Docker入门

1. 简介

（1）容器（Container） vs 虚拟机（Virtual Machine）

容器在Linux上本机运行，并与其他容器共享主机的内核。 它运行一个独立的进程，不占用任何其他可执行文件的内存，使其轻量级。

相比之下，虚拟机（VM）运行一个完整的“客户”操作系统，通过虚拟机管理程序对主机资源进行虚拟访问。 通常，VM提供的环境比大多数应用程序需要的资源更多。

容器优势：

1. 更高效利用系统资源
2. 更快启动时间
3. 一致的运行环境
4. 轻松迁移
5. 容易维护拓展
6. 持续交付和部署

（2） 容器(container) 镜像（image） 仓库(repository) registry

镜像是一个特殊的文件系统，除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外，还包含了一些为运行时准备的一些配置参数。镜像不包含任何动态数据，其内容再构建之后不会改变。

容器是镜像运行时的实体，可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。容器的实质是独立的进程。

仓库是镜像的集合，仓库有多个Tag，每个Tag对应一个镜像。

Registry是仓库的集合，是一种集中存储、分发镜像的服务。公开的registry有docker hub等，也可以搭建私有的registry

2. Docker安装

docker store注册登录，下载dmg安装
https://store.docker.com/editions/community/docker-ce-desktop-mac

(3) 简单配置

启动docker，登录docker id

添加国内镜像地址 http://cbe850dc.m.daocloud.io

(3) 验证安装

docker --version #版本信息
docker version #详细版本信息
docker info #统计信息

docker run hello-world #从默认registry的镜像仓库下载并运行hello-world镜像
docker image ls #显示本地已有的镜像，其中有hello-world镜像

2. 实现hello-docker

该部分利用docker容器技术，实现了一个基于flask的网页

(1) 准备

ifconfig -a#查看本机在虚拟网络vboxnet1中的IP地址，192.168.99.1
#vboxnet1: inet 192.168.99.1 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.99.255

mkdir hello#创建空目录hello
cd hello #进入目录
touch Dockerfile #创建Dockerfile, docker镜像描述文件
touch app.py #创建app.py, flask网页服务端代码
touch requirements.txt #创建python额外依赖包列表文件

(2) Dockerfile

# 使用docker官方提供的python运行环境镜像
FROM python:2.7-slim

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 将当前目录下的内容拷贝到工作目录
ADD . /app

# 安装python镜像额外的python包
RUN pip install --trusted-host pypi.python.org -r requirements.txt

# 把容器的80端口暴露到外部
EXPOSE 80

# 定义环境变量
ENV NAME Docker

# 容器启动运行的命令
CMD ["python", "app.py"]

(3) app.py

# -*- coding: utf-8 -*- 
from flask import Flask
from redis import Redis, RedisError
import os
import socket

# 连接Redis
redis = Redis(host="redis", db=0, socket_connect_timeout=2, socket_timeout=2)
    
#创建Flask网页
app = Flask(__name__)

#定义访问网页根目录的处理逻辑
@app.route("/")
def hello():
    try:
        visits = redis.incr("counter")
    except RedisError:
        visits = "<i>cannot connect to Redis, counter disabled</i>"

    html = "<h3>Hello {name}!</h3>" \
           "<b>Hostname:</b> {hostname}<br/>" \
           "<b>Visits:</b> {visits}"
    return html.format(name=os.getenv("NAME", "Docker"), hostname=socket.gethostname(), visits=visits)

if __name__ == "__main__":
    #制定Flask网页服务端运行在80端口，接受所有ip对服务端的80端口的访问
    app.run(host='0.0.0.0', port=80)

(4)requirements.txt

Flask
Redis

(5)创建hello镜像

docker build -t hello . #创建镜像，-t指定镜像名称
docker image ls #查看新创建的镜像
#REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
#hello        latest              d01960578789        41 seconds ago      132MB
#python              2.7-slim            02ca219cf841        2 weeks ago         120MB

(6)运行hello

docker run -d -p 4000:80 hello #由hello镜像创建容器，-d让容器后台运行，-p指定宿主机器与容器间的端口映射

浏览器访问 http://192.168.99.1:4000

(7)操作docker镜像和容器

docker --help #查看docker帮助
docker image --help #查看image帮助
docker container --help #查看container帮助

docker image ls #查看本地已有image列表
docker image rm 完整镜像名称/镜像id/镜像id前缀 #删除镜像

docker container ls #查看正在运行的容器列表
docker container stop 容器名称/容器id #终止运行的容器
docker container rm 容器名称/容器id #删除运行的容器

(8)分享镜像

docker login #用docker hub的账号密码登录

docker tag hello liangkw16/hello:v1 #给镜像打标签 标签格式：docker hub用户名/仓库标识:版本标识

docker image ls #查看打过标签的image, 一个image可以有多个tag

docker push liangkw16/hello:v1 #向默认registry提交镜像

docker container ls#
#CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS                      PORTS               NAMES
#18eb9e1f1b46        hello               "python app.py"     14 minutes ago      Exited (0) 10 minutes ago                       clever_chebyshev

docker container stop 18e#停止容器，18e为容器id前缀
docker container rm 18e#删除容器，18e为容器id前缀
docker image rm liangkw16/hello:v1 #删除本地镜像
docker image rm hello:latest #删除本地镜像

docker run -p 4000:80 liangkw16/hello:v1 #从registry获取镜像并运行

(9)创建私有仓库

为保证镜像上传和下载的速度，搭建一个本地测试用的私有仓库，地址为 192.168.99.1:5000, 客户端配置insecure-registries，并重启docker

docker run -d -p 5000:5000 --restart=always --name registry registry:2 #通过运行官方镜像registry来创建私有仓库，默认仓库的位置是/var/lib/registry, 可以用 -v 上传路径:下载路径 来指定镜像文件上传和下载路径
 
docker image ls#查看本地镜像
#REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
#liangkw16/hello     v1                  32f1961021f9        18 minutes ago      132MB
#registry            2                   b2b03e9146e1        9 days ago          33.3MB
#python              2.7-slim            02ca219cf841        2 weeks ago         120MB

docker tag python:2.7-slim 192.168.99.1:5000/python:2.7-slim #将本地已下载python镜像重新标签
docker push 192.168.99.1:5000/python:2.7-slim #将python镜像上传到本地registry

修改Dockerfile中的From后的python镜像为本地镜像

# 使用docker官方提供的python运行环境镜像
FROM 192.168.99.1:5000/python:2.7-slim

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 将当前目录下的内容拷贝到工作目录
ADD . /app

# 安装python镜像额外的python包
RUN pip install --trusted-host pypi.python.org -r requirements.txt

# 把容器的80端口暴露到外部
EXPOSE 80

# 定义环境变量
ENV NAME Docker

# 容器启动运行的命令
CMD ["python", "app.py"]

重新build镜像，并push到本地私有仓库

docker build -t hello .#重新build镜像
docker tag hello:latest 192.168.99.1:5000/hello:v1 #重新给镜像打标签
docker push 192.168.99.1:5000/hello:v1 #将镜像push到本机私有仓库
docker image rm 192.168.99.1:5000/hello:v1 #删除本地镜像
docker run -p 4000:80 192.168.99.1:5000/hello:v1 #从本地私有仓库拉取镜像并运行

3. 负载均衡实现

在分布式应用程序中，应用程序的不同部分称为“服务”（services）。例如，一个视频共享站点，它包括存储应用程序数据的数据库服务，处理用户上传内容的转码服务，响应用户操作的前端服务等等。

服务只运行一个镜像，但指定了镜像的运行的方式——应该使用哪些端口，应该运行多少个容器副本，以及服务所需的容量等。 可以动态更改运行中服务的容器数量，从而为服务分配更多计算资源。

(1) 创建docker-compose.yml

version: "3" #版本号
services: #服务
  web: #服务名称
    image: 192.168.99.1:5000/hello:v1 #指定镜像
    deploy: #服务部署
      replicas: 5 #容器实例数量
      resources: #资源情况
        limits: #资源限制
          cpus: "0.1" #cpu占用不能超过10%
          memory: 50M #内存占用不能超过50M
      restart_policy: #重启策略
        condition: on-failure #失败了就重启
    ports: #外部端口和内部端口的映射
      - "4000:80"
    networks: #指定网络，容器实例共享80端口
      - webnet
networks: #负载均衡网络定义
  webnet:

(2) 运行负载均衡应用

docker swarm init #初始化swarm集群，只有本机一个节点，保证下一句不出错

docker stack deploy -c docker-compose.yml hello-service #通过docker-compose.yml创建名为hello-servcie的服务，-c指定文yml件

docker service ls #查看服务列表
#ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE                     PORTS
#43fhqq2h0aot        hello-service_web   replicated          5/5                 192.168.99.1:5000/hello:v1   *:4000->80/tcp

docker service ps hello-service_web #查看每一个容器实例，加后缀_web
#ID                  NAME                  IMAGE                     NODE                    DESIRED STATE       CURRENT STATE            ERROR               PORTS
#q3ovtqbyc9km        hello-service_web.1   192.168.99.1:5000/hello:v1   linuxkit-025000000001   Running             Running 11 seconds ago
#jjtvp066ugg1        hello-service_web.2   192.168.99.1:5000/hello:v1   linuxkit-025000000001   Running             Running 10 seconds ago
#yomq5bxykbth        hello-service_web.3   192.168.99.1:5000/hello:v1   linuxkit-025000000001   Running             Running 11 seconds ago
#ca59l34iacyq        hello-service_web.4   192.168.99.1:5000/hello:v1   linuxkit-025000000001   Running             Running 11 seconds ago
#oy0rqrrrsgrf        hello-service_web.5   192.168.99.1:5000/hello:v1   linuxkit-025000000001   Running             Running 11 seconds ago

docker container ls -q #显示容器id，也就是网页显示的hostname

浏览器访问 http://192.168.99.1:4000, 不断刷新，发现hostname在不断变化，说明service以某种顺序安排不同的容器处理请求，以实现负载均衡

(3) 动态修改service

#修改docker-compose.yml中的replicas: 5为replicas: 6
docker stack deploy -c docker-compose.yml hello-service #重新部署一下，动态对服务的计算资源进行了修改
docker service ls #查看服务列表
#ID                  NAME                MODE                REPLICAS            IMAGE                     PORTS
#43fhqq2h0aot        hello-service_web   replicated          6/6                 192.168.99.1:5000/hello:v1   *:4000->80/tcp

(4) 关闭servcie

docker stack rm hello-service #关闭servcie
docker swarm leave --force #关闭swarm集群

4. swarm集群

Swarm是一组运行Docker并加入群集的计算机，这些机器可以是物理机或虚拟机，被称为节点。

1. swarm manager节点：执行docker命令，管理swarm集群
2. worker节点：提供计算资源

Swarm集群运行容器的策略有多种，比如：“emptiest node”，“global”等。

(1) 创建虚拟机

下载并安装 Virtual Box
https://download.virtualbox.org/virtualbox/5.2.14/VirtualBox-5.2.14-123301-OSX.dmg

docker-machine create --driver virtualbox myvm1#创建虚拟机
docker-machine create --driver virtualbox myvm2#创建虚拟机
docker-machine ls#查看已有虚拟机列表
#NAME    ACTIVE   DRIVER       STATE     URL                         SWARM   DOCKER        ERRORS
#myvm1   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.100:2376           v18.05.0-ce
#myvm2   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.101:2376           v18.05.0-ce

(2) 搭建swarm集群

docker-machine ssh myvm1 "docker swarm init --advertise-addr <myvm1 ip>" #myvm1作为swarm manager node，<myvm1 ip>为上一步myvm1的ip
#docker swarm join --token SWMTKN-1-3gux768xxiq33fw6ln1yyfcuf5j6ke5ornvgjxyhzw0f4ptve7-7anykb6sdobckza49q4awwswu 192.168.99.100:2377

docker-machine ssh myvm2 "docker swarm join --token <token> <ip>:2377" #myvm1加入到swarm集群中，<token>为myvm1的token，<ip>为myvm1的ip

docker-machine ssh myvm1 "docker node ls" #查看swarm集群中的节点
#ID                            HOSTNAME            STATUS              AVAILABILITY        MANAGER STATUS      ENGINE VERSION
#abs2u42k4mfi92iwq6akdlqfv *   myvm1               Ready               Active              Leader              18.05.0-ce
#ne2mz38eyriey3alyva8dnxer     myvm2               Ready               Active                                  18.05.0-ce

(3) 配置虚拟机中docker的仓库地址

docker-machine ssh myvm1 #ssh连接myvm1

#myvm1执行如下指令
sudo touch /etc/docker/daemon.json
sudo chmod 777 /etc/docker/daemon.json 
sudo echo '{ "insecure-registries":    ["192.168.99.1:5000"] }' > /etc/docker/daemon.json
sudo reboot

docker-machine ssh myvm2 #ssh连接myvm1

#myvm2执行如下指令
sudo touch /etc/docker/daemon.json
sudo chmod 777 /etc/docker/daemon.json 
sudo echo '{ "insecure-registries":    ["192.168.99.1:5000"] }' > /etc/docker/daemon.json
sudo reboot

(4) docker命令绑定到manager节点

docker-machine env myvm1 #查看mvm1环境变量
eval $(docker-machine env myvm1) #让本机shell的命令发向manager节点
docker-machine ls #查看swarm集群列表,myvm1是当前激活节点
#NAME    ACTIVE   DRIVER       STATE     URL                         SWARM   DOCKER        ERRORS
#myvm1   *        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.100:2376           v18.05.0-ce
#myvm2   -        virtualbox   Running   tcp://192.168.99.101:2376           v18.05.0-ce

(5) 在swarm集群上运行应用

docker stack deploy --with-registry-auth -c docker-compose.yml hello-service #myvm1执行docker命令，运行hello-docker-service
docker service ps hello-service_web #查看service运行情况，加_web后缀
#ID                  NAME                  IMAGE                        NODE                DESIRED STATE       CURRENT STATE           ERROR               PORTS
#ot2ulsv5spmk        hello-service_web.1   192.168.99.1:5000/hello:v1   myvm2               Running             Running 3 seconds ago
#wzpd53kz410a        hello-service_web.2   192.168.99.1:5000/hello:v1   myvm1               Running             Running 3 seconds ago
#tmdhd3rz4vbn        hello-service_web.3   192.168.99.1:5000/hello:v1   myvm1               Running             Running 3 seconds ago
#t2z63zyswbsk        hello-service_web.4   192.168.99.1:5000/hello:v1   myvm2               Running             Running 3 seconds ago
#bmabpujg1x1z        hello-service_web.5   192.168.99.1:5000/hello:v1   myvm1               Running             Running 3 seconds ago

浏览器访问一下任意地址，并多次刷新，观察hostname变化
http://192.168.99.100:4000
http://192.168.99.101:4000

5.栈（Stack）

栈是一组相互关联的服务，它们共享依赖关系，并且可以协调和组合在一起。 单个堆栈能够定义和协调整个应用程序的功能，非常复杂的应用程序可能会使用多个堆栈。

(1) 向私有库中添加redis镜像

docker pull redis
docker tag redis 192.168.99.1:5000/redis
docker push 192.168.99.1:5000/redis

(2) 一个docker-compose.yml就定义了一个栈，services关键字定义的就是一组相关的服务，这里添加了redis这一服务，来提供存储功能，web网页要实现访问计数，就要依赖redis，同时web和redis使用相同的网络webnet

version: "3" #版本号
services: #服务
  web: #服务名称
    image: 192.168.99.1:5000/hello:v1 #指定镜像
    deploy: #服务部署
      replicas: 5 #容器实例数量
      resources: #资源情况
        limits: #资源限制
          cpus: "0.1" #cpu占用不能超过10%
          memory: 50M #内存占用不能超过50M
      restart_policy: #重启策略
        condition: on-failure #失败了就重启
    ports: #外部端口和内部端口的映射
      - "4000:80"
    networks: #指定网络，容器实例共享80端口
      - webnet
  redis:
    image: redis
    ports:
      - "6379:6379"
    volumes: #将主机/home/docker/data挂载到容器的/data目录
      - "/home/docker/data:/data"
    deploy:
      placement: #只在manager节点上存储数据
        constraints: [node.role == manager]
    command: redis-server --appendonly yes
    networks:
      - webnet
networks: #负载均衡网络定义
  webnet:

(3) manager节点创建data目录

docker-machine ssh myvm1 "mkdir ./data"

(4) 在swarm集群上运行Stack应用

docker stack deploy -c docker-compose.yml hello-service #myvm1执行docker命令，运行hello-service
docker service ls #查看服务列表
#ID                  NAME                  MODE                REPLICAS            IMAGE                        PORTS
#v1jdk5as6m9y        hello-service_redis   replicated          1/1                 redis:latest                 *:6379->6379/tcp
#6m9x1e3jp75x        hello-service_web     replicated          5/5                 192.168.99.1:5000/hello:v1   *:4000->80/tcp

浏览器访问一下任意地址，并多次刷新，观察hostname变化,观察访问次数的变化
http://192.168.99.100:4000
http://192.168.99.101:4000

(5) 移除应用，重启swarm集群

docker stack rm hello-service#移除服务
eval $(docker-machine env -u) #恢复本机docker环境
docker-machine ls #查看本机的虚拟机
docker-machine stop myvm1 myvm2 #关闭虚拟机
docker-machine start myvm1 myvm2 #启动虚拟机

6. 总结

(1) Docker引擎

Docker Engine是一个C/S架构的应用程序，包含以下主要组件：

1. Docker守护进程——监听并响应docker API请求和docker管理命令
2. REST API——提供程序与守护进程进行通信的接口

3. 命令行接口客户端——docker命令

   
   

(2) Docker架构

Docker使用C/S架构。 Docker客户端与Docker守护进程通信，后者负责构建，运行和分发Docker容器。 Docker客户端和守护程序可以在同一系统上运行，也可以将Docker客户端连接到远程Docker守护程序。 Docker客户端和守护程序使用REST API，通过UNIX套接字或网络接口进行通信。

image.png

1. Docker守护进程
2. Docker客户端
3. Docker注册仓库
4. Docker对象
   1. 镜像（image）
   2. 容器（container）
   3. 服务（service）

(3) Docker实现技术

Docker是用Go编写的，利用了Linux内核的机制来实现了其功能，主要有以下技术：

命名空间（Namespaces）

Docker使用称为命名空间的技术来提供称为容器的隔离工作空间。 当您运行容器时，Docker会为该容器创建一组名称空间。这些命名空间提供了一层隔离。 容器的每个方面都在一个单独的命名空间中运行，其访问权限仅限于该命名空间。

控制组（Control groups）

cgroup将应用程序限制为特定的一组资源。 控制组允许Docker Engine将可用的硬件资源共享给容器，并可选择强制执行限制和约束。 例如，您可以限制特定容器的可用内存。

UnionFS(Union file systems)

UnionFS是通过创建图层来操作的文件系统，使它们非常轻量级和快速。Docker Engine使用UnionFS为容器提供构建块。 Docker Engine可以使用多种UnionFS变体，包括AUFS，btrfs，vfs和DeviceMapper。

容器格式（container format）

Docker Engine将命名空间，控制组和UnionFS组合到一个称为容器格式的包装器中。 默认的容器格式是libcontainer。 将来，Docker可以通过与BSD Jails或Solaris Zones等技术集成来支持其他容器格式。

(4) Docker进阶内容请参考官方文档

https://docs.docker.com