Ubuntu Docker 实践指南：安装、容器管理与 Docker Hub 集成

引言

Docker 是一款强大的工具，极大地简化了应用程序容器（Container）的管理。容器允许您在资源隔离的进程中运行应用程序，它们类似于传统的虚拟机（VM），但更加轻量、便携，并且与宿主操作系统（Host OS）共享内核。本教程将详尽指导您如何在 Ubuntu 系统上安装 Docker Community Edition (CE)，并逐步学习其核心概念，包括容器（Containers）、镜像（Images）的使用，以及如何将您构建的镜像推送到 Docker Hub。

先决条件

在开始安装 Docker 之前，请确保满足以下条件：

一台已按照 Ubuntu 服务器初始设置指南配置好的 Ubuntu 服务器，其中包含一个具备 sudo 权限的非 root 用户并已配置防火墙。
如果您计划创建并将自己的 Docker 镜像推送到 Docker Hub（即本文的第 7 和第 8 步），您需要拥有一个 Docker Hub 账户。

1. 安装 Docker

为了确保获取最新版本的 Docker，我们将从官方 Docker 仓库进行安装。

首先，更新您当前系统的软件包列表：
```
sudo apt update
```

安装允许 apt 通过 HTTPS 使用软件包的必要组件：

sudo apt install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

将官方 Docker 仓库的 GPG 密钥添加到您的系统，以验证下载的软件包的真实性：
```
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
```

将 Docker 仓库添加到 APT 源列表：

sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu focal stable"

通过 apt-cache policy 命令验证 docker-ce 将从 Docker 的 Ubuntu 仓库安装：
```
apt-cache policy docker-ce
```
输出结果应显示 docker-ce 的候选版本（Candidate）来自 Docker Ubuntu 仓库。
执行安装 Docker Engine 的命令：
```
sudo apt install docker-ce
```
检查 Docker 服务是否已成功启动并正在运行：
```
sudo systemctl status docker
```
输出应显示服务状态为 active (running)，表明 Docker 守护进程（Daemon）已正常工作。

2. 无需 Sudo 执行 Docker 命令（可选）

默认情况下，docker 命令只能由 root 用户或 docker 用户组中的用户运行。为了避免每次运行 docker 命令时都输入 sudo，您可以将当前用户添加到 docker 用户组中：

sudo usermod -aG docker ${USER}

要使新的组成员资格生效，您需要注销并重新登录当前会话，或者执行以下命令：

su - ${USER}

系统会提示您输入用户密码。登录后，可以通过 groups 命令验证您是否已成功添加到 docker 用户组：

groups

重要提示： 将用户添加到 docker 组会授予其对 Docker 守护进程（Docker Daemon）的 root 级别访问权限。因此，请务必仅将您信任的用户添加到此组中。

3. Docker 命令基础

docker 命令的基本语法结构是：docker [选项] [命令] [参数]。

要查看所有可用的子命令，可以直接运行：
```
docker
```
要了解特定 docker 命令的可用选项和用法，可以使用 --help 标志：
```
docker docker-subcommand --help
```
例如，docker run --help 将显示 run 命令的详细帮助信息。
要查看当前系统范围内的 Docker 相关信息，包括客户端和服务端版本、存储驱动、运行时等：
```
docker info
```

4. 使用 Docker 镜像（Images）

Docker 容器（Containers）都是基于 Docker 镜像（Images）构建的。默认情况下，Docker 会从官方的 Docker Hub 拉取这些镜像。

通过运行 hello-world 镜像来测试 Docker 是否正常工作：
```
docker run hello-world
```
如果 hello-world 镜像不存在，Docker 会首先从 Docker Hub 下载该镜像，然后运行一个容器并显示一条测试消息，表明安装成功。
在 Docker Hub 上搜索您感兴趣的镜像，例如搜索 Ubuntu 镜像：
```
docker search ubuntu
```
下载官方的 ubuntu 基础镜像到您的本地计算机：
```
docker pull ubuntu
```
查看所有已下载到您本地计算机的 Docker 镜像：
```
docker images
```

5. 运行 Docker 容器（Containers）

Docker 容器可以以交互模式运行。例如，使用最新的 ubuntu 镜像运行一个容器，并获取一个交互式的 Shell 访问：

docker run -it ubuntu

一旦容器启动，您的命令提示符（Prompt）会发生变化，表明您已进入容器内部工作环境（例如 root@d9b100f2f636:/#）。

在容器内部，您可以像在常规 Linux 系统中一样运行任何命令，通常无需 sudo。例如，更新软件包数据库并安装 Node.js：

apt update
apt install nodejs
node -v

请注意：您在容器内部所做的任何更改仅适用于该容器实例。要退出容器并返回到宿主机的 Shell，只需在容器的提示符处输入 exit。

6. 管理 Docker 容器

随着您的使用，您的计算机上可能会有许多活动的和非活动的 Docker 容器。

查看当前正在运行的活动容器：
```
docker ps
```
查看所有容器（包括活动的和已停止的）：
```
docker ps -a
```
查看您最近创建的最新容器：
```
docker ps -l
```
启动一个已停止的容器（可以使用容器 ID 或其自动分配的名称）：
```
docker start 1c08a7a0d0e4
```
停止一个正在运行的容器（同样使用容器 ID 或名称）：
```
docker stop quizzical_mcnulty
```
删除一个不再需要的容器：
```
docker rm youthful_curie
```
在创建新容器时，您可以使用 --name 选项为容器指定一个易于记忆的名称，或者使用 --rm 选项在容器停止时自动删除它，避免产生大量无用容器。

7. 将容器中的更改提交到 Docker 镜像

当您启动一个 Docker 镜像并进入其容器实例后，您可以在其中创建、修改和删除文件，就像操作一台虚拟机一样。然而，这些更改默认只存在于该容器实例中。若要将容器的当前状态保存为新的 Docker 镜像，您可以使用 docker commit 命令：

docker commit -m "What you did to the image" -a "Author Name" container_id repository/new_image_name

-m 选项用于添加提交信息（Commit Message），说明您对镜像所做的更改。
-a 选项用于指定作者信息。
container_id 是您之前启动交互式 Docker 会话时获得的容器 ID。
repository 通常是您的 Docker Hub 用户名，用于标识镜像的归属。

例如，如果您在容器 d9b100f2f636 中安装了 Node.js，并希望将其保存为新镜像：

docker commit -m "added Node.js" -a "sammy" d9b100f2f636 sammy/ubuntu-nodejs

这个新的镜像将被保存到您的本地计算机上。再次执行 docker images 命令时，您将看到这个新的镜像及其派生的旧镜像。

8. 将 Docker 镜像推送到 Docker 仓库

在本地创建或修改了新的 Docker 镜像后，您可以将其推送到 Docker Hub 或其他兼容的 Docker 注册表（Registry），以便与他人共享或进行云端部署。

首先，登录到 Docker Hub：
```
docker login -u docker-registry-username
```
系统会提示您输入您的 Docker Hub 密码。
如果您的 Docker Hub 用户名与您创建镜像时使用的本地 repository 名称（例如 sammy）不同，您需要使用 docker tag 命令为您的镜像打上正确的标签（Tag）：
```
docker tag sammy/ubuntu-nodejs docker-registry-username/ubuntu-nodejs
```
这会将本地镜像 sammy/ubuntu-nodejs 标记为 docker-registry-username/ubuntu-nodejs，使其符合您 Docker Hub 仓库的命名规范。
最后，使用 docker push 命令推送您的镜像到 Docker Hub：
```
docker push docker-registry-username/docker-image-name
```
例如：
```
docker push sammy/ubuntu-nodejs
```
推送完成后，该镜像应该会列在您的 Docker Hub 账户仪表板上。现在，其他用户就可以通过 docker pull sammy/ubuntu-nodejs 命令来拉取并使用您的镜像了。

Docker 与 Docker Compose 的区别

尽管 Docker 允许您构建和运行单个容器，但当您需要管理由多个服务（如 Web 服务器、数据库、缓存等）组成的多容器应用程序时，手动操作会变得非常繁琐。Docker Compose 正是为了解决这一问题而设计的。

Docker Compose 是一个用于定义和运行多容器 Docker 应用程序的工具。它使用一个 YAML 文件（通常命名为 docker-compose.yml）来配置应用程序的所有服务。您只需在该文件中定义各个服务及其相互依赖关系，然后使用 docker-compose up 命令即可一键启动整个应用程序栈。

下表对比了 Docker CLI 和 Docker Compose 的主要区别：

功能	Docker CLI	Docker Compose
主要用途	单容器（Single Container）操作	多容器（Multi-Container）编排
配置方式	命令行参数（CLI Commands）	YAML 配置文件 (`docker-compose.yml`)
依赖处理	手动管理服务启动顺序和依赖	自动处理关联服务的启动和停止顺序
最佳用例	测试隔离容器、执行一次性任务	本地开发环境、多服务应用集成测试

常见 Docker 安装问题排查

在使用 Docker 的过程中，您可能会遇到一些常见问题。以下是针对这些问题的一些排查与修复建议：

问题：docker: command not found
- 修复： 这通常意味着 Docker CLI 工具不在您的系统 $PATH 环境变量中，或者 Docker 安装不完整。您可以尝试重新安装 Docker 或确保 /usr/bin 路径已包含在您的 $PATH 中。
```
sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io
```
问题：Cannot connect to the Docker daemon
- 修复： 出现此错误通常是因为 Docker 守护进程（Docker Daemon）未运行，或者当前用户不在 docker 用户组中，没有足够的权限连接到守护进程。
```
sudo systemctl start docker          # 启动 Docker 服务
sudo usermod -aG docker $USER        # 将当前用户添加到 docker 组
```
执行第二条命令后，请务必注销（Logout）并重新登录（Login）您的会话，以使新的用户组权限生效。
问题：GPG 密钥或仓库错误
- 修复： 如果 Docker GPG 密钥服务器或密钥本身发生了变化，您在添加仓库时可能会遇到问题。遇到此类情况，请务必参考 Docker 官方文档获取最新的 GPG 密钥和仓库添加步骤。官方文档始终是解决这类问题的最权威来源。

Ubuntu 上的 Docker Desktop (Beta)

Docker Desktop 是一款包含 GUI 界面、捆绑的 Docker Engine 和 Kubernetes 支持的桌面应用程序。目前，它也已在 Linux 发行版（包括 Ubuntu）上推出测试版。

安装 Docker Desktop：

sudo apt install ./docker-desktop-<version>-<arch>.deb

重要提示： Docker Desktop 主要设计用于开发环境，不推荐在生产服务器上使用。对于服务器端或无头（headless）环境，强烈建议您继续使用传统的 Docker CE（Community Edition）。

使用 Dockerfile 自动化安装 Docker

对于自动化部署或需要定制化环境的场景，您可以使用 Dockerfile 来定义和构建一个包含 Docker 本身的镜像。这在 CI/CD 流程中非常有用。以下是一个示例 Dockerfile，用于在 Ubuntu 20.04 基础镜像上安装 Docker：

FROM ubuntu:20.04

RUN apt-get update && \
    apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl gnupg lsb-release && \
    curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | apt-key add - && \
    add-apt-repository \
   "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu focal stable" && \
    apt-get update && \
    apt-get install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io

如何在 Ubuntu 上卸载 Docker

如果您需要从系统中完全移除 Docker 及其相关组件，请按照以下步骤操作：

sudo apt purge docker-ce docker-ce-cli containerd.io  # 卸载 Docker 软件包
sudo rm -rf /var/lib/docker                         # 删除 Docker 的数据目录
sudo rm -rf /var/lib/containerd                     # 删除 containerd 的数据目录

如果您之前已将用户添加到 docker 用户组，可能还需要删除该组：

sudo groupdel docker

结论

本教程详细介绍了在 Ubuntu 系统上安装和使用 Docker 的完整过程，涵盖了从 Docker Engine 的安装、基本的容器管理、镜像操作到与 Docker Hub 集成的核心知识。此外，文章还探讨了 Docker CLI 与 Docker Compose 的不同应用场景，并提供了常见的故障排查指南。掌握这些技能将为您基于容器（Container-based）的应用开发、部署和管理奠定坚实的基础。

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