Docker 网络

一、Docker 网络

1.Docker 网络实现原理

（1）Docker使用Linux桥接，在宿主机虚拟一个Docker容器网桥(docker0)，Docker启动一个容器时会根据Docker网桥的网段分配给容器一个IP地址，称为Container-IP，同时Docker网桥是每个容器的默认网关。因为在同一宿主机内的容器都接入同一个网桥，这样容器之间就能够通过容器的 Container-IP 直接通信。

（2）Docker网桥是宿主机虚拟出来的，并不是真实存在的网络设备，外部网络是无法寻址到的，这也意味着外部网络无法直接通过 Container-IP 访问到容器。如果容器希望外部访问能够访问到，可以通过映射容器端口到宿主主机（端口映射），即 docker run 创建容器时候通过 -p 或 -P 参数来启用，访问容器的时候就通过[宿主机IP]:[容器端口]访问容器。

docker run -d --name test1 -P nginx					#随机映射端口（从32768开始）

docker run -d --name test2 -p 43000:80 nginx		#指定映射端口

docker ps -a

（3）测试：浏览器访问：http://192.168.174.15:43000 、http://192.168.174.15:32768

（4）查看容器的输出和日志信息

docker logs 容器的ID/名称

2.Docker 的网络模式

（1）Host：容器将不会虚拟出自己的网卡，配置自己的IP等，而是使用宿主机的IP和端口。

• 相当于Vmware中的桥接模式，与宿主机在同一个网络中，但没有独立IP地址。Docker使用了Linux的Namespaces技术来进行资源隔离，如PID Namespace隔离进程，Mount Namespace隔离文件系统，Network Namespace隔离网络等。
• 一个Network Namespace提供了一份独立的网络环境，包括网卡、路由、iptable规则等都与其他的Network Namespace隔离。 一个Docker容器一般会分配一个独立的Network Namespace。 但如果启动容器的时候使用host模式，那么这个容器将不会获得一个独立的Network Namespace， 而是和宿主机共用一个Network Namespace。容器将不会虚拟出自己的网卡、配置自己的IP等，而是使用宿主机的IP和端口。

（2）Container：创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的IP，而是和一个指定的容器共享IP、端口范围。

• 在理解了host模式后，这个模式也就好理解了。这个模式指定新创建的容器和已经存在的一个容器共享一个Network Namespace，而不是和宿主机共享。新创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的IP，而是和一个指定的容器共享IP、端口范围等。同样，两个容器除了网络方面，其他的如文件系统、进程列表等还是隔离的。两个容器的进程可以通过lo网卡设备通信。

（3）None：该模式关闭了容器的网络功能。

• 使用none模式，Docker容器拥有自己的Network Namespace，但是，并不为Docker容器进行任何网络配置。 也就是说，这个Docker容器没有网卡、IP、路由等信息。这种网络模式下容器只有lo回环网络，没有其他网卡。这种类型的网络没有办法联网，封闭的网络能很好的保证容器的安全性。

（4）Bridge：默认为该模式，此模式会为每一个容器分配、设置IP等，并将容器连接到一个docker0虚拟网桥，通过docker0网桥以及iptables nat 表配置与宿主机通信。

• bridge模式是docker的默认网络模式，不用–net参数，就是bridge模式。相当于Vmware中的 nat 模式，容器使用独立network Namespace，并连接到docker0虚拟网卡。通过docker0网桥以及iptables nat表配置与宿主机通信，此模式会为每一个容器分配Network Namespace、设置IP等，并将一个主机上的 Docker 容器连接到一个虚拟网桥上。
• • 当Docker进程启动时，会在主机上创建一个名为docker0的虚拟网桥，此主机上启动的Docker容器会连接到这个虚拟网桥上。虚拟网桥的工作方式和物理交换机类似，这样主机上的所有容器就通过交换机连在了一个二层网络中。
  • 从docker0子网中分配一个IP给容器使用，并设置docker0的IP地址为容器的默认网关。在主机上创建一对虚拟网卡veth pair设备。veth设备总是成对出现的，它们组成了一个数据的通道，数据从一个设备进入，就会从另一个设备出来。因此，veth设备常用来连接两个网络设备。
  • Docker将 veth pair 设备的一端放在新创建的容器中，并命名为 eth0（容器的网卡），另一端放在主机中， 以 * 这样类似的名字命名，并将这个网络设备加入到 docker0 网桥中。可以通过 brctl show 命令查看。veth
  • 使用 docker run -p 时，docker实际是在iptables做了DNAT规则，实现端口转发功能。可以使用iptables -t nat -vnL 查看。

（5）自定义网络：直接使用bridge模式，是无法支持指定IP运行docker的，例如执行以下命令就会报错

docker run -itd --name test3 --network bridge --ip 172.17.0.10 centos:7 /bin/bash

• 创建自定义网络，可以先自定义网络，再使用指定IP运行docker

docker network create --subnet=172.18.0.0/16 --opt "com.docker.network.bridge.name"="docker3"  mynetwork

• docker3 为执行 ifconfig -a 命令时，显示的网卡名，如果不使用 --opt 参数指定此名称，那你在使用 ifconfig -a 命令查看网络信息时，看到的是类似 br-110eb56a0b22 这样的名字，这显然不怎么好记。

• mynetwork 为执行 docker network list 命令时，显示的bridge网络模式名称。

docker run -itd --name test4 --net mynetwork --ip 172.18.0.10 centos:7 /bin/bash

（6）查看docker网络列表：docker network ls或docker network list

docker network ls 
NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
a62f9a8ecb5d   bridge    bridge    local
0c9e4ea529a1   host      host      local
7ebdc4a45e2a   none      null      local
docker run -itd --name docker1 centos:7 /bin/bash  #--name 选项可以给容器创建一个自定义名称
673319d6ca5c208bfbe528a004230f94ccc6289c53a17704af17e777193d9f2f
docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE      COMMAND                   CREATED          STATUS          PORTS                                     NAMES
673319d6ca5c   centos:7   "/bin/bash"               34 seconds ago   Up 33 seconds                                             docker1
177c42e168f2   nginx      "/docker-entrypoint.…"   18 minutes ago   Up 18 minutes   0.0.0.0:43000->80/tcp, :::43000->80/tcp   test2
e4875cd088d4   nginx      "/docker-entrypoint.…"   21 minutes ago   Up 21 minutes   0.0.0.0:32768->80/tcp, :::32768->80/tcp   test1
docker run -itd --name docker2 --net=container:673319d6ca5c centos:7 /bin/bash
d60f0275abd22c479f2df0d9e51fe9afc11133a3f3e60f5ca0a1f8f2054c63ac
docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE      COMMAND                   CREATED          STATUS          PORTS                                     NAMES
d60f0275abd2   centos:7   "/bin/bash"               3 seconds ago    Up 2 seconds                                              docker2
673319d6ca5c   centos:7   "/bin/bash"               7 minutes ago    Up 7 minutes                                              docker1
177c42e168f2   nginx      "/docker-entrypoint.…"   26 minutes ago   Up 26 minutes   0.0.0.0:43000->80/tcp, :::43000->80/tcp   test2
e4875cd088d4   nginx      "/docker-entrypoint.…"   28 minutes ago   Up 28 minutes   0.0.0.0:32768->80/tcp, :::32768->80/tcp   test1
docker inspect -f '{{.State.Pid}}' d60f0275abd2
2659
ls -l /proc/2659/ns			#查看可以发现两个容器的 net namespace 编号相同

3.使用docker run创建Docker容器时，可以用 --net 或 --network 选项指定容器的网络模式

（1）host模式：使用 --net=host 指定。

（2）none模式：使用 --net=none 指定。

（3）container模式：使用 --net=container:NAME_or_ID 指定。

（4）bridge模式：使用 --net=bridge 指定，默认设置，可省略。

二、资源控制

1.CPU 资源控制

（1）cgroups，是一个非常强大的linux内核工具，他不仅可以限制被 namespace 隔离起来的资源， 还可以为资源设置权重、计算使用量、操控进程启停等等。 所以 cgroups（Control groups）实现了对资源的配额和度量。

（2）cgroups有四大功能：

• 资源限制：可以对任务使用的资源总额进行限制
• 优先级分配：通过分配的cpu时间片数量以及磁盘IO带宽大小，实际上相当于控制了任务运行优先级
• 资源统计：可以统计系统的资源使用量，如cpu时长，内存用量等
• 任务控制：cgroup可以对任务执行挂起、恢复等操作

2.设置CPU使用率上限

（1）Linux通过CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）来调度各个进程对CPU的使用。CFS默认的调度周期是100ms。
我们可以设置每个容器进程的调度周期，以及在这个周期内各个容器最多能使用多少 CPU 时间。

（2）使用 --cpu-period 即可设置调度周期，使用 --cpu-quota 即可设置在每个周期内容器能使用的CPU时间。两者可以配合使用。
CFS 周期的有效范围是 1ms~1s，对应的 --cpu-period 的数值范围是 1000~1000000。 周期100毫秒
而容器的 CPU 配额必须不小于 1ms，即 --cpu-quota 的值必须 >= 1000。

docker run -itd --name test5 centos:7 /bin/bash

docker ps -a
CONTAINER ID   IMAGE      COMMAND                   CREATED          STATUS          PORTS                                     NAMES
87d460304b7a   centos:7   "/bin/bash"               3 seconds ago    Up 2 seconds                                              test5


cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/87d460304b7ace564b98141ea9e4d857c544e9ad16fad99ebe998ea57227e895/
cat cpu.cfs_quota_us 
-1

cat cpu.cfs_period_us 

100000

#cpu.cfs_period_us：cpu分配的周期(微秒，所以文件名中用 us 表示），默认为100000。

#cpu.cfs_quota_us：表示该cgroups限制占用的时间（微秒），默认为-1，表示不限制。 如果设为50000，表示占用50000/100000=50%的CPU。

3.进行CPU压力测试

docker exec -it 87d460304b7a /bin/bash
vi /cpu.sh
#!/bin/bash
i=0
while true
do
let i++
done

chmod +x /cpu.sh
./cpu.sh

top					#可以看到这个脚本占了很多的cpu资源

4.设置50%的比例分配CPU使用时间上限

docker run -itd --name test6 --cpu-quota 50000 centos:7 /bin/bash	#可以重新创建一个容器并设置限额
或者
cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/3ed82355f81151c4568aaa6e7bc60ba6984201c119125360924bf7dfd6eaa42b/
echo 50000 > cpu.cfs_quota_us
docker exec -it 3ed82355f811 /bin/bash
./cpu.sh

top					#可以看到cpu占用率接近50%，cgroups对cpu的控制起了效果

（1）设置CPU资源占用比（设置多个容器时才有效）
Docker 通过 --cpu-shares 指定 CPU 份额，默认值为1024，值为1024的倍数。

• 创建两个容器为 c1 和 c2，若只有这两个容器，设置容器的权重，使得c1和c2的CPU资源占比为1/3和2/3。

  docker run -itd --name c1 --cpu-shares 512 centos:7	
  docker run -itd --name c2 --cpu-shares 1024 centos:7
  docker ps -a
  CONTAINER ID   IMAGE      COMMAND                   CREATED             STATUS             PORTS                                     NAMES
  82ccc91f0a2c   centos:7   "/bin/bash"               16 minutes ago      Up 16 minutes                                                c2
  cb25b18365f0   centos:7   "/bin/bash"               16 minutes ago      Up 16 minutes                                                c1
  

• 分别进入容器，进行压力测试

  docker exec -it 82ccc91f0a2c /bin/bash
  yum install -y epel-release
  yum install -y stress
  stress -c 4				#产生四个进程，每个进程都反复不停的计算随机数的平方根
  

• 查看容器运行状态（动态更新）

  docker stats
  

5.设置容器绑定指定的CPU

（1）先分配虚拟机4个CPU核数

docker run -itd --name test7 --cpuset-cpus 1,3 centos:7 /bin/bash

（2）进入容器，进行压力测试

yum install -y epel-release
yum install stress -y
stress -c 4

（3）退出容器，执行 top 命令再按 1 查看CPU使用情况。

6.对内存使用的限制

//-m(--memory=) 选项用于限制容器可以使用的最大内存
docker run -itd --name test8 -m 512m centos:7 /bin/bash

docker stats

//限制可用的 swap 大小， --memory-swap
强调一下，--memory-swap 是必须要与 --memory 一起使用的。

正常情况下，--memory-swap 的值包含容器可用内存和可用 swap。
所以 -m 300m --memory-swap=1g 的含义为：容器可以使用 300M 的物理内存，并且可以使用 700M（1G - 300）的 swap。

如果 --memory-swap 设置为 0 或者 不设置，则容器可以使用的 swap 大小为 -m 值的两倍。
如果 --memory-swap 的值和 -m 值相同，则容器不能使用 swap。
如果 --memory-swap 值为 -1，它表示容器程序使用的内存受限，而可以使用的 swap 空间使用不受限制（宿主机有多少 swap 容器就可以使用多少）。

7.对磁盘IO配额控制（blkio）的限制

–device-read-bps：限制某个设备上的读速度bps（数据量），单位可以是kb、mb(M)或者gb。
例：docker run -itd --name test9 --device-read-bps /dev/sda:1M centos:7 /bin/bash

–device-write-bps ： 限制某个设备上的写速度bps（数据量），单位可以是kb、mb(M)或者gb。
例：docker run -itd --name test10 --device-write-bps /dev/sda:1mb centos:7 /bin/bash

–device-read-iops ：限制读某个设备的iops（次数）

–device-write-iops ：限制写入某个设备的iops（次数）

（1）创建容器，并限制写速度

docker run -it --name test10 --device-write-bps /dev/sda:1MB centos:7 /bin/bash

（2）通过dd来验证写速度

dd if=/dev/zero of=test.out bs=1M count=10 oflag=direct				#添加oflag参数以规避掉文件系统cache
10+0 records in
10+0 records out
10485760 bytes (10 MB) copied, 10.0025 s, 1.0 MB/s

（3）清理docker占用的磁盘空间

docker system prune -a			#可以用于清理磁盘，删除关闭的容器、无用的数据卷和网络

三、总结

Docker网络和资源控制的使用对于Docker容器的部署和管理非常重要。以下是它们的主要使用总结：

1.Docker网络

Docker提供了不同的网络模型，包括Bridge、Host和Overlay等，以实现容器的网络互通。可以使用以下命令创建和管理Docker网络：

• docker network create：创建自定义的Docker网络；
• docker network ls：列出所有可用的Docker网络；
• docker network inspect：查看特定Docker网络的详细信息；
• docker network connect：将容器连接到指定的Docker网络；
• docker network disconnect：将容器从指定的Docker网络断开连接。

2.资源控制

Docker提供了多种资源控制选项，包括CPU、内存、磁盘IO和网络带宽等。可以使用以下命令进行资源控制：

• docker update：更新正在运行的容器的资源限制；
• docker run --cpus：限制容器使用的CPU数量；
• docker run -m：限制容器使用的内存数量；
• docker run --read-only：使用只读文件系统限制容器对文件的访问权限；
• docker run --device：限制容器对主机设备的访问权限。