當Node.js遇見Docker

Node.js Best Practices - How to Become a Better Developer in 2017提到的幾點，我們Fundebug深有同感:

• 使用ES6
• 使用Promise
• 使用LTS
• 使用Docker
• ...

想必大家都知道ES6，Promise以及LTS，那Docker是啥玩意啊？翻遍Node文檔也沒見蹤跡啊!

GitHub倉庫: Fundebug/nodejs-docker

什么是Docker?

Docker是最流行的的容器工具，沒有之一。本文并不打算深入介紹Docker，不過可以從幾個簡單的角度來理解Docker。

從進程的角度理解Docker

在Linux中，所有的進程構成了一棵樹。可以使用pstree命令進行查看:

pstree
init─┬─VBoxService───7*[{VBoxService}]
     ├─acpid
     ├─atd
     ├─cron
     ├─dbus-daemon
     ├─dhclient
     ├─dockerd─┬─docker-containe─┬─docker-containe─┬─redis-server───2*[{redis-server}]
     │         │                 │                 └─8*[{docker-containe}]
     │         │                 ├─docker-containe─┬─mongod───16*[{mongod}]
     │         │                 │                 └─8*[{docker-containe}]
     │         │                 └─11*[{docker-containe}]
     │         └─13*[{dockerd}]
     ├─6*[getty]
     ├─influxd───9*[{influxd}]
     ├─irqbalance
     ├─puppet───{puppet}
     ├─rpc.idmapd
     ├─rpc.statd
     ├─rpcbind
     ├─rsyslogd───3*[{rsyslogd}]
     ├─ruby───{ruby}
     ├─sshd─┬─sshd───sshd───zsh───pstree
     │      ├─sshd───sshd───zsh
     │      └─sshd───sshd───zsh───mongo───2*[{mongo}]
     ├─systemd-logind
     ├─systemd-udevd
     ├─upstart-file-br
     ├─upstart-socket-
     └─upstart-udev-br

可知，init進程為所有進程的根(root)，其PID為1。

Docker將不同應用的進程隔離了起來，這些被隔離的進程就是一個個容器。隔離是基于兩個Linux內核機制實現的，Namesapce和Cgroups。

Namespace可以從UTD、IPC、PID、Mount，User和Network的角度隔離進程。比如，不同的進程將擁有不同PID空間，這樣容器中的進程將看不到主機上的進程，也看不到其他容器中的進程。這與Node.js中模塊化以隔離變量的命名空間的思想是異曲同工的。

通過Cgroups，可以限制進程對CPU，內存等資源的使用。簡單地說，我們可以通過Cgroups指定容器只能使用1G內存。

從進程角度理解Docker，那每一個Docker容器就是被隔離的進程及其子進程。上文pstree的輸出中可以分辨出2個容器: mongodb和redis。

從文件的角度理解Docker

基于Namespace與Cgroups的容器工具其實早已存在，例如Linux-VServer，OpenVZ，LXC。然而，真正引爆容器技術的卻是后來者Docker。為什么呢？個人覺得是因為Docker鏡像以及Dockerfile。

在Linux中，一切皆文件，進程的運行離不開各種各樣的文件。跑一個簡單的Node.js程序，傳統的做法是手動安裝各種依賴然后運行；而Docker則是將所有依賴（包括操作系統，Node，NPM模塊，源代碼）打包到一個Docker鏡像中，然后基于這個鏡像運行容器。

Docker鏡像可以通過Docker倉庫共享給其他人，這樣他們只需要下載鏡像即可運行程序。想象一下，當我們需要在另一臺主機(比如生產服務器，新同事的機器)上運行一個Node.js應用，僅僅需要下載對應的Docker鏡像就可以了，是不是很方便呢？

Docker鏡像可以通過文本文件，即Dockerfile進行定義。不妨看一個簡單的例子(由于不可抗力，這個Dockerfile構建大概會失敗，僅作為參考):

# 基于Ubuntu
FROM ubuntu

# 安裝Node.js與NPM
RUN apt-get update && apt-get -y install nodejs npm

# 安裝NPM模塊:Express
RUN npm install express

# 添加源代碼
ADD app.js /

其中，FROM，RUN與ADD為Dockerfile命令。結合注釋，該Dockerfile的含義非常直白。基于這個Dockerfile，使用docker build命令就可以構建對應的Docker鏡像。基于這個Docker鏡像，就可以運行Docker容器來執行app.js:

var express = require("express");
var app = express();

app.get("/", function(req, res)
{
    res.send("Hello Fundebug!\n");
});

app.listen(3000);

Dockerfile實際上是將Docker鏡像代碼化了，另一方面也是將安裝依賴的過程代碼化了，于是我們就可以像管理源碼一樣使用git對Dockerfile進行版本管理。

為啥用Docker?

當你的系統越來越復雜的時候，你會發現Docker的價值。

從應用架構角度理解Docker

剛開始，你只需要寫一個Node.js程序，掛載一個靜態網站；然后，你做了一個用戶賬號系統，這時需要數據庫了，比如說MySQL; 后來，為了提升性能，你引入了Memcached緩存；終于有一天，你決定把前后端分離，這樣可以提高開發效率；當用戶越來越多，你又不得不使用Nginx做反向代理; 對了，隨著功能越來越多，你的應用依賴也會越來越多...總之，你的應用架構只會越來越復雜。不同的組件的安裝，配置與運行步驟各不相同，于是你不得不寫一個很長的文檔給新同事，只為了讓他搭建一個開發環境。

使用Docker的話，你可以為不同的組件逐一編寫Dockerfile，分別構建鏡像，然后運行在各個容器中。這樣做，將復雜的架構統一了，所有組件的安裝和運行步驟統一為幾個簡單的命令:

• 構建Docker鏡像: docker build
• 上傳Docker鏡像: docker push
• 下載Docker鏡像: docker pull
• 運行Docker容器: docker run

從應用部署角度理解Docker

通常，你會有開發，測試和生產服務器，對于某些應用，還會需要進行構建。不同步驟的依賴會有一些不同，并且在不同的服務器上執行。如果手動地在不同的服務器上安裝依賴，是件很麻煩的事情。比如說，當你需要為Node.js應用添加一個新的npm模塊，或者升級一下Node.js，是不是得重復操作很多次？友情提示一下，手動敲命令是極易出錯的，有些失誤會導致致命的后果（參考最近Gitlab誤刪數據庫與AWS的S3故障）。

如果使用Docker的話，開發、構建、測試、生產將全部在Docker容器中執行，你需要為不同步驟編寫不同的Dockerfile。當依賴變化時，僅需要稍微修改Dockerfile即可。結合構建工具Jenkins，就可以將整個部署流程自動化。

另一方面，Dockerfile將Docker鏡像描述得非常精準，能夠保證很強的一致性。比如，操作系統的版本，Node.js的版本，NPM模塊的版本等。這就意味著，在本地開發環境運行成功的鏡像，在構建、測試、生產環境中也沒有問題。還有，不同的Docker容器是依賴于不同的Docker鏡像，這樣他們互不干擾。比如，兩個Node.js應用可以分別使用不同版本的Node.js。

從集群管理角度理解Docker

架構規模越來越大的時候，你有必要引入集群了。這就意味著，服務器由1臺變成了多臺，同一個應用需要運行多個備份來分擔負載。當然，你可以手動對集群的功能進行劃分: Nginx服務器，Node.js服務器，MySQL服務器，測試服務器，生產服務器...這樣做的好處是簡單粗暴；也可以說財大氣粗，因為資源閑置會非常嚴重。還有一點，每次新增節點的時候，你就不得不花大量時間進行安裝與配置，這其實是一種低效的重復勞動。

下載Docker鏡像之后，Docker容器可以運行在集群的任何一個節點。一方面，各個組件可以共享主機，且互不干擾；另一方面，也不需要在集群的節點上安裝和配置任何組件。至于整個Docker集群的管理，業界有很多成熟的解決方案，例如Mesos，Kubernetes與Docker Swarm。這些集群系統提供了調度，服務發現，負載均衡等功能，讓整個集群變成一個整體。

如何用Docker?

編寫Dockerfile

正確的Dockerfile是這樣的:

# 使用DaoCloud的Ubuntu鏡像
FROM daocloud.io/library/ubuntu:14.04

# 設置鏡像作者
MAINTAINER Fundebug <help@fundebug.com>

# 設置時區
RUN sudo sh -c "echo 'Asia/Shanghai' > /etc/timezone" && \
    sudo dpkg-reconfigure -f noninteractive tzdata

# 使用阿里云的Ubuntu鏡像
RUN echo '\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty main restricted universe multiverse\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-security main restricted universe multiverse\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-updates main restricted universe multiverse\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-proposed main restricted universe multiverse\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-backports main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-security main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-updates main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-proposed main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-backports main restricted universe multiverse\n'\
> /etc/apt/sources.list

# 安裝node v6.10.1
RUN sudo apt-get update && sudo apt-get install -y wget

# 使用淘寶鏡像安裝Node.js v6.10.1
RUN wget https://npm.taobao.org/mirrors/node/v6.10.1/node-v6.10.1-linux-x64.tar.gz && \
    tar -C /usr/local --strip-components 1 -xzf node-v6.10.1-linux-x64.tar.gz && \
    rm node-v6.10.1-linux-x64.tar.gz 

WORKDIR /app

# 安裝npm模塊
ADD package.json /app/package.json

# 使用淘寶的npm鏡像
RUN npm install --production -d --registry=https://registry.npm.taobao.org

# 添加源代碼
ADD . /app

# 運行app.js
CMD ["node", "/app/app.js"]

有幾點值得注意的地方：

• 使用國內DaoCloud的Docker倉庫，阿里云的ubuntu鏡像以及淘寶的npm鏡像，否則會出事情的;
• 將時區設為Asia/Shanghai，否則日志的時間會不大對勁;
• 使用.dockerignore忽略不需要添加到Docker鏡像的文件和目錄，其語法與.gitigore一致;

更重要的一點是，package.json需要單獨添加。Docker在構建鏡像的時候，是一層一層構建的，僅當這一層有變化時，重新構建對應的層。如果package.json和源代碼一起添加到鏡像，則每次修改源碼都需要重新安裝npm模塊，這樣木有必要。所以，正確的順序是: 添加package.json；安裝npm模塊；添加源代碼。

構建Docker鏡像

使用docker build命令構建Docker鏡像

sudo docker build -t fundebug/nodejs .

其中，-t選項用于指定鏡像的名稱。

使用docker images命令查看Docker鏡像

sudo docker images
REPOSITORY                    TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
fundebug/nodejs               latest              64530ce811a1        32 minutes ago      266.4 MB
daocloud.io/library/ubuntu    14.04               b969ab9f929b        9 weeks ago         188 MB

可知，fundebug/nodejs鏡像的大小為266.4MB，在ubuntu鏡像的基礎上增加了80MB左右。

運行Docker容器

使用docker run命令運行Docker容器

sudo docker run -d --net=host --name=hello-fundebug fundebug/nodejs

其中，-d選項表示容器在后臺運行；--net選項指定容器的網絡模式，host表示與主機共享網絡；--name指定了容器的名稱。

使用docker ps命令查看Docker容器

sudo docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                             COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
e8eb5473970c        fundebug/nodejs                   "node /app/app.js"       37 minutes ago      Up 37 minutes                           hello-

可知，COMMAND為"node /app/app.js"，表示容器中運行的命令。這是我們再Dockerfile中使用CMD指定的。不妨使用docker exec命令在容器內執行ps命令查看容器內的進程：

sudo docker exec hello-fundebug ps -f
UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 15:14 ?        00:00:00 node /app/app.js

可知，容器內的1號進程即為node進程node /app/app.js。在Linux中，PID為1進程按說是唯一的，即init進程。但是，容器使用了內核的Namespace機制，為容器創建了獨立的PID空間，因此容器中也有1號進程。

測試

使用curl命令訪問:

curl localhost:3000
Hello Fundebug!

是否用Docker？

一方面，使用Docker能夠帶來很大益處；另一方面，引入Docker必然會有很多挑戰，需要熟悉Docker才能應對自如。想必這是一個艱難的決定。如果從長遠的角度來看，Docker正在成為應用開發，部署，發布的標準技術，也許我們不得不用開放的心態對待它。

作為Node.js開發者，真正理解Docker可能需要一些時間，但是它可以給你帶來很多便利。

參考鏈接

• DOCKER基礎技術：LINUX NAMESPACE（上）
• DOCKER基礎技術：LINUX NAMESPACE（下）
• DOCKER基礎技術：LINUX CGROUP
• 從GITLAB誤刪除數據庫想到的
• AWS 的 S3 故障回顧和思考

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