Docker虚拟化实战学习——基础篇

Docker虚拟化实战和企业案例演练

深入剖析虚拟化技术概念和应用场景

虚拟化，一是项技术～～，是一种资源解决方案。

虚拟化技术是将物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，以打破物理结构之间的壁垒，使计算元件运行在虚拟的基础上，而不是真实的物理资源上。

通过虚拟化技术，可以将物理资源转变为逻辑资源(虚拟机)，应用程序服务运行在虚拟资源上，而不是真实的物理机上。

VMware workstation 属于个人版虚拟化软件，称为虚拟机软件。将物理资源转变为多台虚拟机，应用软件运行在虚拟机中，各个虚拟机共享物理机的资源 (CPU，硬盘，网卡，内存，IO设备...)

虚拟化技术的落地，底层就必须有物理机支撑！

单纯的物理机器是不能直接虚拟化的，都需要虚拟化软件来实现。目前主流的虚拟化软件有：KVM，XEN，ESXI，HP-V，Docker，Virtual BOX等

虚拟化技术的应用场景

企业需求：部署一百套Nginx WEB服务，要求对外端口为80，要求独立服务器部署

• 传统方案：采购一百台低配硬件物理机，每台物理机部署一套Nginx WEB服务

• 虚拟化方案：采购10台高配硬件物理机，每台物理机虚拟10台虚拟机，每台虚拟机独立部署一套Nginx WEB服务

很明显，第二种方案，从成本、部署难度、维护等方面，第二种都是比第一种好的。

所以，虚拟化的意义：对于硬件设备资源的最大化利用，降低企业各种费用成本，简化后期资源部署和维护，动态满足企业需求，基于虚拟化资源来代替待淘汰的物理资源

云计算技术概念和应用场景

深入剖析Docker虚拟化概念和底层原理

Docker简介

Docker是虚拟化技术的一种，也是目前使用比较多的一种。Go语言开发引擎

Docker利用“集装箱”(容器)的原理，将系统、开发软件包、依赖环境等统一打包到容器中，将整个容器部署至其他的平台或者服务器上。

容器技术：一种虚拟化的方案，和传统的虚拟机(通过中间层"guerst OS"运行服务)不同，Docker直接运行在操作系统之上。因此容器虚拟化也被称之为操作系统虚拟化。Docker容器依赖于Linux内核特性，Namespace和Cgroups，所以只能运行在Linux之上。

官方定义：Docker是一个开元的应用容器引擎，让开发者可以打包他们呢的应用以及依赖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，相互之间没有任何接口(iphone的app也是这样)，几乎没有性能开销；可以很容易在机器和数据中心运行。最重要的是，他们不依赖任何语言，框架甚至系统

Docker虚拟化技术比传统虚拟化技术的优点

假设基于传统虚拟化和Docker虚拟化部署Nginx WEB服务，两种方案部署如下：

• 传统虚拟化：硬件服务器-HostOS-VMM-GuestOS-Nginx WEB服务

• Docker虚拟化：用剑服务器-HostOS-VMM-Nginx WEB服务

传统的虚拟化，不能直接启Nginx WEB，Docker可以直接启动Nginx WEB

如果是传统虚拟化技术，原本只需要很少资源的服务应用，就需要很大的“guestOS“资源来支撑真正的服务

Docker目标

• 提供简单轻量级的建模方式（docker的启动是毫秒级的）

• 职责的逻辑分离：开发人员只需要关注容器中运行的程序，运维人员只需要关注对容器的管理。Docker开发提高了开发程序和部署容器的一致性

• 快速高效的开发声明周期：缩短代码从开发、测试到部署上线的生命周期

• 鼓励使用面向服务的架构：docker推荐单个容器只运行一个应用程序/进程，这样就形成了一个分布式的应用程序模型，避免服务之间的互相影响。实现 高内聚 低耦合

Docker的使用场景

1. 使用Docker容器开发、测试、部署服务。

   docker本身是轻量级的，所以本地开发人员可以构建、运行并分享docker容器，容器可以在开发环境中创建，然后提交到测试，在到生产环境。

2. 创建隔离的运行环境

   在很多企业应用中，同一服务的不同版本可能服务于不同的用户，使用Docker很容易创建不同的环境来运行不同版本的服务

3. 搭建测试环境

   有于Docker的轻量化，所以开发者很容易在本地搭建测试环境，用来测试程序在不同系统下的兼容性，甚至集群式的测试环境。

4. 构建多用户的平台服务(PaaS)基础设施

5. 即同软件即服务(SaaS)应用程序

6. 高性能、超大规模的宿主机部署

Docker的基本组成

Docker基本组成：

1. Docker Client 客户端

2. Docker Daemon 守护进程

3. Docker Image 镜像

4. Docker Container 容器

5. Docker Registry 仓库

• Docker客户端/守护进程：

  docker是C/S架构的程序，docker客户端向服务端发送请求，守护进程处理完所有的工作，并返回处理结果。客户端对服务端的访问，既可以是本地，也可以通过远程

• Docker镜像：

  docker镜像是docker容器的基石。跟ISO镜像类似，静止的模版，用于Docker容器的底层基础文件

  docker镜像是一个层叠的只读文件系统：

  最低端是一个引导文件系统 bootfs

  第二层是rootfs，位于引导文件系统之上，可以是一种或多种操作系统(redhat/ubuntu等)，在docker中，rootfs永远是只读方式，并且利用联合加载技术(union mount)，加载更多的只读文件系统

• Docker容器：

  docker容器通过docker镜像启动，是将Docker镜像运行的实体，是活动的。

  当一个容器启动时，会再docker镜像的最顶层加载一个读写文件系统，docker中运行的程序就是在该层进行运行的，第一次启动是，初始化的读写层是空的，所有的写操作都应用在该层(从只读的底层复制到读写层(写时复制技术))

  Docker镜像和容器的关系，跟程序和进程的关系类似

• Docker仓库：

  存放Docker镜像的地方，一般分为公共仓库和私有仓库，docker公司提供了一个自己的仓库"Docker Hub"

Docker的相关技术

Docker依赖Linux的内核特性有：Cgroup(控制组)和Namespace(命名空间)

• Namespace

命名空间是一种封装的概念，在操作系统层面上，提供了系统资源的隔离，系统资源包括{进程、文件系统、网络等}。Linux实现命名空间的目的：为了实现轻量级虚拟化服务，在不同一命名空间下的进程，彼此毫无关系。

docker使用了五种命名空间：

1. PID 进程隔离

2. NET 管理网络接口

3. IPC 管理进程间通信

4. MNT 管理挂载点，文件系统间的隔离

5. UTS 管理内核和版本标示的隔离

• Cgroup(Control Groups)

Cgroup对隔离的资源进行管理，是一种用来限制、记录，隔离进程组资源的机制。就是为了容器技术而生的。

Cgroup对资源的管理方式：

1. 资源限制 如：对内存的分配上限

2. 优先级设定 如：某个进程优先使用cpu时间片

3. 资源计量 计算进程组使用了多少系统资源，尤其时在记费系统中

4. 资源控制 将进程组挂起或恢复

Docker容器的能力：

• 文件系统隔离：每隔容器都有自己的root文件系统

• 进程隔离：每个容器都运行在自己的进程环境中，互相不影响

• 网络隔离：容器间的虚拟网络接口和IP地址都是分开的

• 资源隔离和分组：使用Cgroups将CPU和内存之类的物理资源独立的分配给每个Docker容器

Docker基础命令使用

部署Docker虚拟化平台内核要求：Linux内核版本：3.8+，推荐内核版本3.10+，对应的Linux发行版：RHEL7.x和CentOS7.x；

部署Docker虚拟化技术，对物理机配置容量没有要求，生产环境尽量使用高配物理机。如：京东线上，64C(CPU)+256G(内存)+2T(分布式部署)，JDOS2.0弹性云。

Docker的安装与配置

部署环境：

OS：RedHat7.3

1. 下载安装Docker软件包

   [root@docker mnt]# yum install docker*
   。。。
   Installing:
    docker-engine          x86_64 1.13.1-1.el7.centos /docker-engine-1.13.1-1.el7.centos.x86_64
                                                                              65 M
    docker-engine-selinux  noarch 1.13.1-1.el7.centos /docker-engine-selinux-1.13.1-1.el7.centos.noarch
                                                                              43 k
   Installing for dependencies:
    audit-libs-python      x86_64 2.6.5-3.el7         rhel7.3                 70 k
    checkpolicy            x86_64 2.5-4.el7           rhel7.3                290 k
    libcgroup              x86_64 0.41-11.el7         rhel7.3                 65 k
    libseccomp             x86_64 2.3.1-2.el7         rhel7.3                 56 k
    libsemanage-python     x86_64 2.5-4.el7           rhel7.3                103 k
    libtool-ltdl           x86_64 2.4.2-21.el7_2      rhel7.3                 49 k
    policycoreutils-python x86_64 2.5-8.el7           rhel7.3                444 k
    python-IPy             noarch 0.75-6.el7          rhel7.3                 32 k
    setools-libs           x86_64 3.3.8-1.1.el7       rhel7.3                610 k
   。。。
   ​
   [root@docker mnt]# rpm -qa | grep docker
   docker-engine-1.13.1-1.el7.centos.x86_64
   docker-engine-selinux-1.13.1-1.el7.centos.noarch

   ​

2. 启动Docker

   
   [root@docker mnt]# systemctl start doceker
   Failed to start doceker.service: Unit not found.
   [root@docker mnt]# systemctl start docker
   [root@docker mnt]# ps -ax | grep docker
   11435 ?        Ssl    0:00 /usr/bin/dockerd
   11438 ?        Ssl    0:00 docker-containerd -l unix:///var/run/docker/libcontainerd/docker-containerd.sock --metrics-interval=0 --start-timeout 2m --state-dir /var/run/docker/libcontainerd/containerd --shim docker-containerd-shim --runtime docker-runc
   11544 pts/0    R+     0:00 grep --color=auto docker
   ​
   [root@docker mnt]# docker version
   Client:
    Version:      1.13.1
    API version:  1.26
    Go version:   go1.7.5
    Git commit:   092cba3
    Built:        Wed Feb  8 06:38:28 2017
    OS/Arch:      linux/amd64
   ​
   Server:
    Version:      1.13.1
    API version:  1.26 (minimum version 1.12)
    Go version:   go1.7.5
    Git commit:   092cba3
    Built:        Wed Feb  8 06:38:28 2017
    OS/Arch:      linux/amd64
    Experimental: false
   ​

   ​

3. 基于Docker引擎启动Nginx容器，并且实现通过物理机wget、curl实现访问

   首先，需要从Docker官网获取Docker镜像，docker search nginx | more

   
   docker search nginx | more
   docker pull docker.io/nginx

   由于国外网站下载速度比较慢，所以可以替换为国内的docker仓库，具体方法：

   [root@docker ~]# cat >/etc/docker/daemon.json << EOF
   {
   "registry-mirrors": ["https://registry.docker-cn.com"]
   }
   EOF
   [root@docker ~]# cat /etc/docker/daemon.json 
   {
   "registry-mirrors": ["https://registry.docker-cn.com"]
   }
   重启Docker服务，这样就可以取下载Docker镜像了

   为什么要为Docker配置国内镜像？？？在正常情况下，docker有一个默认连接的国外官方镜像，在国外的网友访问该官方镜像自然不成问题，但是国内毕竟不是国外，由于国情不同，中国的网络访问国外官方镜像网速一向很慢，而且往往还会遭遇断网的窘境，所以说我们要想正常使用docker的镜像，那么我们就不得不配置相应的国内镜像。

   Docker可以配置的国内镜像有很多可供选择，比如说：阿里云，网易蜂巢，DaoCloud，Docker中国区官方镜像等，这些都是可以提供给大家随意选择的不错的镜像仓库。

Docker容器的基本操作

将本地tar包载入到本地镜像库使用docker load命令

[root@localhost packages]# docker load --input ubuntu.tar 
454970bd163b: Loading layer [==================================================>] 196.8 MB/196.8 MB
38112156678d: Loading layer [==================================================>] 208.9 kB/208.9 kB
4e1f7c524148: Loading layer [==================================================>] 4.608 kB/4.608 kB
56063ad57855: Loading layer [==================================================>] 1.024 kB/1.024 kB
[root@localhost packages]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
ubuntu              latest              07c86167cdc4        2 years ago         188 MB
    

启动容器：

docker run IMAGE [COMMAND] [ARG...]

run 在新容器中执行命令

IMAGE 指定的镜像

COMMAND 命令

ARG 参数

[root@localhost packages]# docker run ubuntu echo "hello world"
hello world

一次启动执行一个命令的容器是docker中最基本的运行方式，docker提供了一个交互式启动容器的方式

docker run -i -t IMAGE /bin/bash

-i 为容器始终打开标准输入

-t 为创建的容器的tty终端

[root@localhost packages]# docker run -it ubuntu /bin/bash
root@855833c3672f:/# echo "hello docker"
hello docker
root@855833c3672f:/# ls
bin  boot  dev  etc  home  lib  lib64  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  usr  var

查看容器：

docker ps [-a] [-l]

-a 列出所有容器

-l 列出最新创建的容器

[root@localhost packages]# docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                CREATED              STATUS                          PORTS               NAMES
855833c3672f        ubuntu              "/bin/bash"            45 seconds ago       Exited (0) 10 seconds ago                           flamboyant_rosalind
797239db86e0        ubuntu              "echo 'hello world'"   About a minute ago   Exited (0) About a minute ago                       flamboyant_khorana
77b29f9efa08        b809f199bbb9        "/bin/bash"            6 minutes ago        Created                                             stoic_leavitt

执行结果参数：

[root@localhost packages]# docker ps -a
CONTAINER ID（docker守护进程在启动容器时为容器分配的唯一ID）
IMAGE（）
COMMAND（）
CREATED（）
STATUS（）
PORTS（）
NAMES（docekr守护进程为容器自动分配的名字）

docker inspect查看容器后面添加容器的唯一ID或者NAMES

docker自定义容器名字

docker run --name=vector_name -i -t ubuntu /bin/bash

[root@localhost packages]# docker run --name=fsx_docker -it ubuntu /bin/bash
root@304d46ba1c87:/# exit
exit
[root@localhost packages]# docker ps -l
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS                     PORTS               NAMES
304d46ba1c87        ubuntu              "/bin/bash"         11 seconds ago      Exited (0) 7 seconds ago                       fsx_docker
​

重新启动已经停止的容器

docker start [-i] vector_name

-i 以交互模式启动

删除容器

仅仅用来删除的容器，不能删除正在用运行的命令

[root@localhost packages]# docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                CREATED             STATUS                     PORTS               NAMES
304d46ba1c87        ubuntu              "/bin/bash"            2 minutes ago       Up 39 seconds                                  fsx_docker
855833c3672f        ubuntu              "/bin/bash"            5 minutes ago       Exited (0) 4 minutes ago                       flamboyant_rosalind
797239db86e0        ubuntu              "echo 'hello world'"   5 minutes ago       Exited (0) 5 minutes ago                       flamboyant_khorana
77b29f9efa08        b809f199bbb9        "/bin/bash"            10 minutes ago      Created                                        stoic_leavitt
[root@localhost packages]# docker rm 855833c3672f
855833c3672f
[root@localhost packages]# docker rm 797239db86e0
797239db86e0
[root@localhost packages]# docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
304d46ba1c87        ubuntu              "/bin/bash"         3 minutes ago       Up About a minute                       fsx_docker
77b29f9efa08        b809f199bbb9        "/bin/bash"         11 minutes ago      Created                                 stoic_leavitt
​

总结

docker load --input 将本地容器仓库的tar包导入成镜像

docker run -it --name 启动一个新的容器

docker ps -a -l 查看容器

docker inspect 查看具体容器的信息

docker start -i 启动已经存在的容器

docker rm 删除一个容器

Docker守护式容器

我们需要一个长期运行的容器提供服务，这就是守护式容器；可以长期运行

docker run -it IMAGE /bin/bash

ctrl+p ctrl+q

[root@localhost packages]# docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
[root@localhost packages]# docker run -it --name=fsx1 ubuntu /bin/bash
root@dcbb80e0404b:/# [root@localhost packages]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
dcbb80e0404b        ubuntu              "/bin/bash"         26 seconds ago      Up 25 seconds                           fsx1
//注意：此时的容器仍是启动状态，就意味着它还在运行

再次进入退出(仍在启动中)的容器（附加到运行中的容器）

docker attach docker_name

[root@localhost packages]# docker attach fsx1
root@dcbb80e0404b:/# 

启动守护式容器

docker run -d IMAGE COMMAND ARG...

-d 在启动容器时，使用后台

这是启动守护式容器最重要的命令

[root@localhost packages]# docker run --name=fsx2 -d ubuntu /bin/bash -c "while true;do echo hello;sleep 1;done"
529cea9c4075854083e1d025f5639055a8cde98d17fe4d6d74a208215d706427
[root@localhost packages]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
529cea9c4075        ubuntu              "/bin/bash -c 'whi..."   5 seconds ago       Up 3 seconds                            fsx2
//容器一直在运行

使用log命令查看容器内部运行状况

docker logs -f -t --tail vector_name

-f 一直跟踪logs，时时更新

-t 在返回结果上加上时间戳

--tail 返回结尾出多少书量的日志，不指定返回全部

[root@localhost packages]# docker logs -f -t --tail 5 fsx2
2018-05-24T03:35:35.642795622Z hello
2018-05-24T03:35:36.643727589Z hello
2018-05-24T03:35:37.644724326Z hello
2018-05-24T03:35:38.645707632Z hello
2018-05-24T03:35:39.646708718Z hello
2018-05-24T03:35:40.647727168Z hello
2018-05-24T03:35:41.648612161Z hello
2018-05-24T03:35:42.649668735Z hello
^C

查看容器内部进程

docker top vector_name

[root@localhost packages]# docker top fsx2
UID                 PID                 PPID                C                   STIME               TTY                 TIME                CMD
root                11775               11758               0                   11:32               ?                   00:00:00            /bin/bash -c while true;do echo hello;sleep 1;done
root                13142               11775               0                   11:37               ?                   00:00:00            sleep 1
​

在docker运行中的容器启动新的进程（docker的理念是一个容器运行一个服务）：

docker exec -d -i -t vector_name COMMAND ARG...

与run命令相似

[root@localhost packages]# docker exec -it fsx2 /bin/bash
root@529cea9c4075:/# echo hello fsx
hello fsx
root@529cea9c4075:/# [root@localhost packages]# docker top fsx2
UID                 PID                 PPID                C                   STIME               TTY                 TIME                CMD
root                11775               11758               0                   11:32               ?                   00:00:00            /bin/bash -c while true;do echo hello;sleep 1;done
root                13440               13423               0                   11:40               pts/5               00:00:00            /bin/bash
root                13475               11775               0                   11:40               ?                   00:00:00            sleep 1
//这里使用ctrl+p ctrl+q

停止守护式容器

docker stop vector_name

docker kill vector_name

stop是发送一个信号给容器，等待停止

kill直接停止容器

[root@localhost packages]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
529cea9c4075        ubuntu              "/bin/bash -c 'whi..."   9 minutes ago       Up 9 minutes                            fsx2
dcbb80e0404b        ubuntu              "/bin/bash"              18 minutes ago      Up 18 minutes                           fsx1
[root@localhost packages]# docker stop fsx1
fsx1
[root@localhost packages]# docker kill fsx2
fsx2

总结

ctrl+p ctrl+q 将交互式容器转到后台

docker run -d 创建一个守护式容器

docker logs 查看容器日志

docker top 查看容器内部进程

docker exec 为运行中的容器启动一个新进程

docker stop/kill 停止一个容器

这里只介绍一些常见的docker命令，及子命令使用；更多信息可以使用docker帮助文件

man docker-run(logs、stop、exec...)