Docker 基础概念与安装

为什么要学容器化？

做生物信息学的人，最头疼什么？我猜是环境依赖。

记得刚入行那会儿，为了跑一个 RNA-seq 质控管线，我在三台服务器上反复装软件。每次不是 Python 版本冲突，就是某个 C 库没装对。一个流程拖了两周。后来同事丢给我一个 Dockerfile，直接在容器里跑。嗯，从那时起我就再也没被环境折腾过。

说白了，容器化就是把你的应用和它的依赖打包成一个独立单元。你想想看，这样不管在哪台机器上，跑出来的结果和日志完全一致。对质控管线这种要求可重复的场景，简直是标配。

核心观点： 容器 ≠ 虚拟机。容器共享宿主操作系统内核，启动快、体积小、资源利用率高。虚拟机每份自带完整 OS，开销大得多。

容器化原理——轻量级隔离

容器的底层用了 Linux 的两项关键技术：

  • Namespace 隔离进程、网络、文件系统等视图。每个容器看到自己的独立世界。
  • Cgroups 限制 CPU、内存、磁盘 I/O。防止某个容器吃光资源。

我在项目中遇到过：某次跑质控管线时，容器内进程占满内存，直接把宿主机搞挂了。后来加了内存限制，再没出过问题。

特性虚拟机容器
启动速度分钟级秒级
镜像大小GB～10+ GBMB～数百 MB
内核依赖自有内核共享宿主机内核
隔离粒度硬件级虚拟化操作系统级进程隔离

Docker 架构——客户端↔守护进程↔仓库

我个人习惯先把整体架构画在脑子里，再动手操作。Docker 的架构其实很简单：

  1. 客户端（docker CLI）：你敲命令的地方。
  2. 守护进程（dockerd）：真正干活的后台服务，管理镜像、容器、网络等。
  3. 镜像（Image）：只读模板，用来创建容器。
  4. 容器（Container）：镜像运行后的实例。有读写层。
  5. 仓库（Registry）：存储和分发镜像的地方，比如 Docker Hub。

你敲 docker run hello-world，客户端把这个命令发给守护进程。守护进程从仓库拉取镜像，创建一个容器并运行它。

Docker 架构流程图 docker CLI 客户端 dockerd 守护进程 Image 只读模板 Container 可写层实例 Registry Docker Hub 交互流程 ① docker run → dockerd ② dockerd pull from Registry
提示： 如果你在 Mac 或 Windows 上，Docker Desktop 会替你管理一个轻量 Linux 虚拟机来运行守护进程。实际操作上跟 Linux 完全一致，不用特别在意底层差异。

安装 Docker——一步一坑

下面分别给出不同系统的安装方式。我曾经在 Ubuntu 20.04 上直接用 apt install docker.io，结果版本太旧，后端 API 不兼容，折腾了半天。建议用官方仓库。

Ubuntu / Debian

# 卸载旧版
sudo apt remove docker docker-engine docker.io containerd runc

# 安装依赖
sudo apt update
sudo apt install ca-certificates curl gnupg lsb-release

# 添加 Docker 官方 GPG key 和仓库
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 安装 Docker Engine
sudo apt update
sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin

CentOS / RHEL

sudo yum install -y yum-utils
sudo yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo
sudo yum install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

macOS / Windows

直接下载 Docker Desktop 安装包：
https://www.docker.com/products/docker-desktop/
（注意：不要用包管理器安装，容易版本混乱）

避坑： 在 macOS 上，Docker Desktop 默认使用 HyperKit 虚拟机。如果你的质控管线对磁盘 I/O 要求高，建议在设置里把资源 – Disk image 调大，避免因空间不足导致容器启动失败。

验证安装——确认一切就绪

安装完别急着跑。先做这三个检查：

  1. 查看版本
docker --version
# 输出类似：Docker version 24.0.7, build afdd53b
  1. 运行 hello-world（验证守护进程和拉取功能）
docker run hello-world
# 能看到一段 Hello from Docker! 的英文提示
  1. 查看系统信息
docker info
# 重点看 Containers: 0, Images: 0, Server Version: 24.0.7

嗯，如果你走到这一步没报错，恭喜，Docker 已经跑起来了。

小技巧： 如果你在 Linux 上不想每次敲 sudo docker，可以把当前用户加入 docker 组：sudo usermod -aG docker $USER。
注意：加入组后要重新登录才能生效。我自己一直这么做，非常方便。

到这里你掌握了什么？

第一章我们覆盖了：

  • 容器化原理：Namespace + Cgroups，与虚拟机的区别
  • Docker 架构：客户端、守护进程、镜像、容器、仓库的协作关系
  • 安装步骤：Ubuntu、CentOS、macOS/Windows 的官方方式
  • 验证命令：version、run hello-world、info
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