云原生技术之Docker入门

1. 为什么需要容器？

下图是一个比较传统的软件架构

做过java的同学可能对上图的架构方式比较了解，我们通常会将一个应用程序生成一个war包，放到一个tomcat容器当中并在一台虚拟机（VM）中启动运行，然后配置nginx的负载均衡策略，将来自用户的请求转发到某个tomcat应用上，这种基于主机或虚拟机部署的应用会存在以下几个问题：

可移植性差

需要事先安装应用所需要的运行环境，比如java应用所需要的jdk或者jre，如果需要重新部署一个应用，就需要重新初始化环境再安装应用，过程繁琐; 另外如果一个应用需要jdk7的运行环境另外一个应用需要jdk8，那在一台主机上就很难满足；

可维护性差

如果tomcat应用本身或者所在的虚拟机操作系统出现问题时，则需要人工干预，比如配置nginx转发规则、执行重启操作等；

可扩展性差

应用的负载有高有低，不够稳定，当前应用负载大的时候，我们需要增加应用的数量，当应用负载降低的时候，我们需要降低应用的数量；

无法资源隔离

如果一台虚拟机部署多个应用，不同的应用或者进程之间会相互影响；

我们接下来就来看一下我们是如何一步步的解决这些问题的。

首先是容器化，我们选择的方案是Docker。

Docker将应用程序与该程序的依赖，打包成一个容器镜像，运行这个文件就会生成虚拟容器。程序在这个虚拟容器里运行，就好像运行在真实的物理机上，并且每个容器之间资源互相隔离而且都有自己的文件系统，这样容器之间进程不会相互影响，可以通过下图来进行对比基于虚拟机和基于容器部署应用的区别：

2. Docker介绍

2.1 Docker架构

Docker是客户端-服务器架构的应用，主要由以下部分组成：

服务端是一个名为dockerd守护进程，用来监听REST API请求并管理Docker对象，比如镜像、容器、存储卷及网络等。

命令行客户端（CLI），也就是我们平常在控制台输入的docker命令行，通过调用REST API进行控制Docker daemon或者同其进行集成。

镜像仓库（Docker Registries），镜像仓库用来存储Docker镜像。

以下是Docker的架构示意图：

2.2 Docker对象

IMAGES

镜像一般是通过指令创建的只读文件，用来生成容器。一般一个镜像是基于另外一个镜像并添加一些额外的指令创建的，可以通过一个名为Dockerfile的文件来生成一个镜像，在Dockerfile中的每一行指令会生成一层（layer）。当Dockerfile有改动需要重新生成镜像时，只需要重新生成改变的那些层就可以，这样就可以使得镜像文件更加轻量、快速构建。

CONTAINERS

容器是通过镜像文件生成的运行实例。可以通过REST API或者docker client进行创建、启动、停止、移动或者删除一个容器。

SERVICE

用来管理和扩展多个容器，需要同docker swarm一起工作

2.3 底层技术

Docker采用go语言编写，并且使用了Linux内核中的几个特性来实现其功能，主要有如下：

Namespaces

Docker通过Namespaces来提供隔离的工作空间（Workspace），当你运行一个容器的时候，Docker为这个容器创建了数个不同类型的Namespaces，主要有以下类型：

pid namespace：提供进程隔离功能

net namespace：管理网络接口

ipc namespace：内部资源访问控制（IPC:Inter Process Communication）

mnt namespace：管理文件系统挂载

uts namespace: 内核隔离以及版本识别（UTS：Unix Timesharing System）

CGroups(Control Groups)

Docker通过CGroup来限定容器只能使用特定的资源。举例来讲，Docker可以限制某个容器只能使用多少cpu及内存资源。

UnionFS(Union File System)

一种文件系统类型，可以运行在其他文件系统上，通过创建不同的层来使得容器文件系统更加轻量和快速。还有其他几种类似的文件系统，包括AUFS、btrfs、vfs和DeviceMapper。

3. Docker的安装部署

以下命令是在Centos7上的命令，其他操作系统会存在一些差异

yum install docker：通过yum下载docker相关的依赖
systemctl enable docker: 开机运行
systemctl start docker: 启动docker服务

执行完上述操作，docker服务已经在运行了，可以通过执行 docker version 和 docker info 命令查看docker的版本以及相关的信息。

4. Docker的使用

4.1 Dockerfile文件

我们之前有提到Docker可以将应用程序打包成一个镜像，那么如何生成镜像文件呢？这就需要用到Dockerfile文件。它是一个文本文件，用来配置镜像，Docker根据该文件生成二进制的镜像文件。以下是一个Dockerfile文件示例：

# 该镜像文件继承官方的nginx镜像，冒号表示标签，这里标签是latest，表示最新的版本
FROM nginx:latest
# 将_book目录下的文件copy至镜像文件的/var/www/public目录
COPY _book /var/www/public/
COPY  nginx_app.conf/etc/nginx/conf.d/ nginx_app.conf
# 将容器的8080端口暴露出来，允许外部连接这个端口
EXPOSE 8080
# 容器启动后执行 nginx -g daemon off 命令
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

4.2 创建镜像文件

有了Dockerfile文件以后，就可以用docker build命令创建镜像文件了。

docker build -t zcloud-document:0.0.1.
docker image ls

如果运行成功，就可以看到新生成的镜像文件zcloud-document了。

4.3 生成容器

# 生成容器
docker run -p 8080:8080 -it zcloud-document:0.0.1
docker ps
# 重新生成一个新的镜像标签，并指向原来的镜像
docker tag zcloud-document:0.0.1 10.0.0.183:5000/zcloud/zcloud-document:0.0.1
# 推送到私有镜像仓库
docker push 10.0.0.183:5000/zcloud/zcloud-document:0.0.1

关于Docker其他的一些操作命令，大家可以自行查阅，网上介绍的文章也比较多，参考文章：Docker 入门教程（https://docs.docker.com/get-started/）

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