www.ubuntu.com/legal/terms-and-policies/privacy-policy"
VERSION_CODENAME=bionic
UBUNTU_CODENAME=bionic

当试图直接使用 apt-get 安装一个软件的时候，会提示 E: Unable to locate package。

root@7d93de07bf76:/# apt-get install curl
Reading package lists... Done
Building dependency tree
Reading state information... Done
E: Unable to locate package curl

这并非系统不支持 apt-get 命令。Docker 镜像在制作时为了精简清除了 apt 仓库信息，因此需要先执行 apt-get update 命令来更新仓库信息。更新信息后即可成功通过 apt-get 命令来安装软件。

root@7d93de07bf76:/# apt-get update
Get:1 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic InRelease [242 kB]
Get:2 http://security.ubuntu.com/ubuntu bionic-security InRelease [88.7 kB]
Get:3 http://security.ubuntu.com/ubuntu bionic-security/multiverse amd64 Packages [7348 B]
Get:4 http://security.ubuntu.com/ubuntu bionic-security/universe amd64 Packages [823 kB]
Get:5 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-updates InRelease [88.7 kB]
Get:6 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-backports InRelease [74.6 kB]
Get:7 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic/universe amd64 Packages [11.3 MB]
Get:8 http://security.ubuntu.com/ubuntu bionic-security/restricted amd64 Packages [31.0 kB]
Get:9 http://security.ubuntu.com/ubuntu bionic-security/main amd64 Packages [835 kB]
Get:10 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic/restricted amd64 Packages [13.5 kB]
Get:11 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic/main amd64 Packages [1344 kB]
Get:12 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic/multiverse amd64 Packages [186 kB]
Get:13 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-updates/main amd64 Packages [1127 kB]
Get:14 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-updates/universe amd64 Packages [1350 kB]
Get:15 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-updates/multiverse amd64 Packages [11.4 kB]
Get:16 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-updates/restricted amd64 Packages [44.7 kB]
Get:17 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-backports/main amd64 Packages [2496 B]
Get:18 http://archive.ubuntu.com/ubuntu bionic-backports/universe amd64 Packages [4252 B]
Fetched 17.6 MB in 1min 25s (207 kB/s)
Reading package lists... Done

首先，安装 curl 工具。

root@7d93de07bf76:/# apt-get install curl
Reading package lists... Done
Building dependency tree
Reading state information... Done
The following additional packages will be installed:
  ca-certificates krb5-locales libasn1-8-heimdal libcurl4 libgssapi-krb5-2 libgssapi3-heimdal libhcrypto4-heimdal libheimbase1-heimdal libheimntlm0-heimdal libhx509-5-heimdal
  libk5crypto3 libkeyutils1 libkrb5-26-heimdal libkrb5-3 libkrb5support0 libldap-2.4-2 libldap-common libnghttp2-14 libpsl5 libroken18-heimdal librtmp1 libsasl2-2 libsasl2-modules libsasl2-modules-db libsqlite3-0 libssl1.1 libwind0-heimdal openssl publicsuffix
...
root@7d93de07bf76:/# curl
curl: try 'curl --help' or 'curl --manual' for more information

接下来，再安装 apache 服务。

root@7d93de07bf76:/# apt-get install -y apache2
Reading package lists... Done
Building dependency tree
Reading state information... Done
The following additional packages will be installed:
  apache2-bin apache2-data apache2-utils file libapr1 libaprutil1 libaprutil1-dbd-sqlite3 libaprutil1-ldap libexpat1 libgdbm-compat4 libgdbm5 libicu60 liblua5.2-0 libmagic-mgc libmagic1 libperl5.26 libxml2 mime-support netbase perl perl-modules-5.26 ssl-cert xz-utils
...

启动这个 apache 服务，然后使用 curl 来测试本地访问。

root@7d93de07bf76:/# service apache2 start
 * Starting web server apache2                                                                                                                               AH00558: apache2: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using 172.17.0.2. Set the 'ServerName' directive globally to suppress this message
 *
root@7d93de07bf76:/# curl 127.0.0.1

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
  <!--
    Modified from the Debian original for Ubuntu
    Last updated: 2016-11-16
    See: https://launchpad.net/bugs/1288690
  -->
  <head>
    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8" />
    <title>Apache2 Ubuntu Default Page: It works</title>
    <style type="text/css" media="screen">
...

配合使用 -p 参数对外映射服务端口，可以允许容器外来访问该服务。

相关资源

• Debian 官网：https://www.debian.org/
• Neuro Debian 官网：http://neuro.debian.net/
• Debian 官方仓库：https://github.com/Debian
• Debian 官方镜像：https://hub.docker.com/_/debian/
• Debian 官方镜像仓库：https://github.com/tianon/docker-brew-debian/
• Ubuntu 官网：https://ubuntu.com
• Ubuntu 官方仓库：https://github.com/ubuntu
• Ubuntu 官方镜像：https://hub.docker.com/_/ubuntu/
• Ubuntu 官方镜像仓库：https://github.com/tianon/docker-brew-ubuntu-core

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四、CentOS/Fedora

CentOS 系统简介

CentOS 和 Fedora 都是基于 Redhat 的常见 Linux 分支。CentOS 是目前企业级服务器的常用操作系统；Fedora 则主要面向个人桌面用户。

CentOS（Community Enterprise Operating System，中文意思是：社区企业操作系统），它是基于 Red Hat Enterprise Linux 源代码编译而成。由于 CentOS 与 Redhat Linux 源于相同的代码基础，所以很多成本敏感且需要高稳定性的公司就使用 CentOS 来替代商业版 Red Hat Enterprise Linux。CentOS 自身不包含闭源软件。

使用 CentOS 官方镜像

使用 docker run 直接运行 CentOS 7 镜像，并登录 bash。

$ docker run -it centos:7 bash
Unable to find image 'centos:latest' locally
latest: Pulling from library/centos
3d8673bd162a: Pull complete
Digest: sha256:a66ffcb73930584413de83311ca11a4cb4938c9b2521d331026dad970c19adf4
Status: Downloaded newer image for centos:latest
[root@43eb3b194d48 /]# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.9.2009 (Core)

Fedora 系统简介

Fedora 由 Fedora Project 社区开发，红帽公司赞助的 Linux 发行版。它的目标是创建一套新颖、多功能并且自由和开源的操作系统。Fedora 的功能对于用户而言，它是一套功能完备的，可以更新的免费操作系统，而对赞助商 Red Hat 而言，它是许多新技术的测试平台。被认为可用的技术最终会加入到 Red Hat Enterprise Linux 中。

使用 Fedora 官方镜像

使用 docker run 命令直接运行 Fedora 官方镜像，并登录 bash。

$ docker run -it fedora bash
Unable to find image 'fedora:latest' locally
latest: Pulling from library/fedora
2bf01635e2a0: Pull complete
Digest: sha256:64a02df6aac27d1200c2572fe4b9949f1970d05f74d367ce4af994ba5dc3669e
Status: Downloaded newer image for fedora:latest
[root@196ca341419b /]# cat /etc/redhat-release
Fedora release 24 (Twenty Four)

相关资源

• Fedora 官网：https://getfedora.org/
• Fedora 官方仓库：https://github.com/fedora-infra
• Fedora 官方镜像：https://hub.docker.com/_/fedora/
• Fedora 官方镜像仓库：https://github.com/fedora-cloud/docker-brew-fedora
• CentOS 官网：https://www.centos.org
• CentOS 官方仓库：https://github.com/CentOS
• CentOS 官方镜像：https://hub.docker.com/_/centos/
• CentOS 官方镜像仓库：https://github.com/CentOS/CentOS-Dockerfiles

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五、小结

本章讲解了典型操作系统镜像的下载和使用。

除了官方的镜像外，在 Docker Hub 上还有许多第三方组织或个人上传的 Docker 镜像。

读者可以根据具体情况来选择。一般来说：

• 官方镜像体积都比较小，只带有一些基本的组件。 精简的系统有利于安全、稳定和高效的运行，也适合进行个性化定制。

• 出于安全考虑，几乎所有官方制作的镜像都没有安装 SSH 服务，无法通过用户名和密码直接登录到容器中。

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