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# Docker 容器
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## 一句话理解容器
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> **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。**
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用面向对象编程的术语来说：**镜像是类（Class），容器是对象（Instance）**。
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- 一个镜像可以创建多个容器
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- 每个容器相互独立，互不影响
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- 容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停
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## 容器的本质
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> 💡 **笔者认为，理解这一点是理解 Docker 的关键**
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**容器的本质是一个特殊的进程。**
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```
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ 普通进程 │
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│ • 与其他进程共享系统资源 │
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│ • 可以看到其他进程 │
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│ • 共享网络和文件系统 │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ 容器进程 │
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│ ┌───────────────────────────────────────────────────────┐ │
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│ │ • 有自己的进程空间（看不到宿主机上的其他进程） │ │
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│ │ • 有自己的网络（独立 IP、端口） │ │
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│ │ • 有自己的文件系统（独立的 root 目录） │ │
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│ │ • 有自己的用户（容器内的 root ≠ 宿主机的 root） │ │
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│ └───────────────────────────────────────────────────────┘ │
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│ 但仍然运行在宿主机的内核上 │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
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```
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这种隔离是通过 Linux 内核的 **Namespace** 技术实现的。
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## 容器 vs 虚拟机：核心区别
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很多初学者会混淆容器和虚拟机。笔者用一张图来说明：
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虚拟机 容器
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┌───────────────────────┐ ┌───────────────────────┐
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│ App A │ App B │ │ App A │ App B │
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├────────────┼──────────┤ ├────────────┼──────────┤
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│ Guest OS │ Guest OS │ │ Container │ Container│
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│ (完整系统) │ (完整系统)│ │ (仅应用) │ (仅应用) │
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├────────────┴──────────┤ └────────────┴──────────┤
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│ Hypervisor │ │ Docker Engine │
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├───────────────────────┤ ├───────────────────────┤
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│ Host OS │ │ Host OS │
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├───────────────────────┤ ├───────────────────────┤
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│ Hardware │ │ Hardware │
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└───────────────────────┘ └───────────────────────┘
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每个 VM 运行完整 OS 所有容器共享宿主机内核
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| 特性 | 容器 | 虚拟机 |
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|------|------|--------|
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| **隔离级别** | 进程级（Namespace） | 硬件级（Hypervisor） |
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| **启动时间** | 秒级（甚至毫秒） | 分钟级 |
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| **资源占用** | MB 级别 | GB 级别 |
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| **性能损耗** | 几乎为零 | 5-20% |
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| **内核** | 共享宿主机内核 | 各自独立内核 |
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## 容器的存储层
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### 镜像层 + 容器层
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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）：
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```
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┌─────────────────────────────────────────────┐
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│ 容器存储层（可读写） │ ← 容器运行时创建
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│ 运行时产生的文件变化记录在这里 │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ 镜像第 N 层（只读） │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ 镜像第 N-1 层（只读） │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ ... │
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├─────────────────────────────────────────────┤
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│ 镜像第 1 层（只读） │ ← 基础镜像层
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└─────────────────────────────────────────────┘
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```
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### Copy-on-Write（写时复制）
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当容器需要修改镜像层中的文件时：
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1. Docker 将该文件**复制**到容器存储层
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2. 在容器层中进行修改
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3. 原始镜像层保持不变
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```
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读取文件：直接从镜像层读取（共享，高效）
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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）
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```
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### ⚠️ 容器存储层的生命周期
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> **笔者特别强调**：这是新手最容易踩的坑！
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**容器存储层与容器生命周期绑定。容器删除，数据就没了！**
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```bash
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# 创建容器，写入数据
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$ docker run -it ubuntu bash
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root@abc123:/# echo "important data" > /data.txt
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root@abc123:/# exit
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# 删除容器
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$ docker rm abc123
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# 数据丢了！没有任何办法恢复！
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```
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### 正确的数据持久化方式
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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：
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| 方式 | 说明 | 适用场景 |
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|------|------|---------|
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| **[数据卷（Volume）](../07_data_network/data/volume.md)** | Docker 管理的存储 | 数据库、应用数据 |
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| **[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 |
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```bash
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# 使用数据卷（推荐）
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$ docker run -v mydata:/var/lib/mysql mysql
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# 使用绑定挂载
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$ docker run -v /host/path:/container/path nginx
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```
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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。
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## 容器的生命周期
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```
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┌──────────────────────────────────────────────────┐
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│ 容器生命周期 │
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└──────────────────────────────────────────────────┘
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docker create docker start docker stop
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│ │ │
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▼ ▼ ▼
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┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
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│ Created │───────────▶│ Running │───────────▶│ Stopped │
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└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘
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│ │ │
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│ │ docker pause │
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│ ▼ │
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│ ┌─────────┐ │
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│ │ Paused │ │
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│ └─────────┘ │
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│ │ │
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│ docker rm │ docker rm │
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└───────────────────────┴──────────────────────┘
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│
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▼
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┌──────────┐
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│ Deleted │
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└──────────┘
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```
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### 常用生命周期命令
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```bash
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# 创建并启动容器（最常用）
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$ docker run nginx
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# 分步操作
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$ docker create nginx # 创建容器（不启动）
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$ docker start abc123 # 启动容器
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# 停止容器
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$ docker stop abc123 # 优雅停止（发送 SIGTERM，等待后发送 SIGKILL）
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$ docker kill abc123 # 强制停止（直接发送 SIGKILL）
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# 暂停/恢复（不常用，但有时有用）
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$ docker pause abc123 # 暂停容器内所有进程
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$ docker unpause abc123 # 恢复
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# 删除容器
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$ docker rm abc123 # 删除已停止的容器
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$ docker rm -f abc123 # 强制删除运行中的容器
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```
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## 容器与进程的关系
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> **核心概念**：容器的生命周期 = 主进程（PID 1）的生命周期
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```bash
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# 主进程运行，容器运行
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# 主进程退出，容器停止
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```
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这就是为什么：
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```bash
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# 这个容器会立即退出（bash 没有输入就退出了）
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$ docker run ubuntu
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# 这个容器会持续运行（nginx 作为守护进程持续运行）
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$ docker run nginx
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```
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详细解释请参考[后台运行](../05_container/daemon.md)章节。
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## 容器的隔离性
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Docker 容器通过以下 Namespace 实现隔离：
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| Namespace | 隔离内容 | 效果 |
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|-----------|---------|------|
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| **PID** | 进程 ID | 容器内 PID 1 是应用进程，看不到宿主机其他进程 |
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| **NET** | 网络 | 独立的网络栈、IP 地址、端口 |
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| **MNT** | 文件系统 | 独立的根目录和挂载点 |
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| **UTS** | 主机名 | 独立的主机名和域名 |
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| **IPC** | 进程间通信 | 独立的信号量、消息队列 |
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| **USER** | 用户 | 独立的用户和组 ID |
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> 想深入了解？请阅读[底层实现 - 命名空间](../13_implementation/namespace.md)。
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## 本章小结
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| 概念 | 要点 |
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| **容器是什么** | 镜像的运行实例，本质是隔离的进程 |
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| **容器 vs 虚拟机** | 共享内核，更轻量，但隔离性较弱 |
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| **存储层** | 可写层随容器删除而消失 |
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| **数据持久化** | 使用 Volume 或 Bind Mount |
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| **生命周期** | 与主进程（PID 1）绑定 |
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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。
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||
## 延伸阅读
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- [启动容器](../05_container/run.md)：详细的容器启动选项
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||
- [后台运行](../05_container/daemon.md)：理解容器为什么会"立即退出"
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||
- [进入容器](../05_container/attach_exec.md)：如何操作运行中的容器
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||
- [数据管理](../07_data_network/README.md)：Volume 和数据持久化详解
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