# Docker 容器

## 一句话理解容器

> **容器是镜像的运行实例。如果把镜像比作程序，那么容器就是进程。**

用面向对象编程的术语来说：**镜像是类（Class），容器是对象（Instance）**。

- 一个镜像可以创建多个容器
- 每个容器相互独立，互不影响
- 容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停

## 容器的本质

> 💡 **笔者认为，理解这一点是理解 Docker 的关键**

**容器的本质是一个特殊的进程。**

```
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     普通进程                                 │
│  • 与其他进程共享系统资源                                     │
│  • 可以看到其他进程                                          │
│  • 共享网络和文件系统                                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     容器进程                                 │
│  ┌───────────────────────────────────────────────────────┐ │
│  │  • 有自己的进程空间（看不到宿主机上的其他进程）           │ │
│  │  • 有自己的网络（独立 IP、端口）                         │ │
│  │  • 有自己的文件系统（独立的 root 目录）                  │ │
│  │  • 有自己的用户（容器内的 root ≠ 宿主机的 root）         │ │
│  └───────────────────────────────────────────────────────┘ │
│     但仍然运行在宿主机的内核上                                │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
```

这种隔离是通过 Linux 内核的 **Namespace** 技术实现的。

## 容器 vs 虚拟机：核心区别

很多初学者会混淆容器和虚拟机。笔者用一张图来说明：

```
虚拟机                              容器
┌───────────────────────┐          ┌───────────────────────┐
│   App A    │   App B  │          │   App A    │   App B  │
├────────────┼──────────┤          ├────────────┼──────────┤
│ Guest OS   │ Guest OS │          │ Container  │ Container│
│ (完整系统) │ (完整系统)│          │  (仅应用)   │  (仅应用) │
├────────────┴──────────┤          └────────────┴──────────┤
│      Hypervisor       │          │     Docker Engine     │
├───────────────────────┤          ├───────────────────────┤
│       Host OS         │          │       Host OS         │
├───────────────────────┤          ├───────────────────────┤
│      Hardware         │          │      Hardware         │
└───────────────────────┘          └───────────────────────┘
每个 VM 运行完整 OS                  所有容器共享宿主机内核
```

| 特性 | 容器 | 虚拟机 |
|------|------|--------|
| **隔离级别** | 进程级（Namespace） | 硬件级（Hypervisor） |
| **启动时间** | 秒级（甚至毫秒） | 分钟级 |
| **资源占用** | MB 级别 | GB 级别 |
| **性能损耗** | 几乎为零 | 5-20% |
| **内核** | 共享宿主机内核 | 各自独立内核 |

## 容器的存储层

### 镜像层 + 容器层

当容器运行时，Docker 会在镜像的只读层之上创建一个**可写层**（容器存储层）：

```
┌─────────────────────────────────────────────┐
│       容器存储层（可读写）                    │ ← 容器运行时创建
│  运行时产生的文件变化记录在这里                │
├─────────────────────────────────────────────┤
│       镜像第 N 层（只读）                     │
├─────────────────────────────────────────────┤
│       镜像第 N-1 层（只读）                   │
├─────────────────────────────────────────────┤
│           ...                               │
├─────────────────────────────────────────────┤
│       镜像第 1 层（只读）                     │ ← 基础镜像层
└─────────────────────────────────────────────┘
```

### Copy-on-Write（写时复制）

当容器需要修改镜像层中的文件时：

1. Docker 将该文件**复制**到容器存储层
2. 在容器层中进行修改
3. 原始镜像层保持不变

```
读取文件：直接从镜像层读取（共享，高效）
修改文件：复制到容器层，然后修改（只有这个容器能看到修改）
```

### ⚠️ 容器存储层的生命周期

> **笔者特别强调**：这是新手最容易踩的坑！

**容器存储层与容器生命周期绑定。容器删除，数据就没了！**

```bash
# 创建容器，写入数据
$ docker run -it ubuntu bash
root@abc123:/# echo "important data" > /data.txt
root@abc123:/# exit

# 删除容器
$ docker rm abc123

# 数据丢了！没有任何办法恢复！
```

### 正确的数据持久化方式

按照 Docker 最佳实践，容器存储层应该保持**无状态**。需要持久化的数据应该使用：

| 方式 | 说明 | 适用场景 |
|------|------|---------|
| **[数据卷（Volume）](../07_data_network/data/volume.md)** | Docker 管理的存储 | 数据库、应用数据 |
| **[绑定挂载（Bind Mount）](../07_data_network/data/bind-mounts.md)** | 挂载宿主机目录 | 开发时共享代码 |

```bash
# 使用数据卷（推荐）
$ docker run -v mydata:/var/lib/mysql mysql

# 使用绑定挂载
$ docker run -v /host/path:/container/path nginx
```

这些位置的读写**会跳过容器存储层**，直接写入宿主机，性能更好，也不会随容器删除而丢失。

## 容器的生命周期

```
                ┌──────────────────────────────────────────────────┐
                │                  容器生命周期                     │
                └──────────────────────────────────────────────────┘

    docker create           docker start           docker stop
         │                       │                      │
         ▼                       ▼                      ▼
    ┌─────────┐            ┌─────────┐            ┌─────────┐
    │ Created │───────────▶│ Running │───────────▶│ Stopped │
    └─────────┘            └─────────┘            └─────────┘
         │                       │                      │
         │                       │ docker pause         │
         │                       ▼                      │
         │                 ┌─────────┐                  │
         │                 │ Paused  │                  │
         │                 └─────────┘                  │
         │                       │                      │
         │        docker rm      │     docker rm        │
         └───────────────────────┴──────────────────────┘
                                 │
                                 ▼
                           ┌──────────┐
                           │ Deleted  │
                           └──────────┘
```

### 常用生命周期命令

```bash
# 创建并启动容器（最常用）
$ docker run nginx

# 分步操作
$ docker create nginx    # 创建容器（不启动）
$ docker start abc123    # 启动容器

# 停止容器
$ docker stop abc123     # 优雅停止（发送 SIGTERM，等待后发送 SIGKILL）
$ docker kill abc123     # 强制停止（直接发送 SIGKILL）

# 暂停/恢复（不常用，但有时有用）
$ docker pause abc123    # 暂停容器内所有进程
$ docker unpause abc123  # 恢复

# 删除容器
$ docker rm abc123       # 删除已停止的容器
$ docker rm -f abc123    # 强制删除运行中的容器
```

## 容器与进程的关系

> **核心概念**：容器的生命周期 = 主进程（PID 1）的生命周期

```bash
# 主进程运行，容器运行
# 主进程退出，容器停止
```

这就是为什么：

```bash
# 这个容器会立即退出（bash 没有输入就退出了）
$ docker run ubuntu

# 这个容器会持续运行（nginx 作为守护进程持续运行）
$ docker run nginx
```

详细解释请参考[后台运行](../05_container/daemon.md)章节。

## 容器的隔离性

Docker 容器通过以下 Namespace 实现隔离：

| Namespace | 隔离内容 | 效果 |
|-----------|---------|------|
| **PID** | 进程 ID | 容器内 PID 1 是应用进程，看不到宿主机其他进程 |
| **NET** | 网络 | 独立的网络栈、IP 地址、端口 |
| **MNT** | 文件系统 | 独立的根目录和挂载点 |
| **UTS** | 主机名 | 独立的主机名和域名 |
| **IPC** | 进程间通信 | 独立的信号量、消息队列 |
| **USER** | 用户 | 独立的用户和组 ID |

> 想深入了解？请阅读[底层实现 - 命名空间](../13_implementation/namespace.md)。

## 本章小结

| 概念 | 要点 |
|------|------|
| **容器是什么** | 镜像的运行实例，本质是隔离的进程 |
| **容器 vs 虚拟机** | 共享内核，更轻量，但隔离性较弱 |
| **存储层** | 可写层随容器删除而消失 |
| **数据持久化** | 使用 Volume 或 Bind Mount |
| **生命周期** | 与主进程（PID 1）绑定 |

理解了镜像和容器，接下来让我们学习[仓库](repository.md)——存储和分发镜像的服务。

## 延伸阅读

- [启动容器](../05_container/run.md)：详细的容器启动选项
- [后台运行](../05_container/daemon.md)：理解容器为什么会"立即退出"
- [进入容器](../05_container/attach_exec.md)：如何操作运行中的容器
- [数据管理](../07_data_network/README.md)：Volume 和数据持久化详解