云原生技術之Docker入門

1. 為什么需要容器？

下圖是一個比較傳統的軟件架構：

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做過java的同學可能對上圖的架構方式比較了解，我們通常會將一個應用程序生成一個war包，放到一個tomcat容器當中并在一臺虛擬機（VM）中啟動運行，然后配置nginx的負載均衡策略，將來自用戶的請求轉發到某個tomcat應用上，這種基于主機或虛擬機部署的應用會存在以下幾個問題：

可移植性差

需要事先安裝應用所需要的運行環境，比如java應用所需要的jdk或者jre，如果需要重新部署一個應用，就需要重新初始化環境再安裝應用，過程繁瑣; 另外如果一個應用需要jdk7的運行環境另外一個應用需要jdk8，那在一臺主機上就很難滿足；

可維護性差

如果tomcat應用本身或者所在的虛擬機操作系統出現問題時，則需要人工干預，比如配置nginx轉發規則、執行重啟操作等；

可擴展性差

應用的負載有高有低，不夠穩定，當前應用負載大的時候，我們需要增加應用的數量，當應用負載降低的時候，我們需要降低應用的數量；

無法資源隔離

如果一臺虛擬機部署多個應用，不同的應用或者進程之間會相互影響；

...

我們接下來就來看一下我們是如何一步步的解決這些問題的。

首先是容器化，我們選擇的方案是Docker。

Docker將應用程序與該程序的依賴，打包成一個容器鏡像，運行這個文件就會生成虛擬容器。程序在這個虛擬容器里運行，就好像運行在真實的物理機上，并且每個容器之間資源互相隔離而且都有自己的文件系統，這樣容器之間進程不會相互影響，可以通過下圖來進行對比基于虛擬機和基于容器部署應用的區別：

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2. Docker介紹

2.1 Docker架構

Docker是客戶端-服務器架構的應用，主要由以下部分組成：

服務端是一個名為dockerd守護進程，用來監聽REST API請求并管理Docker對象，比如鏡像、容器、存儲卷及網絡等。

命令行客戶端（CLI），也就是我們平常在控制臺輸入的docker命令行，通過調用REST API進行控制Docker daemon或者同其進行集成。

鏡像倉庫（Docker Registries），鏡像倉庫用來存儲Docker鏡像。

以下是Docker的架構示意圖：

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2.2 Docker對象

IMAGES

鏡像一般是通過指令創建的只讀文件，用來生成容器。一般一個鏡像是基于另外一個鏡像并添加一些額外的指令創建的，可以通過一個名為Dockerfile的文件來生成一個鏡像，在Dockerfile中的每一行指令會生成一層（layer）。當Dockerfile有改動需要重新生成鏡像時，只需要重新生成改變的那些層就可以，這樣就可以使得鏡像文件更加輕量、快速構建。

CONTAINERS

容器是通過鏡像文件生成的運行實例。可以通過REST API或者docker client進行創建、啟動、停止、移動或者刪除一個容器。

SERVICE

用來管理和擴展多個容器，需要同docker swarm一起工作

2.3 底層技術

Docker采用go語言編寫，并且使用了Linux內核中的幾個特性來實現其功能，主要有如下：

Namespaces

Docker通過Namespaces來提供隔離的工作空間（Workspace），當你運行一個容器的時候，Docker為這個容器創建了數個不同類型的Namespaces，主要有以下類型：

pid namespace：提供進程隔離功能?

net namespace：管理網絡接口?

ipc namespace：內部資源訪問控制 （IPC:Inter Process Communication）?

mnt namespace：管理文件系統掛載?

?uts namespace: 內核隔離以及版本識別（UTS：Unix Timesharing System）

CGroups(Control Groups)

Docker通過CGroup來限定容器只能使用特定的資源。舉例來講，Docker可以限制某個容器只能使用多少cpu及內存資源。

UnionFS(Union File System)

一種文件系統類型，可以運行在其他文件系統上，通過創建不同的層來使得容器文件系統更加輕量和快速。還有其他幾種類似的文件系統，包括AUFS、btrfs、vfs和DeviceMapper。

3. Docker的安裝部署

以下命令是在Centos7上的命令，其他操作系統會存在一些差異

yum?install?docker：通過yum下載docker相關的依賴
systemctl?enable?docker:?開機運行systemctl?
start?docker:?啟動docker服務

執行完上述操作，docker服務已經在運行了，可以通過執行 docker version 和 docker info 命令查看docker的版本以及相關的信息。

4. Docker的使用

4.1 Dockerfile文件

我們之前有提到Docker可以將應用程序打包成一個鏡像，那么如何生成鏡像文件呢？這就需要用到Dockerfile文件。它是一個文本文件，用來配置鏡像，Docker根據該文件生成二進制的鏡像文件。以下是一個Dockerfile文件示例：

#?該鏡像文件繼承官方的nginx鏡像，冒號表示標簽，這里標簽是latest，表示最新的版本
FROM?nginx:latest
#?將_book目錄下的文件copy至鏡像文件的/var/www/public目錄
COPY?_book?/var/www/public/
COPY??nginx_app.conf/etc/nginx/conf.d/?nginx_app.conf
#?將容器的8080端口暴露出來，允許外部連接這個端口
EXPOSE?8080
#?容器啟動后執行?nginx?-g?daemon?off?命令
CMD?["nginx",?"-g",?"daemon?off;"]

4.2 創建鏡像文件

有了Dockerfile文件以后，就可以用docker build命令創建鏡像文件了。

docker?build?-t?zcloud-document:0.0.1.
docker?image?ls

如果運行成功，就可以看到新生成的鏡像文件zcloud-document了。

4.3 生成容器

#?生成容器
docker?run?-p?8080:8080?-it?zcloud-document:0.0.1
docker?ps
#?重新生成一個新的鏡像標簽，并指向原來的鏡像
docker?tag?zcloud-document:0.0.1?10.0.0.183:5000/zcloud/zcloud-document:0.0.1
#?推送到私有鏡像倉庫
docker?push?10.0.0.183:5000/zcloud/zcloud-document:0.0.1

關于Docker其他的一些操作命令，大家可以自行查閱，網上介紹的文章也比較多，參考文章：Docker 入門教程（https://docs.docker.com/get-started/）