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我的碎碎念:Docker入门指南

我的碎碎念:Docker入门指南

相比很多人的解释,我相信说Docker是一个轻量级的虚拟机更容易理解。另外一种解释是:Docker就是操作系统中的<code>chroot</code>。如果你不知道<code>chroot</code>是什么的话,后一种解释可能无法帮助你理解什么是Docker。

-- Arch Linux 的 wiki 中对 chroot 的解释

下面这张图描述了虚拟机和Docker之间的差异。 在VM中,宿主OS上是hypervisor(虚拟机监视器), 最上层是客户机操作系统,而Docker则使用Docker引擎和容器。 这样解释你能理解吗? Docker引擎和hypervisor之间的区别又是什么呢?你可以列出运行在宿主OS上的进程来理解它们的区别。

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下面这个简单的进程树可以看出它们的差异。虽然虚拟机中运行了很多进程,但是运行虚拟机的宿主机上却只有一个进程。

而运行Docker引擎的主机上则可以看到所有的进程。 容器进程是运行在宿主OS上的!,他们可以通过普通的<code>ps</code>,<code>kill</code>等命令进行检查和维护。

所有的东西都是透明的, 意味着什么呢?意味着Docker容器比虚拟机更小,更快,更容易与其它东西集成。如下图所示。

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安装CoreOS的小型虚拟机居然有1.2GB, 而装上busybox的小型容器只有2.5MB。最快的虚拟机启动时间也是分钟级的,而容器的启动时间通常不到一秒。在同一宿主机上安装虚拟机需要正确的设置网络, 而安装Docker非常简单。

这么来看,容器是轻量、快速并且易集成,但这并不是它的全部!

Docker还是开发者和运维之间的“合约”。 开发和运维在选择工具和环境时的姿态通常差别很大。开发者想要使用一些闪亮的新东西,比如Node.js、Rust、Go、微服务、Cassandra、Hadoop、blablabla.........而运维则倾向于使用以往用过的工具,因为事实证明那些旧的工具很有效。

但这恰恰是Docker的亮点, 运维喜欢它,因为Docker让他们只要关心一件事: 部署容器, 而开发者也一样很开心,只要写好代码,然后往容器里一扔,剩下的交给运维就完事了。

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不过别急,这还没完。运维还能帮助开发者构建优化好的容器以便用于本地开发。

很多年前,那时候还没有虚拟化,当我们需要创建一个新服务时,我们必须申请实际的物理机硬件。 这可能要花上数月,依赖于公司的流程。一旦服务器到位,我们创建好服务,很多时候它并没有像我们希望的那样成功,因为服务器的CPU使用率只有5%。 太奢侈了。 

接着,虚拟化来了。它可以在几分钟之内把一台机器运转起来,还可以在同一硬件上运行多个虚拟机,资源使用率就不只5%了。但是,我们还需要给每个服务分配一个虚拟机,因此我们还是不能如愿的使用这台机器。

容器化是演化进程的下一步。容器可以在几秒之内创建起来,而且还能以比虚拟机更小的粒度进行部署。

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Docker启动速度真的很酷。 但是,我们为什么不把所有的都服务部署到同一台机器上呢? 原因很简单:依赖的问题。在同一台机器上安装多个独立的服务,不管是真是机器还是虚拟机都是一场灾难。用Docker公司的说法是:地狱一样的矩阵依赖。

而Docker通过在容器中保留依赖关系解决了矩阵依赖的问题。

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快当然不错,但是能快100倍就太不可思议了。速度让很多事情成为可能,增加了更多新的可能性。比如,现在可以快速创建新的环境,如果需要从Clojure开发环境完整的切换到Go语言吗?启动一个容器吧。需要为集成和性能测试提供生产环境DB ?启动一个容器吧! 需要从Apache切换整个生产环境到Nginx?启动容器吧!

Docker是一个Client-Server结构的系统,Docker守护进程运行在主机上, 然后通过Socket连接从客户端访问, 客户端和守护进程也可以运行再同一主机上,但这不是必须的。Docker命令行客户端也是类似的工作方式,但它通常通过Unix域套接字而不是TCP套接字连接。

守护进程从客户端接受命令并管理运行在主机上的容器。

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主机, 运行容器的机器。

镜像,文件的层次结构,以及包含如何运行容器的元数据

容器,一个从镜像中启动,包含正在运行的程序的进程

Registry, 镜像仓库

卷,容器外的存储

Dockerfile, 用于创建镜像的脚本

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我们可以通过<code>Dockerfile</code>来构建镜像, 还可以通过<code>commit</code>一个运行的容器来创建一个镜像,这个镜像可以会被标记,可以推到Registry或者从Registry上拉下来,可以通过创建或者运行镜像的方式来启动容器,可以被<code>stop</code>,也可以通过<code>rm</code>来移除它。

镜像是一种文件结构,包含如何运行容器的元数据。Dockerfile中的每条命令都会在文件系统中创建一个新的层次结构,文件系统在这些层次上构建起来,镜像就构建于这些联合的文件系统之上。

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当容器启动后,所有镜像都会统一合并到一个进程中。 联合文件系统中的文件被删除时, 它们只是被标记为已删除,但实际上仍然存在。

这是一些经常使用的镜像相关的数据:

scratch - 基础镜像, 0个文件,大小为0

busybox - 最小Unix系统,2.5MB,10000个文件

debian:jessie - Debian最新版, 122MB, 18000 个文件

ubuntu:14.04 - 188MB,23000 个文件

可以通过<code>docker commit container-id</code>、<code>docker import url-to-tar</code>或者<code>docker build -f Dockerfile .</code>来创建镜像。

先看commit的方式:

从上面可以看出,我们可以通过<code>docker commit</code>来创建镜像,但是这种方式有点凌乱而且很难复制, 更好的方式是通过Dockerfile来构建镜像,因为它步骤清晰并且容易复制:

然后用下面的命令来构建:

Dockerfile中的每一个命令都创建了新版的layer,通常把类似的命令放在一起,通过&amp;&amp;和续行符号把命令组合起来:

这些行中命令的顺序很重要,因为Docker为了加速镜像的构建,会缓存中间的镜像。 组织Dockerfile的顺序时,注意把经常变化的行放在文件的底部,当缓存中相关的文件改变时,镜像会重新运行,即使Dockerfile中的行没有发生变化也是如此。

Dockerfile 支持13个命令, 其中一些命令用于构建镜像,另外一些用于从镜像中运行容器,这是一个关于命令什么时候被用到的表格:

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FROM - 新镜像是基于哪个镜像的

MAINTAINER - 镜像维护者的姓名和邮箱地址

COPY - 拷贝文件和目录到镜像中

ADD - 同COPY一样,但会自动处理URL和解压tarball压缩包

RUN - 在容器中运行一个命令, 比如:<code>apt-get install</code>

ONBUILD - 当构建一个被继承的Dockerfile时运行命令

.dockerignore - 不是一个命令, 但它能控制什么文件被加入到构建的上下文中,构建镜像时应该包含.git以及其它的不需要的文件。

CMD - 运行容器时的默认命令,可以被命令行参数覆盖

ENV - 设置容器内的环境变量

EXPOSE - 从容器中暴露出端口, 必须显式的通过在主机上的RUN命令带上-p或者-P来暴露端口

VOLUME - 指定一个在文件系统之后的存储目录。如果不是通过<code>docker run -v</code>设置的, 那么将被创建为<code>/var/lib/docker/volumes</code>

ENTRYPOINT - 指定一个命令不会被<code>docker run image cmd</code>命令覆盖。常用于提供一个默认的可执行程序并使用命令作为参数。

USER - 为RUN、CMD、ENTRYPOINT命令设置用户

WORKDIR - 为RUN、CMD、ENTRYPOINT、ADD、COPY命令设置工作目录

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容器启动后,进程在它可以运行的联合文件系统中获得了新的可写层。

从1.5版本起,它还可以让最顶层的layer设置为只读,强制我们为所有文件输出(如日志、临时文件)使用卷。

如上所述, <code>docker run</code>是用户启动新容器的命令, 这里是一些通用的运行容器的方法:

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这是一个可以让你像普通的终端程序一样交互式的运行容器的方法, 如果你想把管道输出到容器中,可以使用-t选项。

--interactive (-i) - 将标准输入发送给进程

-tty (-t) - 告诉进程有终端连接。 这个功能会影响程序的输出和它如何处理Ctrx-C等信号。

--rm - 退出时删除镜像。

--name - 给容器命名, 否则它是一个随机容器

--env (-e)- 设置容器中的环境变量

--env-file - 从env-file中引入所有环境变量(同Linux下的source env-file 功能)

mysql - 指定镜像名为 mysql:lastest

nginx 镜像,比如暴露出80和443端口。

连接容器需要设置容器到被连接的容器之间的网络,有两件事要做:

通过容器的连接名,更新 /etc/hosts 。 在上面的例子中,连接名是db, 可以方便的通过名字db来访问容器。

为暴露的端口设置环境变量。这个好像没啥实际用处,你也可以通过 <code>主机名:端口</code>的形式访问对应的端口。

还可以通过run limits来限制容器可以使用的主机资源

设置CPU份数为1024中的512份并不意味着可以使用一半的CPU资源,这意味着在一个无任何限制的容器中,它最多可以使用一半的份数。比如我们有两个有1024份的容器,和一个512份的容器(1024:1024:512) ,那么512份的那个容器,就只能得到1/5的总CPU份数

<code>docker exec</code> 允许我们在已经运行的容器内部执行命令,这点在debug的时候很有用。

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卷提供容器外的持久存储。 这意味着如果你提交了新的镜像,数据将不会被保存。

如果目录不存在,则会被自动创建为:/var/lib/docker/valumes/ec3c543bc..535

实际的目录名可以通过命令:<code>docker inspect container-id</code> 找到。

还可以使用<code>--valumes-from</code>选项从别的容器中挂载卷。

Docker Hub是Docker的官方镜像仓库,支持私有库和共有库,仓库可以被标记为官方仓库,意味着它由该项目的维护者(或跟它有关的人)策划。 

Docker Hub 还支持自动化构建来自Github和Bitbucket的项目,如果启用自动构建功能,那么每次你提交代码到代码库都会自动构建镜像。

即使你不想用自动构建,你还是可以直接<code>docker push</code>到Docker Hub,Docker pull则会拉取镜像下来。<code>docker run</code> 一个本地不存在的镜像,则会自动开始<code>docker pull</code>操作。 

此外,Quay、Tutum和Google 还提供私有镜像托管服务。

检查容器的命令有一大把:

下面详细讲一下<code>docker ps</code> 和<code>docker inspect</code>,这两个命令最常用了。

获取容器id。写脚本时很有用。

<code>docker inspect</code>可以带格式化的字符串----Go语言模板作为参数,详细描述所需的数据。写脚本时同时有用。

使用<code>docker exec</code>来跟运行中的容器进行交互。

通过卷来避免每次运行时都重建镜像, 下面是一个Dockerfile,每次构建时,会拷贝当前目录到容器中。

构建并运行镜像:

为避免重建,创建一次性镜像并在运行时挂载本地目录。

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大家可能听说过使用Docker不那么安全。这不是假话,但这不成问题。 

目前Docker存在以下安全问题:

镜像签名未被正确的核准。

如果你在容器中拥有root权限,那你潜在的拥有对真个主机的root权限。

安全解决办法:

从你的私有仓库中使用受信任的镜像

尽量不要以root运行容器

把容器中的root当作是主机上的root? 还是把容器的根目录设置为容器内的根目录 ?

如果服务器上所有的容器都是你的,那你不需要担心他们之间会有危险的交互。

我给选择两字加了引号, 因为目前根本没有任何别的选择, 但是很多容器爱好者想玩玩,比如Ubuntu的LXD、微软的Drawbridge,还有Rocket。

Rocket由CoreOS开发,CoreOS是一个很大的容器平台。 他们开发Rocket的理由是觉得Docker公司让Docker变得臃肿,并且还和CoreOS有业务冲突。

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当我们把应用程序拆开到多个不同的容器中时,会产生一些新的问题。怎么让不同的部分进行通信呢? 这些容器在单个主机上怎么办? 多个主机上又是怎么处理? 

单个主机上,Docker通过连接来解决编排的问题。 

为简化容器的链接操作,Docker提供了一个叫<code>docker-compose</code>的工具。(以前它叫<code>fig</code>, 由另一家公司开发,然后最近Docker收购了他们)

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<code>docker-compose</code>在单个<code>docker-compose.yml</code>文件中声明多个容器的信息。来看一个例子,管理web和redis两个容器的配置文件:

启动上述容器,可以使用<code>docker-compose up</code>命令

也可以通过detached模式(detached mode)启动: <code>docker-compose up -d</code>,然后可以通过<code>docker-compose ps</code>查看容器中跑了啥东西:

还可以同时让命令在一个容器或者多个容器中同时工作。

从以上命令可以看出,扩展很容易,不过应用程序必须写成支持处理多个容器的方式。在容器外,不支持负载均衡。

很多公司想做在云中托管Docker的生意,如下图。

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这些提供商尝试解决不同的问题, 从简单的托管到做"云操作系统"。其中有两家比较有前景:

如上图所示,CoreOS是可以在CoreOS集群中托管多个容器的一系列服务的集合:

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CoreOS Linux发行版是裁剪的Linux,在初次启动时使用114MB的RAM,没有包管理器, 使用Docker或者它自己的Rocket运行一切程序。

CoreOS 使用Docker(或Rocket)在主机上安装应用。

使用<code>systemd</code>作为init服务,它的性能超级好,还能很好的处理启动依赖关系, 强大的日志系统,还支持socket-activation。

<code>etcd</code> 是分布式的,一致性 K-V 存储用于配置共享和服务发现。

<code>fleet</code>,集群管理器,是<code>systemd</code>的扩展,能与多台机器工作,采用<code>etcd</code>来管理配置并运行在每一个台CoreOS服务器上。

Docker容器托管在Amazon有两种途径:

Elastic Beanstalk部署Docker容器,它工作的很好,但就是太慢了, 一次全新的部署需要好几分钟,感觉跟一般的容器秒级启动不大对劲。

ECS、Elastic Container Server是Amazon上游容器集群解决方案, 目前还在预览版3,看起来很有前途,跟Amazon其它服务一样,通过简单的web service调用与它交互。

Docker is here to stay

解决了依赖问题

容器各方面都很快

有集群解决方案,但不能无缝对接

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译者介绍

何林冲, 目前就职于腾讯计算机系统有限公司, 负责游戏自动化运维体系架构设计及开发工作, 热爱开源技术。希望通过翻译技术文章为社区贡献微薄之力。

原文发布时间为:2015-03-29

本文作者:何林冲 

本文来自云栖社区合作伙伴DockerOne,了解相关信息可以关注DockerOne。

原文标题:我的碎碎念:Docker入门指南

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