Web开发者的云原生指南（2）容器化基础

2023-06-24 212

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简介： 本节将介绍容器化的基本概念和常用工具，重点介绍 Docker 的使用。我们将逐步了解容器化的概述、Docker 的简介和安装、编写 Dockerfile、构建和运行容器，以及 Docker 镜像管理和容器编排工具的介绍。

1. 容器化概述

容器化是将应用程序及其所有依赖项打包到一个独立的运行环境中的过程。容器是一种轻量级、可移植且自包含的单元，它包含了应用程序的代码、运行时环境、系统工具和依赖项。容器化技术提供了一种统一的方式来构建、交付和运行应用程序，使得应用程序可以在不同的环境中以一致的方式运行。

容器化的优势包括：

环境一致性：容器提供了一个一致的运行环境，无论是在开发、测试还是生产环境中，应用程序都可以以相同的方式运行。
轻量级和快速启动：容器是轻量级的，它们共享操作系统内核，因此启动速度快，并且占用的系统资源较少。
可移植性：容器可以在不同的环境中运行，无论是物理机、虚拟机还是云平台，提供了更大的灵活性和可移植性。
隔离性和安全性：每个容器都运行在独立的环境中，与其他容器和宿主机相互隔离，避免了不同应用程序之间的冲突和安全漏洞。

2. Docker 简介和安装

2.1. Docker 简介

Docker 是一个开源的容器化平台，提供了一种简单且高效的方式来构建、交付和运行容器化应用程序。Docker 利用容器化技术，将应用程序及其依赖项打包到一个称为 Docker 镜像的可执行文件中。这些镜像可以在任何支持 Docker 的环境中运行，并且保持一致的运行行为。

2.2. Docker 安装

在开始使用 Docker 之前，需要安装 Docker 引擎。Docker 提供了适用于不同操作系统的安装包和安装脚本。以下是在常见操作系统上安装 Docker 的步骤：

2.2.1. 在 Ubuntu 上安装 Docker

# 更新软件包索引并安装必要的软件包
sudo apt update
sudo apt install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

# 添加 Docker 的官方 GPG 密钥
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg

# 添加 Docker 的软件源
echo "deb [arch=amd64 signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 安装 Docker 引擎
sudo apt update
sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

# 验证安装是否成功
sudo docker run hello-world

2.2.2. 在 macOS 上安装 Docker
在 macOS 上安装 Docker 需要使用 Docker Desktop。可以从 Docker 官方网站下载安装包，并按照安装向导进行安装。

2.2.3. 在 Windows 上安装 Docker
在 Windows 上安装 Docker 需要使用 Docker Desktop。可以从 Docker 官方网站下载安装包，并按照安装向导进行安装。

3. 编写 Dockerfile

Dockerfile 是一个用于定义 Docker 镜像构建过程的文本文件。它包含了一系列的指令和配置选项，用于指导 Docker 引擎如何构建镜像。以下是编写 Dockerfile 的基本步骤：

3.1. 创建 Dockerfile

首先，在应用程序的根目录下创建一个名为 Dockerfile 的文件。

3.2. 编写基础镜像指令

Dockerfile 的第一行通常是指定基础镜像。基础镜像是构建新镜像的起点，可以选择适合应用程序的基础镜像，如 ubuntu, alpine, node 等。


FROM ubuntu:18.04

3.3. 复制应用程序代码

通过 COPY 指令将应用程序的代码复制到容器中的指定目录。


COPY . /app

3.4. 安装依赖项和配置环境

通过 RUN 指令运行命令来安装应用程序的依赖项和配置运行环境。


RUN apt-get update && apt-get install -y python3 python3-pip

3.5. 暴露端口

使用 EXPOSE 指令声明容器将监听的端口号。


EXPOSE 8000

3.6. 定义容器启动命令

使用 CMD 指令定义容器启动时要执行的命令。


CMD ["python3", "app.py"]

4. 构建和运行容器

4.1. 构建镜像

使用 docker build 命令构建镜像，指定 Dockerfile 的路径和镜像的标签。

docker build -t myapp:1.0 .

4.2. 运行容器

使用 docker run 命令运行容器，指定镜像和容器的配置选项。


docker run -d -p 8000:8000 myapp:1.0

5. Docker 镜像管理和容器编排工具介绍

Docker 提供了一些工具和技术来管理和编排 Docker 镜像和容器，以便更好地管理容器化应用程序的生命周期和部署。以下是一些常用的 Docker 镜像管理和容器编排工具的简介：

5.1. Docker Compose

Docker Compose 是一个用于定义和运行多容器 Docker 应用程序的工具。通过使用 Compose 文件，可以定义应用程序的服务、网络和卷等配置，并使用单个命令启动、停止和管理整个应用程序。

5.2. Kubernetes

Kubernetes 是一个开源的容器编排平台，用于自动化容器的部署、伸缩和管理。它提供了一种高度可扩展的方式来管理容器化应用程序，并提供了许多功能，如自动部署、负载均衡、服务发现和容器间通信等。

5.3. Swarm

Swarm 是 Docker 的官方容器编排解决方案，用于在多个 Docker 主机上创建和管理容器集群。Swarm 允许用户将多个 Docker 主机组成一个单一的虚拟主机，并使用标准的 Docker API 进行管理。

5.4. Rancher

Rancher 是一个开源的容器管理平台，提供了一套集中化的工具和界面，用于管理和编排容器化应用程序。它支持多种容器编排引擎，包括 Docker Swarm 和 Kubernetes，提供了可视化的界面来简化容器集群的管理。

以上是一些常用的 Docker 镜像管理和容器编排工具的简介，根据实际需求可以选择适合自己的工具来管理和编排容器化应用程序。

结论

容器化技术为应用程序的构建、交付和运行提供了一种便捷、高效和一致的方式。本节中，我们学习了容器化的概念和优势，详细介绍了 Docker 的简介和安装过程，以及编写 Dockerfile、构建和运行容器的步骤。我们还介绍了一些常用的 Docker 镜像管理和容器编排工具，如 Docker Compose、Kubernetes、Swarm 和 Rancher。通过掌握容器化基础，你将能够更好地构建、管理和扩展容器化应用程序。