Docker入门指南

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之前曾经翻译过很多Docker入门介绍的文章,之所以再翻译这篇,是因为Anders的角度很独特,思路也很调理。你也可以看下作者的演讲稿《Docker, DevOps的未来》。本文介绍了Docker的一些基本概念、诱人的特性、Docker的工作原理、日常管理基本操作,以及一些Docker的问题的解决方案。

docker.png

什么是Docker,你应该知道些什么?

相比很多人的解释,我相信说Docker是一个轻量级的虚拟机更容易理解。另外一种解释是:Docker就是操作系统中的chroot。如果你不知道chroot是什么的话,后一种解释可能无法帮助你理解什么是Docker。

chroot是一种操作,能改变当前运行的进程和子进程的根目录。 程序运行在这样的一个被修改的环境中,它不能访问这个环境目录树之外的文件和命令,这个被修改的环境就是“chroot牢笼”。

— Arch Linux 的 wiki 中对 chroot 的解释

虚拟机 vs. Docker

下面这张图描述了虚拟机和Docker之间的差异。 在VM中,宿主OS上是hypervisor(虚拟机监视器), 最上层是客户机操作系统,而Docker则使用Docker引擎和容器。 这样解释你能理解吗? Docker引擎和hypervisor之间的区别又是什么呢?你可以列出运行在宿主OS上的进程来理解它们的区别。

vm-vs-docker.png

下面这个简单的进程树可以看出它们的差异。虽然虚拟机中运行了很多进程,但是运行虚拟机的宿主机上却只有一个进程。

# Running processes on Host for a VM
$ pstree VM

-+= /VirtualBox.app
|--= coreos-vagrant

而运行Docker引擎的主机上则可以看到所有的进程。 容器进程是运行在宿主OS上的!,他们可以通过普通的pskill等命令进行检查和维护。

# Docker在主机中的进程
$ pstree docker

-+= /docker
|--= /bin/sh
|--= node server.js
|--= go run app
|--= ruby server.rb
...
|--= /bin/bash

所有的东西都是透明的, 意味着什么呢?意味着Docker容器比虚拟机更小,更快,更容易与其它东西集成。如下图所示。

vm-vs-docker-table.png

安装CoreOS的小型虚拟机居然有1.2GB, 而装上busybox的小型容器只有2.5MB。最快的虚拟机启动时间也是分钟级的,而容器的启动时间通常不到一秒。在同一宿主机上安装虚拟机需要正确的设置网络, 而安装Docker非常简单。

这么来看,容器是轻量、快速并且易集成,但这并不是它的全部!

Docker 是一份合约

Docker还是开发者和运维之间的“合约”。 开发和运维在选择工具和环境时的姿态通常差别很大。开发者想要使用一些闪亮的新东西,比如Node.js、Rust、Go、微服务、Cassandra、Hadoop、blablabla………而运维则倾向于使用以往用过的工具,因为事实证明那些旧的工具很有效。

但这恰恰是Docker的亮点, 运维喜欢它,因为Docker让他们只要关心一件事: 部署容器, 而开发者也一样很开心,只要写好代码,然后往容器里一扔,剩下的交给运维就完事了。

devs-loves-ops.png

不过别急,这还没完。运维还能帮助开发者构建优化好的容器以便用于本地开发。

更好的资源利用

很多年前,那时候还没有虚拟化,当我们需要创建一个新服务时,我们必须申请实际的物理机硬件。 这可能要花上数月,依赖于公司的流程。一旦服务器到位,我们创建好服务,很多时候它并没有像我们希望的那样成功,因为服务器的CPU使用率只有5%。 太奢侈了。

接着,虚拟化来了。它可以在几分钟之内把一台机器运转起来,还可以在同一硬件上运行多个虚拟机,资源使用率就不只5%了。但是,我们还需要给每个服务分配一个虚拟机,因此我们还是不能如愿的使用这台机器。

容器化是演化进程的下一步。容器可以在几秒之内创建起来,而且还能以比虚拟机更小的粒度进行部署。

依赖

matrix-from-hell.jpg

Docker启动速度真的很酷。 但是,我们为什么不把所有的都服务部署到同一台机器上呢? 原因很简单:依赖的问题。在同一台机器上安装多个独立的服务,不管是真是机器还是虚拟机都是一场灾难。用Docker公司的说法是:地狱一样的矩阵依赖。

而Docker通过在容器中保留依赖关系解决了矩阵依赖的问题。

速度

roadrunner.gif

快当然不错,但是能快100倍就太不可思议了。速度让很多事情成为可能,增加了更多新的可能性。比如,现在可以快速创建新的环境,如果需要从Clojure开发环境完整的切换到Go语言吗?启动一个容器吧。需要为集成和性能测试提供生产环境DB ?启动一个容器吧! 需要从Apache切换整个生产环境到Nginx?启动容器吧!

Docker是怎么工作的?

Docker是一个Client-Server结构的系统,Docker守护进程运行在主机上, 然后通过Socket连接从客户端访问, 客户端和守护进程也可以运行再同一主机上,但这不是必须的。Docker命令行客户端也是类似的工作方式,但它通常通过Unix域套接字而不是TCP套接字连接。

守护进程从客户端接受命令并管理运行在主机上的容器。

client-server.png

Docker 概念及相互作用

  • 主机, 运行容器的机器。
  • 镜像,文件的层次结构,以及包含如何运行容器的元数据
  • 容器,一个从镜像中启动,包含正在运行的程序的进程
  • Registry, 镜像仓库
  • 卷,容器外的存储
  • Dockerfile, 用于创建镜像的脚本
    docker-interactions.png

    我们可以通过Dockerfile来构建镜像, 还可以通过commit一个运行的容器来创建一个镜像,这个镜像可以会被标记,可以推到Registry或者从Registry上拉下来,可以通过创建或者运行镜像的方式来启动容器,可以被stop,也可以通过rm来移除它。

    镜像

    镜像是一种文件结构,包含如何运行容器的元数据。Dockerfile中的每条命令都会在文件系统中创建一个新的层次结构,文件系统在这些层次上构建起来,镜像就构建于这些联合的文件系统之上。

    docker-image.png

    当容器启动后,所有镜像都会统一合并到一个进程中。 联合文件系统中的文件被删除时, 它们只是被标记为已删除,但实际上仍然存在。

    # Commands for interacting with images
    $ docker images  # 查看所有镜像.
    $ docker import  # 从tarball创建镜像
    $ docker build   # 通过Dockerfile创建镜像
    $ docker commit  # 从容器中创建镜像
    $ docker rmi     # 删除镜像
    $ docker history # 列出镜像的变更历史
    

    镜像大小

    这是一些经常使用的镜像相关的数据:

  • scratch – 基础镜像, 0个文件,大小为0
  • busybox – 最小Unix系统,2.5MB,10000个文件
  • debian:jessie – Debian最新版, 122MB, 18000 个文件
  • ubuntu:14.04 – 188MB,23000 个文件

创建镜像

可以通过docker commit container-iddocker import url-to-tar或者docker build -f Dockerfile .来创建镜像。
先看commit的方式:

# 通过commit的方式来创建镜像
$ docker run -i -t debian:jessie bash
root@e6c7d21960:/# apt-get update
root@e6c7d21960:/# apt-get install postgresql
root@e6c7d21960:/# apt-get install node
root@e6c7d21960:/# node --version
root@e6c7d21960:/# curl https://iojs.org/dist/v1.2.0/iojs-v1.2.0-
linux-x64.tar.gz -o iojs.tgz
root@e6c7d21960:/# tar xzf iojs.tgz
root@e6c7d21960:/# ls
root@e6c7d21960:/# cd iojs-v1.2.0-linux-x64/
root@e6c7d21960:/# ls
root@e6c7d21960:/# cp -r * /usr/local/
root@e6c7d21960:/# iojs --version
1.2.0
root@e6c7d21960:/# exit
$ docker ps -l -q
e6c7d21960
$ docker commit e6c7d21960 postgres-iojs
daeb0b76283eac2e0c7f7504bdde2d49c721a1b03a50f750ea9982464cfccb1e

从上面可以看出,我们可以通过docker commit来创建镜像,但是这种方式有点凌乱而且很难复制, 更好的方式是通过Dockerfile来构建镜像,因为它步骤清晰并且容易复制:

FROM debian:jessie
# Dockerfile for postgres-iojs

RUN apt-get update
RUN apt-get install postgresql
RUN curl https://iojs.org/dist/iojs-v1.2.0.tgz -o iojs.tgz
RUN tar xzf iojs.tgz
RUN cp -r iojs-v1.2.0-linux-x64/* /usr/local

然后用下面的命令来构建:

$ docker build -tag postgres-iojs .

Dockerfile中的每一个命令都创建了新版的layer,通常把类似的命令放在一起,通过&&和续行符号把命令组合起来:

FROM debian:jessie
# Dockerfile for postgres-iojs

RUN apt-get update && \
  apt-get install postgresql && \
  curl https://iojs.org/dist/iojs-v1.2.0.tgz -o iojs.tgz && \
  tar xzf iojs.tgz && \
  cp -r iojs-v1.2.0-linux-x64/* /usr/local

这些行中命令的顺序很重要,因为Docker为了加速镜像的构建,会缓存中间的镜像。 组织Dockerfile的顺序时,注意把经常变化的行放在文件的底部,当缓存中相关的文件改变时,镜像会重新运行,即使Dockerfile中的行没有发生变化也是如此。

Dockerfile 中的命令

Dockerfile 支持13个命令, 其中一些命令用于构建镜像,另外一些用于从镜像中运行容器,这是一个关于命令什么时候被用到的表格:

dockerfile-commands.png

BUILD 命令:

  • FROM – 新镜像是基于哪个镜像的
  • MAINTAINER – 镜像维护者的姓名和邮箱地址
  • COPY – 拷贝文件和目录到镜像中
  • ADD – 同COPY一样,但会自动处理URL和解压tarball压缩包
  • RUN – 在容器中运行一个命令, 比如:apt-get install
  • ONBUILD – 当构建一个被继承的Dockerfile时运行命令
  • .dockerignore – 不是一个命令, 但它能控制什么文件被加入到构建的上下文中,构建镜像时应该包含.git以及其它的不需要的文件。

RUN 命令:

  • CMD – 运行容器时的默认命令,可以被命令行参数覆盖
  • ENV – 设置容器内的环境变量
  • EXPOSE – 从容器中暴露出端口, 必须显式的通过在主机上的RUN命令带上-p或者-P来暴露端口
  • VOLUME – 指定一个在文件系统之后的存储目录。如果不是通过docker run -v设置的, 那么将被创建为/var/lib/docker/volumes
  • ENTRYPOINT – 指定一个命令不会被docker run image cmd命令覆盖。常用于提供一个默认的可执行程序并使用命令作为参数。

BUILD, RUN命令都有的命令:

  • USER – 为RUN、CMD、ENTRYPOINT命令设置用户
  • WORKDIR – 为RUN、CMD、ENTRYPOINT、ADD、COPY命令设置工作目录
    docker-image.png

运行的容器

容器启动后,进程在它可以运行的联合文件系统中获得了新的可写层。

从1.5版本起,它还可以让最顶层的layer设置为只读,强制我们为所有文件输出(如日志、临时文件)使用卷。

# 用于与容器交互的命令
$ docker create  # 创建一个容器,但不启动它
$ docker run     #  创建并启动一个容器
$ docker stop    # 停止容器
$ docker start   #  启动容器
$ docker restart # 重启容器
$ docker rm      # 删除容器
$ docker kill    #  给容器发送kill信号
$ docker attach  # 连接到正在运行的容器中
$ docker wait    # 阻塞直到容器停止为止
$ docker exec    # 在运行的容器中执行一条命令

docker run

如上所述, docker run是用户启动新容器的命令, 这里是一些通用的运行容器的方法:

container.png
# 交互式运行容器
$ docker run -it --rm ubuntu

这是一个可以让你像普通的终端程序一样交互式的运行容器的方法, 如果你想把管道输出到容器中,可以使用-t选项。

  • –interactive (-i) – 将标淮输入发送给进程
  • -tty (-t) – 告诉进程有终端连接。 这个功能会影响程序的输出和它如何处理Ctrx-C等信号。
  • –rm – 退出时删除镜像。
    # 后台运行容器
    $ docker run -d hadoop
    

    docker run -env

    # 运行一个命名容器并给它传一些环境变量
    $ docker run \
    --name mydb \
    --env MYSQL_USER=db-user \
    -e MYSQL_PASSWORD=secret \
    --env-file ./mysql.env \
    mysql
    
  • –name – 给容器命名, 否则它是一个随机容器
  • –env (-e)- 设置容器中的环境变量
  • –env-file – 从env-file中引入所有环境变量(同Linux下的source env-file 功能)
  • mysql – 指定镜像名为 mysql:lastest

docker run -publish

# 发布容器的80端口到主机上的随机端口
$ docker run -p 80 nginx

# 发布容器端口80和主机上的8080端口
$ docker run -p 8080:80 nginx

# 发布容器80端口到主机127.0.0.0.1的8080端口
$ docker run -p 127.0.0.1:8080:80 nginx

# 发布所有容器中暴露的端口到主机的随机端口上
$ docker run -P nginx

nginx 镜像,比如暴露出80和443端口。

FROM debian:wheezy
  MAINTAINER NGINX "docker-maint@nginx.com"

 EXPOSE 80 443

docker run –link

# 启动postgres容器,给它起名为mydb
$ docker run --name mydb postgres

# 把mydb 链接到 myqpp 的db
$ docker run --link mydb:db myapp

连接容器需要设置容器到被连接的容器之间的网络,有两件事要做:

  • 通过容器的连接名,更新 /etc/hosts 。 在上面的例子中,连接名是db, 可以方便的通过名字db来访问容器。
  • 为暴露的端口设置环境变量。这个好像没啥实际用处,你也可以通过 主机名:端口的形式访问对应的端口。

docker run limits

还可以通过run limits来限制容器可以使用的主机资源

# 限制内存大小
$ docker run -m 256m yourapp

# 限制进程可以使用的cpu份数(cpu shares)(总CPU份数为1024)
$ docker run --cpu-shares 512 mypp

# 改变运行进程的用户为www,而不是root(出于安全考虑)
$ docker run -u=www nginx

设置CPU份数为1024中的512份并不意味着可以使用一半的CPU资源,这意味着在一个无任何限制的容器中,它最多可以使用一半的份数。比如我们有两个有1024份的容器,和一个512份的容器(1024:1024:512) ,那么512份的那个容器,就只能得到1/5的总CPU份数

docker exec container

docker exec 允许我们在已经运行的容器内部执行命令,这点在debug的时候很有用。

# 使用id 6f2c42c0在容器内部运行shell
$ docker exec -it 6f2c42c0 sh

volumes.png

卷提供容器外的持久存储。 这意味着如果你提交了新的镜像,数据将不会被保存。

# Start a new nginx container with /var/log as a volume
$ docker run  -v /var/log nginx

如果目录不存在,则会被自动创建为:/var/lib/docker/valumes/ec3c543bc..535

实际的目录名可以通过命令:docker inspect container-id 找到。

# 启动新的nginx容器,设置/var/log为卷,并映射到主机的/tmp目录下
$ docker run -v /tmp:/var/log nginx

还可以使用--valumes-from选项从别的容器中挂载卷。

# 启动容器db
$ docker run -v /var/lib/postgresql/data --name mydb postgres

# 启动backup容器,从mydb容器中挂载卷
$ docker run --volumes-from mydb backup

Docker Registry

Docker Hub是Docker的官方镜像仓库,支持私有库和共有库,仓库可以被标记为官方仓库,意味着它由该项目的维护者(或跟它有关的人)策划。

Docker Hub 还支持自动化构建来自Github和Bitbucket的项目,如果启用自动构建功能,那么每次你提交代码到代码库都会自动构建镜像。

即使你不想用自动构建,你还是可以直接docker push到Docker Hub,Docker pull则会拉取镜像下来。docker run 一个本地不存在的镜像,则会自动开始docker pull操作。

你也可以在任意地方托管镜像,官方有Registry的开源项目,但是,还有很多Bug。

此外,Quay、Tutum和Google 还提供私有镜像托管服务。

检查容器

检查容器的命令有一大把:

$ docker ps      # 显示运行的容器
$ docker inspect # 显示容器信息(包括ip地址)
$ docker logs    # 获取容器中的日志
$ docker events  # 获取容器事件
$ docker port    # 显示容器的公开端口
$ docker top     # 显示容器中运行的进程
$ docker diff    # 查看容器文件系统中改变的文件
$ docker stats   # 查看各种纬度数据、内存、CPU、文件系统等

下面详细讲一下docker psdocker inspect,这两个命令最常用了。

# 列出所有容器,包括已停止的。
$ docker ps --all
CONTAINER ID   IMAGE            COMMAND    NAMES
9923ad197b65   busybox:latest   "sh"       romantic_fermat
fe7f682cf546   debian:jessie    "bash"     silly_bartik
09c707e2ec07   scratch:latest   "ls"       suspicious_perlman
b15c5c553202   mongo:2.6.7      "/entrypo  some-mongo
fbe1f24d7df8   busybox:latest   "true"     db_data


# Inspect the container named silly_bartik
# Output is shortened for brevity.
$ docker inspect silly_bartik
    1 [{
    2     "Args": [
    3         "-c",
    4         "/usr/local/bin/confd-watch.sh"
    5     ],
    6     "Config": {
   10         "Hostname": "3c012df7bab9",
   11         "Image": "andersjanmyr/nginx-confd:development",
   12     },
   13     "Id": "3c012df7bab977a194199f1",
   14     "Image": "d3bd1f07cae1bd624e2e",
   15     "NetworkSettings": {
       16         "IPAddress": "",
   18         "Ports": null
   19     },
   20     "Volumes": {},
   22 }]

技巧花招

获取容器id。写脚本时很有用。

# Get the id (-q) of the last (-l) run container
# 获取最后(-l)一个启动的容器id(-q)
$ docker ps -l -q
c8044ab1a3d0

docker inspect可以带格式化的字符串—-Go语言模板作为参数,详细描述所需的数据。写脚本时同时有用。

$ docker inspect -f '{{ .NetworkSettings.IPAddress }}' 6f2c42c05500
172.17.0.11

使用docker exec来跟运行中的容器进行交互。

# 获取容器环境变量
$ docker exec -it 6f2c42c05500 env

PATH=/usr/local/sbin:/usr...
HOSTNAME=6f2c42c05500
REDIS_1_PORT=tcp://172.17.0.9:6379
REDIS_1_PORT_6379_TCP=tcp://172.17.0.9:6379
...

通过卷来避免每次运行时都重建镜像, 下面是一个Dockerfile,每次构建时,会拷贝当前目录到容器中。

1 FROM dockerfile/nodejs:latest
  2
  3 MAINTAINER Anders Janmyr "anders@janmyr.com"
  4 RUN apt-get update && \
  5   apt-get install zlib1g-dev && \
  6   npm install -g pm2 && \
  7   mkdir -p /srv/app
  8
  9 WORKDIR /srv/app
 10 COPY . /srv/app
 11
 12 CMD pm2 start app.js -x -i 1 && pm2 logs
 13

构建并运行镜像:

$ docker build -t myapp .
$ docker run -it --rm myapp

为避免重建,创建一次性镜像并在运行时挂载本地目录。

安全

security.jpg

大家可能听说过使用Docker不那么安全。这不是假话,但这不成问题。

目前Docker存在以下安全问题:

  • 镜像签名未被正确的核淮。
  • 如果你在容器中拥有root权限,那你潜在的拥有对真个主机的root权限。

安全解决办法:

  • 从你的私有仓库中使用受信任的镜像
  • 尽量不要以root运行容器
  • 把容器中的root当作是主机上的root? 还是把容器的根目录设置为容器内的根目录 ?

如果服务器上所有的容器都是你的,那你不需要担心他们之间会有危险的交互。

“选择”容器

我给选择两字加了引号, 因为目前根本没有任何别的选择, 但是很多容器爱好者想玩玩,比如Ubuntu的LXD、微软的Drawbridge,还有Rocket

Rocket由CoreOS开发,CoreOS是一个很大的容器平台。 他们开发Rocket的理由是觉得Docker公司让Docker变得臃肿,并且还和CoreOS有业务冲突。

他们在这个新的容器中,尝试移除那些因为历史原因而留下来的Docker瑕疵。并通过socket activation提供简单的容器和彻底的安全构建。

container-options.png

编排

当我们把应用程序拆开到多个不同的容器中时,会产生一些新的问题。怎么让不同的部分进行通信呢? 这些容器在单个主机上怎么办? 多个主机上又是怎么处理?

单个主机上,Docker通过连接来解决编排的问题。

为简化容器的链接操作,Docker提供了一个叫docker-compose的工具。(以前它叫fig, 由另一家公司开发,然后最近Docker收购了他们)

docker-compose

fig.png

docker-compose在单个docker-compose.yml文件中声明多个容器的信息。来看一个例子,管理web和redis两个容器的配置文件:

1 web:
  2   build: .
  3   command: python app.py
  4   ports:
  5    - "5000:5000"
  6   volumes:
  7    - .:/code
  8   links:
  9    - redis
 10 redis:
 11   image: redis

启动上述容器,可以使用docker-compose up命令

$ docker-compose up
  Pulling image orchardup/redis...
  Building web...
  Starting figtest_redis_1...
  Starting figtest_web_1...
  redis_1 | [8] 02 Jan 18:43:35.576 # Server
  started, Redis version 2.8.3
  web_1   |  * Running on http://0.0.0.0:5000/

也可以通过detached模式(detached mode)启动: docker-compose up -d,然后可以通过docker-compose ps查看容器中跑了啥东西:

$ docker-compose up -d
Starting figtest_redis_1...
Starting figtest_web_1...
$ docker-compose ps
Name              Command                    State   Ports
------------------------------------------------------------
figtest_redis_1   /usr/local/bin/run         Up
figtest_web_1     /bin/sh -c python app.py   Up      5000->5000

还可以同时让命令在一个容器或者多个容器中同时工作。

# 从web容器中获取环境变量
$ docker-compose run web env

# 扩展到多个容器中(Scale to multiple containers)
$ docker-compose scale web=3 redis=2

# 从所有容器中返回日志信息
$ docker-compose logs

从以上命令可以看出,扩展很容易,不过应用程序必须写成支持处理多个容器的方式。在容器外,不支持负载均衡。

Docker托管

很多公司想做在云中托管Docker的生意,如下图。

docker-hosting-providers.png

这些提供商尝试解决不同的问题, 从简单的托管到做”云操作系统”。其中有两家比较有前景:

CoreOS

如上图所示,CoreOS是可以在CoreOS集群中托管多个容器的一系列服务的集合:

core-os.png
  • CoreOS Linux发行版是裁剪的Linux,在初次启动时使用114MB的RAM,没有包管理器, 使用Docker或者它自己的Rocket运行一切程序。
  • CoreOS 使用Docker(或Rocket)在主机上安装应用。
  • 使用systemd作为init服务,它的性能超级好,还能很好的处理启动依赖关系, 强大的日志系统,还支持socket-activation。
  • etcd 是分布式的,一致性 K-V 存储用于配置共享和服务发现。
  • fleet,集群管理器,是systemd的扩展,能与多台机器工作,采用etcd来管理配置并运行在每一个台CoreOS服务器上。

AWS

Docker容器托管在Amazon有两种途径:

  • Elastic Beanstalk部署Docker容器,它工作的很好,但就是太慢了, 一次全新的部署需要好几分钟,感觉跟一般的容器秒级启动不大对劲。
  • ECS、Elastic Container Server是Amazon上游容器集群解决方案, 目前还在预览版3,看起来很有前途,跟Amazon其它服务一样,通过简单的web service调用与它交互。

总结

  • Docker is here to stay
  • 解决了依赖问题
  • 容器各方面都很快
  • 有集群解决方案,但不能无缝对接

来源: http://dockone.io/article/277



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