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容器引擎Docker

2024-07-15 67
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本文涉及的产品
服务治理 MSE Sentinel/OpenSergo，Agent数量 不受限
性能测试 PTS，5000VUM额度
可观测监控 Prometheus 版，每月50GB免费额度
简介： 带你简单了解docker，开发必备！！！

在前面的学习中，我们掌握了微服务的服务注册与发现(nacos)、配置中心(nacos)、远程服务调用(feign)、网关(gateway)，同时借助Idea编译工具多次完成本地服务启动、部署和验证。但是我们假想下面场景：

  • 开发人员A写好的代码-->开发人员B的电脑上运行，B必须保证跟A一样的系统环境(JDK/MySQL等)
  • 系统代码部署从DEV-->TEST-->PRE-->PROD，每个环节都必须保证一样的系统环境(同上)
  • 分布式系统中依赖组件非常多，组件与组件之间的部署往往会产生一些冲突(端口/依赖/环境等)

image.png

这样的版本一致保证会耗费我们大量的时间和精力，同时万一有问题产生，我们也很难第一时间考虑到是因为版本不一致导致的问题。因此我们需要一套可以平滑切换的部署引擎，这就是本节我们学习的Docker。

1.认识Docker

1.1 什么是Docker

1-Docker解决依赖兼容

Docker为了解决依赖的兼容问题的，采用了两个手段：

  • 【依赖打包】将应用的Libs（函数库）、Deps（依赖）、配置与应用一起打包
  • 【部署隔离】将每个应用放到一个隔离容器去运行，避免互相干扰

image.png

此时打包好的应用包(不再是原来的jar包)既包含应用本身，也包含应用所需的Libs、Deps，无需在操作系统上安装，自然不存在应用间的兼容问题。

虽然解决了不同应用的兼容问题，但是开发、测试等多个环境，不同的操作系统版本之间也会有差异，这个不解决一样会面临开篇所说的问题，想了解这个必须先了解下操作系统的结构。

2-Docker解决操作系统环境差异

以一个ubuntu操作系统为例，如下：

image.png

其结构包括：

  1. 计算机硬件：如CPU、内存、磁盘等
  2. 系统内核：所有Linux发行版内核都是Linux，如CentOS/Ubuntu/Fedora等，内核与计算机硬件交互，对外提供内核指令，用于操作计算机硬件。
  3. 系统应用：操作系统本身提供的应用、函数库。这些函数是对内核指令的封装，使用更方便。

应用与计算机交互的流程大致如下：

  1. 应用（外部应用如redis/web应用等）调用操作系统应用（函数库），实现各种功能
  2. 系统函数库是对内核指令集的封装，会调用内核指令
  3. 内核指令操作计算机硬件

如Ubuntu和CenOS虽然都是基于Linux内核，无非是系统应用不同，提供函数库有差异，如下：

image.png

但就是这种差异，当一个Ubuntu版本的MySQL尝试安装到CentOS系统时，MySQL还是调用的Ubuntu函数库，会出现找不到或者不匹配的情况，从而导致报错，即出现我们上面提到的系统环境差异导致的不兼容问题：

image.png

我们来看下Docker是如何处理这种环境间的差异的：

  • Docker将应用程序与所需调用的系统(如Ubuntu)函数库一起打包
  • Docker运行到不同操作系统时，直接基于打包的函数库，借助于操作系统Linux内核来运行

image.png


3-小结

Docker如何解决大型项目依赖关系复杂，不同组件依赖的兼容性问题？

  • Docker允许开发中将应用、依赖、函数库、配置一起打包，形成可移植镜像
  • Docker应用运行在容器中，使用沙箱机制，相互隔离

Docker如何解决开发、测试、生产环境有差异的问题？

  • Docker镜像中包含完整运行环境，包括系统函数库，仅依赖系统的Linux内核，因此可以在任意Linux操作系统上运行

Docker是一个快速交付应用、运行应用的技术，具备下列优势：

  • 可以将程序及其依赖、运行环境一起打包为一个镜像，可以迁移到任意Linux操作系统
  • 运行时利用沙箱机制形成隔离容器，各个应用互不干扰
  • 启动、移除都可以通过一行命令完成，方便快捷

1.2 Docker和虚拟机的区别

如果对虚拟机有了解的读者（也可以在一个操作系统中运行另一个操作系统，从而达到保护系统中的应用），那么Docker听起来也是这样的环境隔离，二者有什么区别？为什么现在主流是使用Docker呢？

虚拟机：在操作系统中模拟硬件设备，然后运行另一个操作系统，比如在 Windows 系统里面运行 Ubuntu 系统，这样就可以运行任意的Ubuntu应用了。

Docker：仅是封装函数库，并没有模拟完整的操作系统，即共享同一个底层硬件设备。


image.png


相较于传统虚拟机而言，二者主要区别如下：

特性

容器

虚拟机

启动

秒级

分钟级

硬盘使用

一般为 MB

一般为 GB

性能

接近原生

弱于

系统支持量

单机支持上千个容器

一般几十个

总结如下：

  • docker是一个系统进程；虚拟机是在操作系统中的操作系统
  • docker体积小、启动速度快、性能好；虚拟机体积大、启动速度慢、性能一般

1.3 Docker架构

1-基本概念

镜像

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（如匿名卷、环境变量、用户等）。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。

分层存储

镜像构建时，会一层层构建，前一层是后一层的基础。每一层构建完就不会再发生改变，后一层上的任何改变只发生在自己这一层。比如，删除前一层文件的操作，实际不是真的删除前一层的文件，而是仅在当前层标记为该文件已删除。在最终容器运行的时候，虽然不会看到这个文件，但是实际上该文件会一直跟随镜像。因此，在构建镜像的时候，需要额外小心，每一层尽量只包含该层需要添加的东西，任何额外的东西应该在该层构建结束前清理掉。

总结

Docker将应用程序及其所需的依赖、函数库、环境、配置等文件打包在一起，称为镜像。

容器

镜像和容器的关系，就像是面向对象程序设计中的类和实例一样，镜像是静态的定义，容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。

容器本质是进程，但与直接在宿主执行的进程不同，容器进程运行在属于自己独立的命名空间。因此容器可以有自己的文件系统、网络配置、进程空间。容器内的进程是运行在一个隔离环境里，也正是因为这种隔离的特性，让跟多初学Docker的人混淆容器和虚拟机。

容器存储层

跟镜像的分层存储类似，容器也是如此。每个容器运行时，是以镜像为基础层，在其上创建一个当前容器的层出层，我们可以称这个为容器运行时读写而准备的存储层为容器存储层。其生命周期与容器一样，容器消亡时，容器存储层也随之消失。

按Docker最佳实践，容器不应该向其存储层写入任何数据，容器存储层都要保持无状态。所有文件写入操作都应该使用数据卷(Volume)、或者绑定宿主目录，这些读写直接对宿主产生，性能和稳定性更高。

总结

镜像中的应用程序运行后形成的进程就是容器，只是Docker会给容器进程做隔离，对外不可见。

仓库

镜像构建完成后，可以很容易在当前宿主机运行，但是想要在其他服务器上使用这个镜像，我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务，Docker Registry就是这样一个服务。

一个Docker Registry可以包含多个仓库(Repository)；每个仓库可以包含多个标签(Tag)；每个标签对应一个镜像。通常一个仓库会包含一个软件的不同版本镜像，标签用于区分版本，如不给出标签，默认latest作为标签。

Docker Registry公开服务

开发给用户使用、允许用户管理镜像的Registry服务，可避免重复劳动，如Redis/Nginx等

image.png

Docker Registry私有服务

公司内部使用、迭代的镜像Registry服务，需要用户自己完成代码打包、镜像上传。

小结

image.png

三者关系如上所示，注意：镜像都是只读的。

例如你下载了一个QQ，如果我们将QQ在磁盘上的运行文件及其运行的操作系统依赖打包，形成QQ镜像。然后你可以启动多次，双开、甚至三开QQ，跟多个妹子聊天。

2-Docker架构

Docker是一个CS架构的程序，底层由Go 语言进行开发实现，由两部分组成

  • 服务端(server)：Docker守护进程，负责处理Docker指令，管理镜像、容器等
  • 客户端(client)：通过命令或RestAPI向Docker服务端发送指令。可以在本地或远程向服务端发送指令

image.png

1.4 Docker安装

企业生产一般都是在Linux环境下部署Docker，其中CentOS发行版最多，因此我们也将在CentOS环境下安装Docker，如未安装请跳转：windows安装centos7

1-卸载(可选)

如果之前安装过旧版本的Docker，可以使用下面命令卸载：

yum remove docker \
                  docker-client \
                  docker-client-latest \
                  docker-common \
                  docker-latest \
                  docker-latest-logrotate \
                  docker-logrotate \
                  docker-selinux \
                  docker-engine-selinux \
                  docker-engine \
                  docker-ce

2-安装docker

首先需要虚拟机联网，接着安装yum工具

yum install -y yum-utils \
           device-mapper-persistent-data \
           lvm2 --skip-broken

接着更新本地镜像为aliyun，否则拉取国外的会失败

# 设置docker镜像源
yum-config-manager \
    --add-repo \
    https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
    
sed -i 's/download.docker.com/mirrors.aliyun.com\/docker-ce/g' /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo

yum makecache fast

输入指令开始安装，这里我们安装的ce(社区免费版本)

yum install -y docker-ce

3-启动Dokcer

Docker应用后续会用到的端口非常多，建议大家直接关闭防火墙，一定要关闭，一定要关闭。

# 关闭
systemctl stop firewalld
# 禁止开机启动防火墙
systemctl disable firewalld
# 查看防火墙状态
systemctl status firewalld

命令启动docker

systemctl start docker  # 启动docker服务

systemctl stop docker  # 停止docker服务

systemctl restart docker  # 重启docker服务

输入命令查看启动状态

systemctl status docker

输入命令查看发布版本、

docker -v

4-配置镜像加速

docker官方镜像仓库网速较差，我们需要设置国内镜像服务：

参考阿里云的镜像加速文档：https://cr.console.aliyun.com/cn-hangzhou/instances/mirrors

也可直接依次参照执行：

sudo mkdir -p /etc/docker
sudo tee /etc/docker/daemon.json <<-'EOF'
{
  "registry-mirrors": ["https://au39ixuh.mirror.aliyuncs.com"]
}
EOF
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

2.Docker基本操作

2.1 镜像操作

1-镜像名称

首先来看下镜像的名称组成

  • 镜名称一般分两部分组成：[repository]:[tag]。
  • 在没有指定tag时，默认是latest，代表最新版本的镜像

image.png

这里mysql就是repository，5.7就是tag，合一起就是镜像名称，代表5.7版本的MySQL镜像。

2-镜像命令

常见的镜像操作命令如图：

image.png

3-案例(拉取、查看镜像)

需求：从DockerHub中拉取一个nginx镜像并查看

1）首先去镜像仓库搜索nginx镜像，比如DockerHub：

image.png

2）根据查看到的镜像名称，拉取自己需要的镜像，通过命令：docker pull nginx

image.png

3）通过命令：docker images 查看拉取到的镜像

image.png

4-案例(保存、导入镜像)

需求：利用docker save将nginx镜像导出磁盘，然后再通过load加载回来

1）docker xx --help命令查看docker save和docker load的语法

例如，查看save命令用法，可以输入命令：

docker save --help

结果：

image.png

命令格式：

docker save -o [保存的目标文件名称] [镜像名称]

2）docker save导出镜像到磁盘

运行命令：

docker save -o nginx.tar nginx:latest

结果如图：

image.png

3）docker load加载镜像

先删除本地的nginx镜像：

docker rmi nginx:latest

然后运行命令，加载本地文件：

docker load -i nginx.tar

结果：

image.png

5-实战案例(Redis镜像拉取、加载)

1）去DockerHub搜索Redis镜像

2）查看Redis镜像的名称和版本

3）利用docker pull命令拉取镜像

docker pull redis

4）利用docker save命令将 redis:latest打包为一个redis.tar包

docker save -o redis.tar redis:latest

5）利用docker rmi 删除本地的redis:latest

docker rmi redis:latest

6）利用docker load 重新加载 redis.tar文件

docker load -i redis.tar

2.2 容器操作

容器操作的命令如图：

image.png

容器保护三个状态：

  • 运行：进程正常运行
  • 暂停：进程暂停，CPU不再运行，并不释放内存
  • 停止：进程终止，回收进程占用的内存、CPU等资源

1-常用指令

命令

描述

docker run

创建并运行一个容器，处于运行状态

docker pause

让一个运行的容器暂停

docker unpause

让一个容器从暂停状态恢复运行

docker stop

停止一个运行的容器

docker start

让一个停止的容器再次运行

docker rm

删除一个容器

2-案例(创建并运行容器)

创建并运行nginx容器的命令：

docker run --name nginx -p 80:80 -d nginx

命令解读

  • docker run ：创建并运行一个容器
  • --name : 给容器起一个名字，比如叫做nginx
  • -p ：将宿主机端口与容器端口映射，冒号左侧是宿主机端口，右侧是容器端口
  • -d：后台运行容器
  • nginx：镜像名称，例如nginx

这里的-p参数，是将容器端口映射到宿主机端口。默认情况下，容器是隔离环境，我们直接访问宿主机的80端口，肯定访问不到容器中的nginx。现在，将容器的80与宿主机的80关联起来，当我们访问宿主机的80端口时，就会被映射到容器的80，这样就能访问到nginx了：

image.png

3-案例(进入容器并修改文件)

需求：进入Nginx容器，修改HTML文件内容，添加“传智教育欢迎您”

提示：进入容器要用到docker exec命令。

步骤：

1）进入容器。进入我们刚刚创建的nginx容器的命令为：

docker exec -it nginx bash

命令解读

  • docker exec ：进入容器内部，执行一个命令
  • -it : 给当前进入的容器创建一个标准输入、输出终端，允许我们与容器交互
  • nginx ：要进入的容器的名称
  • bash：进入容器后执行的命令，bash是一个linux终端交互命令

2）进入nginx的HTML所在目录 /usr/share/nginx/html

容器内部会模拟一个独立的Linux文件系统，看起来如同一个linux服务器一样：

image.png

nginx的环境、配置、运行文件全部都在这个文件系统中，包括我们要修改的html文件。查看DockerHub网站中的nginx页面，可以知道nginx的html目录位置在/usr/share/nginx/html

我们执行命令，进入该目录：

cd /usr/share/nginx/html

查看目录下文件：

image.png

3）修改index.html的内容

容器内没有vi命令，无法直接修改，我们用下面的命令来修改：

sed -i -e 's#Welcome to nginx#传智教育欢迎您#g' -e 's#<head>#<head><meta charset="utf-8">#g' index.html

在浏览器访问自己的虚拟机地址（注意IP），例如我的是：http://192.168.150.101，即可看到结果：



2.3 数据卷

在之前的nginx案例中，修改nginx的html页面时，需要进入nginx内部。并且因为没有编辑器，修改文件也很麻烦。这就是因为容器与数据（容器内文件）耦合带来的后果。

image.png

要解决这个问题，必须将数据与容器解耦，这就要用到数据卷了。

1-什么是数据卷

数据卷（volume）是一个虚拟目录，指向宿主机文件系统中的某个目录。

image.png

一旦完成数据卷挂载，对容器的一切操作都会作用在数据卷对应的宿主机目录了。这样，我们操作宿主机的/var/lib/docker/volumes/html目录，就等于操作容器内的/usr/share/nginx/html目录了。

2- 数据集操作命令

数据卷操作的基本语法如下：

  • docker volume [COMMAND]

docker volume命令是数据卷操作，根据命令后跟随的command来确定下一步的操作：

  • create 创建一个volume
  • inspect 显示一个或多个volume的信息
  • ls 列出所有的volume
  • prune 删除未使用的volume
  • rm 删除一个或多个指定的volume

3-创建和查看数据卷

需求：创建一个数据卷，并查看数据卷在宿主机的目录位置

1） 创建数据卷

docker volume create html

2）查看所有数据

docker volume ls

结果：

image.png

3）查看数据卷详细信息卷

docker volume inspect html

结果：

image.png

可以看到我们创建的html数据卷关联的宿主机目录为/var/lib/docker/volumes/html/_data目录。

4-挂载数据卷

在创建容器时，可以通过 -v 参数来挂载一个数据卷到某个容器内目录，命令格式如下：

docker run \
  --name mn \
  -v html:/root/html \
  -p 8080:80
  nginx \

这里的-v就是挂载数据卷的命令：

  • -v html:/root/htm ：把html数据卷挂载到容器内的/root/html这个目录中

5-案例(给nginx挂载数据卷)

需求：创建一个nginx容器，修改容器内的html目录内的index.html内

分析：上个案例中，我们进入nginx容器内部，已经知道nginx的html目录所在位置/usr/share/nginx/html ，我们需要把这个目录挂载到html这个数据卷上，方便操作其中的内容。

提示：运行容器时使用 -v 参数挂载数据卷

步骤：

1）创建容器并挂载数据卷到容器内的HTML目录

docker run --name mn -v html:/usr/share/nginx/html -p 80:80 -d nginx

2）进入html数据卷所在位置，并修改HTML内容

# 查看html数据卷的位置
docker volume inspect html
# 进入该目录
cd /var/lib/docker/volumes/html/_data
# 修改文件
vi index.html

6-案例(给MySQL挂载本地目录)

容器不仅仅可以挂载数据卷，也可以直接挂载到宿主机目录上。关联关系如下：

  • 带数据卷模式：宿主机目录 --> 数据卷 ---> 容器内目录
  • 直接挂载模式：宿主机目录 ---> 容器内目录

如图：

image.png

语法：

目录挂载与数据卷挂载的语法是类似的：

  • -v [宿主机目录]:[容器内目录]
  • -v [宿主机文件]:[容器内文件]

需求：创建并运行一个MySQL容器，将宿主机目录直接挂载到容器

实现思路如下：

1）在将课前资料中的mysql.tar文件上传到虚拟机，通过load命令加载为镜像

2）创建目录/tmp/mysql/data

3）创建目录/tmp/mysql/conf，将课前资料提供的hmy.cnf文件上传到/tmp/mysql/conf

4）去DockerHub查阅资料，创建并运行MySQL容器，要求：

① 挂载/tmp/mysql/data到mysql容器内数据存储目录

② 挂载/tmp/mysql/conf/hmy.cnf到mysql容器的配置文件

③ 设置MySQL密码

docker run --name mysql -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root -p 3306:3306 -v /tmp/mysql/conf/hmy.cnf:/etc/mysql/conf.d/hmy.conf -v /tmp/mysql/data:/var/lib/mysql -d mysql:5.7.25

3.DockerFile自定义镜像

3.1 镜像结构

镜像是将应用程序及其需要的系统函数库、环境、配置、依赖打包而成。我们以MySQL为例，来看看镜像的组成结构：

image.png

简单来说，镜像就是在系统函数库、运行环境基础上，添加应用程序文件、配置文件、依赖文件等组合，然后编写好启动脚本打包在一起形成的文件。我们要构建镜像，其实就是实现上述打包的过程。

3.2 Dockerfile语法

构建自定义的镜像时，并不需要一个个文件去拷贝，打包。我们只需要告诉Docker，我们的镜像的组成，需要哪些BaseImage、需要拷贝什么文件、需要安装什么依赖、启动脚本是什么，将来Docker会帮助我们构建镜像。而描述上述信息的文件就是Dockerfile文件。

Dockerfile就是一个文本文件，其中包含一个个的指令(Instruction)，用指令来说明要执行什么操作来构建镜像。每一个指令都会形成一层Layer。

image.png


更加详细语法说明，请参考官网文档： https://docs.docker.com/engine/reference/builder

3.3 构建Java项目

1-基于Ubuntu构建Java项目

需求：基于Ubuntu镜像构建一个新镜像，运行一个java项目

  • 步骤1：新建一个空文件夹docker-demo

image.png

  • 步骤2：拷贝课前资料中的docker-demo.jar文件到docker-demo这个目录

image.png

  • 步骤3：拷贝课前资料中的jdk8.tar.gz文件到docker-demo这个目录

  • 步骤4：拷贝课前资料提供的Dockerfile到docker-demo这个目录


其中的内容如下：

# 指定基础镜像
FROM ubuntu:16.04
# 配置环境变量，JDK的安装目录
ENV JAVA_DIR=/usr/local

# 拷贝jdk和java项目的包
COPY ./jdk8.tar.gz $JAVA_DIR/
COPY ./docker-demo.jar /tmp/app.jar

# 安装JDK
RUN cd $JAVA_DIR \
 && tar -xf ./jdk8.tar.gz \
 && mv ./jdk1.8.0_144 ./java8

# 配置环境变量
ENV JAVA_HOME=$JAVA_DIR/java8
ENV PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin

# 暴露端口
EXPOSE 8090
# 入口，java项目的启动命令
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar
docker build -t javaweb:1.0 .

image.png

2-基于java8构建Java项目

虽然我们可以基于Ubuntu基础镜像，添加任意自己需要的安装包，构建镜像，但是却比较麻烦。所以大多数情况下，我们都可以在一些安装了部分软件的基础镜像上做改造。

例如：构建java项目的镜像，可以在已经准备了JDK的基础镜像基础上构建。

需求：基于java:8-alpine镜像，将一个Java项目构建为镜像

思路：

  • ① 新建一个空的目录，然后在目录中新建一个文件，命名为Dockerfile
  • ② 拷贝课前资料提供的docker-demo.jar到这个目录中
  • ③ 编写Dockerfile文件：
  • a ）基于java:8-alpine作为基础镜像
  • b ）将app.jar拷贝到镜像中
  • c ）暴露端口
  • d ）编写入口ENTRYPOINT
    内容如下： 
FROM java:8-alpine
COPY ./app.jar /tmp/app.jar
EXPOSE 8090
ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar
  • ④ 使用docker build命令构建镜像
  • ⑤ 使用docker run创建容器并运行 
docker build -t javaweb:2.0 .

3.4 小结

  1. Dockerfile的本质是一个文件，通过指令描述镜像的构建过程
  2. Dockerfile的第一行必须是FROM，从一个基础镜像来构建
  3. 基础镜像可以是基本操作系统，如Ubuntu。也可以是其他人制作好的镜像，例如：java:8-alpine



文章标签：
云虚拟主机
云数据库 Tair（兼容 Redis）
云数据库 RDS MySQL 版
容器
应用服务中间件
Docker
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关系型数据库
关键词：
容器docker
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