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终于有人把Docker讲清楚了!

富 Web 时代,应用变得越来越强大,与此同时也越来越复杂。集群部署、隔离环境、灰度发布以及动态扩容缺一不可,而容器化则成为中间的必要桥梁。

作者:jartto来源:jartto.wang|2020-07-29 09:21

富 Web 时代,应用变得越来越强大,与此同时也越来越复杂。集群部署、隔离环境、灰度发布以及动态扩容缺一不可,而容器化则成为中间的必要桥梁。

图片来自 Pexels

本文我们就来探索一下 Docker 的神秘世界,从零到一掌握 Docker 的基本原理与实践操作。别再守着前端那一亩三分地,是时候该开疆扩土了。

讲个故事

为了更好的理解 Docker 是什么,我们先来讲个故事:

我需要盖一个房子,于是我搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。一顿操作,终于把这个房子盖好了。

结果,住了一段时间,心血来潮想搬到海边去。这时候按以往的办法,我只能去海边,再次搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。

烦恼之际,跑来一个魔法师教会我一种魔法。这种魔法可以把我盖好的房子复制一份,做成「镜像」,放在我的背包里。

等我到了海边,就用这个「镜像」,复制一套房子,拎包入住。

是不是很神奇?对应到我们的项目中来,房子就是项目本身,镜像就是项目的复制,背包就是镜像仓库。

如果要动态扩容,从仓库中取出项目镜像,随便复制就可以了。Build once,Run anywhere!

不用再关注版本、兼容、部署等问题,彻底解决了「上线即崩,无休止构建」的尴尬。

虚拟机与容器

开始之前,我们来做一些基础知识的储备:

①虚拟机:虚拟化硬件

虚拟机 Virtual Machine 指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。在实体计算机中能够完成的工作在虚拟机中都能够实现。

在计算机中创建虚拟机时,需要将实体机的部分硬盘和内存容量作为虚拟机的硬盘和内存容量。

每个虚拟机都有独立的 CMOS、硬盘和操作系统,可以像使用实体机一样对虚拟机进行操作。在容器技术之前,业界的网红是虚拟机。

虚拟机技术的代表,是 VMWare 和 OpenStack。

②容器:将操作系统层虚拟化,是一个标准的软件单元

其特点如下:

  • 随处运行:容器可以将代码与配置文件和相关依赖库进行打包,从而确保在任何环境下的运行都是一致的。
  • 高资源利用率:容器提供进程级的隔离,因此可以更加精细地设置 CPU 和内存的使用率,进而更好地利用服务器的计算资源。
  • 快速扩展:每个容器都可作为单独的进程予以运行,并且可以共享底层操作系统的系统资源,这样一来可以加快容器的启动和停止效率。

区别与联系:

  • 虚拟机虽然可以隔离出很多「子电脑」,但占用空间更大,启动更慢。虚拟机软件可能还要花钱,例如 VMWare。
  • 容器技术不需要虚拟出整个操作系统,只需要虚拟一个小规模的环境,类似「沙箱」。
  • 运行空间,虚拟机一般要几 GB 到 几十 GB 的空间,而容器只需要 MB 级甚至 KB 级。

我们来看一下对比数据:

虚拟机属于虚拟化技术,而 Docker 这样的容器技术,属于轻量级的虚拟化。

与虚拟机相比,容器更轻量且速度更快,因为它利用了 Linux 底层操作系统在隔离的环境中运行。

虚拟机的 Hypervisor 创建了一个非常牢固的边界,以防止应用程序突破它,而容器的边界不那么强大。

认识 Docker

Docker 是一个开源的应用容器引擎,让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中,然后发布到任何流行的 Linux 机器上,也可以实现虚拟化。容器是完全使用沙箱机制,相互之间不会有任何接口。

Docker 技术的三大核心概念,分别是:

  • 镜像 Image
  • 容器 Container
  • 仓库 Repository

Docker 轻量级的原因是什么?相信你也会有这样的疑惑:为什么 Docker 启动快?如何做到和宿主机共享内核?

当我们请求 Docker 运行容器时,Docker 会在计算机上设置一个资源隔离的环境。

然后将打包的应用程序和关联的文件复制到 Namespace 内的文件系统中,此时环境的配置就完成了。之后 Docker 会执行我们预先指定的命令,运行应用程序。

镜像不包含任何动态数据,其内容在构建之后也不会被改变。

核心概念

核心概念如下:

  • Build,Ship and Run(搭建、运输、运行)。
  • Build once,Run anywhere(一次搭建,处处运行)。
  • Docker 本身并不是容器,它是创建容器的工具,是应用容器引擎。
  • Docker 三大核心概念,分别是:镜像 Image,容器 Container、仓库 Repository。
  • Docker 技术使用 Linux 内核和内核功能(例如 Cgroups 和 namespaces)来分隔进程,以便各进程相互独立运行。
  • 由于 Namespace 和 Cgroups 功能仅在 Linux 上可用,因此容器无法在其他操作系统上运行。那么 Docker 如何在 macOS 或 Windows 上运行?Docker 实际上使用了一个技巧,并在非 Linux 操作系统上安装 Linux 虚拟机,然后在虚拟机内运行容器。
  • 镜像是一个可执行包,其包含运行应用程序所需的代码、运行时、库、环境变量和配置文件,容器是镜像的运行时实例。

更多关于 Docker 的原理,可以查看《Docker 工作原理及容器化简易指南》,这里不再赘述:

  1. http://dockone.io/article/8788 

安装 Docker

①命令行安装

Homebrew 的 Cask 已经支持 Docker for Mac,因此可以很方便的使用 Homebrew Cask 来进行安装,执行如下命令:

  1. brew cask install docker 

更多安装方式,请查看官方文档:

  1. https://www.docker.com/get-started 

②查看版本

命令如下:

  1. docker -v 

③配置镜像加速

设置 Docker Engine 写入配置:

  1.   "registry-mirrors": [ 
  2.     "http://hub-mirror.c.163.com/"
  3.     "https://registry.docker-cn.com" 
  4.   ], 
  5.   "insecure-registries":[], 
  6.   "experimental"false
  7.   "debug"true 

④安装桌面端

桌面端操作非常简单,先去官网下载[1]。通过 Docker 桌面端,我们可以方便的操作:

  • clone:克隆一个项目。
  • build:打包镜像。
  • run:运行实例。
  • share:共享镜像。

好了,准备工作就绪,下面可以大展身手了!

快速开始

安装完 Docker 之后,我们先打个实际项目的镜像,边学边用。

①首先需要大致了解一下我们将会用到的 11 个命令

如下图:

②新建项目

为了快捷,我们直接使用 Vue 脚手架构建项目:

  1. vue create docker-demo 

尝试启动一下:

  1. yarn serve 

访问地址:http://localhost:8080/。项目就绪,我们接着为项目打包:

  1. yarn build 

这时候,项目目录下的 Dist 就是我们要部署的静态资源了,我们继续下一步。

需要注意:前端项目一般分两类,一类直接 Nginx 静态部署,一类需要启动 Node 服务。本节我们只考虑第一种。关于 Node 服务,后文我会详细说明。

③新建 Dockerfile

命令如下:

  1. cd docker-demo && touch Dockerfile 

此时的项目目录如下:

  1. ├── Dockerfile 
  2. ├── README.md 
  3. ├── babel.config.js 
  4. ├── dist 
  5. ├── node_modules 
  6. ├── package.json 
  7. ├── public 
  8. ├── src 
  9. └── yarn.lock 

可以看到我们已经在 docker-demo 目录下成功创建了 Dockerfile 文件。

④准备 Nginx 镜像

运行你的 Docker 桌面端,就会默认启动实例,我们在控制台拉取 Nginx 镜像:

  1. docker pull nginx 

控制台会出现如下信息:

  1. Using default tag: latest 
  2. latest: Pulling from library/nginx 
  3. 8559a31e96f4: Pull complete 
  4. 8d69e59170f7: Pull complete 
  5. 3f9f1ec1d262: Pull complete 
  6. d1f5ff4f210d: Pull complete 
  7. 1e22bfa8652e: Pull complete 
  8. Digest: sha256:21f32f6c08406306d822a0e6e8b7dc81f53f336570e852e25fbe1e3e3d0d0133 
  9. Status: Downloaded newer image for nginx:latest 
  10. docker.io/library/nginx:latest 

如果你出现这样的异常,请确认 Docker 实例是否正常运行。

  1. Cannot connect to the Docker daemon at unix:///var/run/docker.sock. Is the docker daemon running? 

镜像准备 OK,我们在根目录创建 Nginx 配置文件:

  1. touch default.conf 

写入:

  1. server { 
  2.     listen       80; 
  3.     server_name  localhost; 
  4.  
  5.     #charset koi8-r; 
  6.     access_log  /var/log/nginx/host.access.log  main; 
  7.     error_log  /var/log/nginx/error.log  error; 
  8.  
  9.     location / { 
  10.         root   /usr/share/nginx/html; 
  11.         index  index.html index.htm; 
  12.     } 
  13.  
  14.     error_page   500 502 503 504  /50x.html; 
  15.     location = /50x.html { 
  16.         root   /usr/share/nginx/html; 
  17.     } 

⑤配置镜像

打开 Dockerfile ,写入如下内容:

  1. FROM nginx 
  2. COPY dist/ /usr/share/nginx/html/ 
  3. COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf 

我们逐行解释一下代码:

  • FROM nginx 指定该镜像是基于 nginx:latest 镜像而构建的。
  • COPY dist/ /usr/share/nginx/html/ 命令的意思是将项目根目录下 dist 文件夹中的所有文件复制到镜像中 /usr/share/nginx/html/ 目录下。
  • COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf 将 default.conf 复制到 etc/nginx/conf.d/default.conf,用本地的 default.conf 配置来替换 Nginx 镜像里的默认配置。

⑥构建镜像

Docker 通过 build 命令来构建镜像:

  1. docker build -t jartto-docker-demo . 

按照惯例,我们解释一下上述代码:

  • -t 参数给镜像命名 jartto-docker-demo。
  • . 是基于当前目录的 Dockerfile 来构建镜像。

执行成功后,将会输出:

  1. Sending build context to Docker daemon  115.4MB 
  2. Step 1/3 : FROM nginx 
  3.  ---> 2622e6cca7eb 
  4. Step 2/3 : COPY dist/ /usr/share/nginx/html/ 
  5.  ---> Using cache 
  6.  ---> 82b31f98dce6 
  7. Step 3/3 : COPY default.conf /etc/nginx/conf.d/default.conf 
  8.  ---> 7df6efaf9592 
  9. Successfully built 7df6efaf9592 
  10. Successfully tagged jartto-docker-demo:latest 

镜像制作成功!我们来查看一下容器:

  1. docker image ls | grep jartto-docker-demo 

可以看到,我们打出了一个 133MB 的项目镜像:

  1. jartto-docker-demo latest 7df6efaf9592 About a minute ago 133MB 

镜像也有好坏之分,后续我们将介绍如何优化,这里可以先暂时忽略。

⑦运行容器

命令如下:

  1. docker run -d -p 3000:80 --name docker-vue jartto-docker-demo 

这里解释一下参数:

  • -d 设置容器在后台运行。
  • -p 表示端口映射,把本机的 3000 端口映射到 container 的 80 端口(这样外网就能通过本机的 3000 端口访问了。
  • --name 设置容器名 docker-vue。
  • jartto-docker-demo 是我们上面构建的镜像名字。

补充一点:在控制台,我们可以通过 docker ps 查看刚运行的 Container 的 ID:

  1. docker ps -a 

控制台会输出:

  1. CONTAINER ID IMAGE              COMMAND                  CREATED       STATUS PORTS  NAMES 
  2. ab1375befb0b jartto-docker-demo "/docker-entrypoint.…"   8 minutes ago Up 7 minutes  0.0.0.0:3000->80/tcp  docker-vue 

如果你使用桌面端,那么打开 Docker Dashboard 就可以看到容器列表了,如下图:

⑧访问项目

因为我们映射了本机 3000 端口,所以执行:

  1. curl -v -i localhost:3000 

或者打开浏览器,访问:localhost:3000。

⑨发布镜像

如果你想为社区贡献力量,那么需要将镜像发布,方便其他开发者使用。

发布镜像需要如下步骤:

  • 登陆 dockerhub[2],注册账号。
  • 命令行执行 docker login,之后输入我们的账号密码,进行登录。
  • 推送镜像之前,需要打一个 Tag,执行 docker tag /:

全流程结束,以后我们要使用,再也不需要「搬石头、砍木头、画图纸、盖房子」了,拎包入住。这也是 Docker 独特魅力所在。

常规操作

到这里,恭喜你已经完成了 Docker 的入门项目!如果还想继续深入,不妨接着往下看看。

①参数使用

FROM:

  • 指定基础镜像,所有构建的镜像都必须有一个基础镜像,且 FROM 命令必须是 Dockerfile 的第一个命令
  • FROM [AS ] 指定从一个镜像构建起一个新的镜像名字
  • FROM [:] [AS ] 指定镜像的版本 Tag
  • 示例:FROM mysql:5.0 AS database

MAINTAINER:

  • 镜像维护人的信息
  • MAINTAINER
  • 示例:MAINTAINER Jartto Jartto@qq.com

RUN:

  • 构建镜像时要执行的命令
  • RUN <command>
  • 示例:RUN ["executable", "param1", "param2"]

ADD:

  • 将本地的文件添加复制到容器中去,压缩包会解压,可以访问网络上的文件,会自动下载
  • ADD<src> <dest>
  • 示例:ADD *.js /app 添加 js 文件到容器中的 app 目录下

COPY:

  • 功能和 ADD 一样,只是复制,不会解压或者下载文件

CMD:

  • 启动容器后执行的命令,和 RUN 不一样,RUN 是在构建镜像是要运行的命令
  • 当使用 docker run 运行容器的时候,这个可以在命令行被覆盖
  • 示例:CMD ["executable", "param1", "param2"]

ENTRYPOINT:

  • 也是执行命令,和 CMD 一样,只是这个命令不会被命令行覆盖
  • ENTRYPOINT ["executable", "param1", "param2"]
  • 示例:ENTRYPOINT ["donnet", "myapp.dll"]

LABEL:为镜像添加元数据,key-value 形式

  • LABEL <key>=<value> <key>=<value> ...
  • 示例:LABEL version="1.0" description="这是一个web应用"

ENV:设置环境变量,有些容器运行时会需要某些环境变量

  • ENV <key> <value> 一次设置一个环境变量
  • ENV <key>=<value> <key>=<value> <key>=<value> 设置多个环境变量
  • 示例:ENV JAVA_HOME /usr/java1.8/

EXPOSE:暴露对外的端口(容器内部程序的端口,虽然会和宿主机的一样,但是其实是两个端口)

  • EXPOSE <port>
  • 示例:EXPOSE 80
  • 容器运行时,需要用 -p 映射外部端口才能访问到容器内的端口

VOLUME:指定数据持久化的目录,官方语言叫做挂载

  • VOLUME /var/log 指定容器中需要被挂载的目录,会把这个目录映射到宿主机的一个随机目录上,实现数据的持久化和同步
  • VOLUME ["/var/log","/var/test".....] 指定容器中多个需要被挂载的目录,会把这些目录映射到宿主机的多个随机目录上,实现数据的持久化和同步
  • VOLUME /var/data var/log 指定容器中的 var/log 目录挂载到宿主机上的 /var/data 目录,这种形式可以手动指定宿主机上的目录

WORKDIR:设置工作目录,设置之后 ,RUN、CMD、COPY、ADD 的工作目录都会同步变更

  • WORKDIR<path>
  • 示例:WORKDIR /app/test

USER:指定运行命令时所使用的用户,为了安全和权限起见,根据要执行的命令选择不同用户

  • USER <user>:[<group>]
  • 示例:USER test

ARG:设置构建镜像是要传递的参数

  • ARG <name>[=<value>]
  • ARG name=sss

更多操作,请移步官方使用文档[3]:

  1. https://docs.docker.com/ 

最佳实践

在掌握 Docker 常规操作之后,我们很容易就可以打出自己想要的项目镜像。

然而不同的操作打出的镜像也是千差万别。究竟是什么原因导致镜像差异,我们不妨继续探索。

以下是在应用 Docker 过程中整理的最佳实践,请尽量遵循如下准则:

  • Require 明确:需要什么镜像。
  • 步骤精简:变化较少的 Step 优先。
  • 版本明确:镜像命名明确。
  • 说明文档:整个镜像打包步骤可以重现。

总结

容器化技术必将是云时代不可或缺的技能之一,而 Docker 只是沧海一粟。随之而来的还有集群容器管理 Kubernetes、Service Mesh 、Istio 等技术。

打开 Docker 的大门,不断抽丝剥茧,逐层深入,你将感受到容器化的无穷魅力。

相关链接:

  • https://www.docker.com/products/docker-desktop
  • https://hub.docker.com/
  • https://docs.docker.com/

作者:jartto

编辑:陶家龙

出处:http://jartto.wang/2020/07/04/learn-docker/

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【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】

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