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一、Docker 是什么?

Docker 是一个开源的应用容器引擎,基于 Go 语言并遵从 Apache2.0 协议开源。

Docker 可以让开发者打包他们的应用以及依赖包到一个轻量级、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,相互之间不会有任何接口(类似 iPhone 的 app),更重要的是容器性能开销极低。

说了这么多, Docker 到底是个什么东西呢?我们在理解 Docker 之前,首先得先区分清楚两个概念,容器和虚拟机。

可能很多读者朋友都用过虚拟机,而对容器这个概念比较的陌生。我们用的传统虚拟机如 VMware , VisualBox 之类的需要模拟整台机器包括硬件。每台虚拟机都需要有自己的操作系统,虚拟机一旦被开启,预分配给它的资源将全部被占用。每一台虚拟机包括应用,必要的二进制和库,以及一个完整的用户操作系统。

而容器技术是和我们的宿主机共享硬件资源及操作系统,可以实现资源的动态分配。容器包含应用和其所有的依赖包,但是与其他容器共享内核。容器在宿主机操作系统中,在用户空间以分离的进程运行。

容器技术是实现操作系统虚拟化的一种途径,可以让您在资源受到隔离的进程中运行应用程序及其依赖关系。

通过下面这幅图,我们可以很直观的反映出这两者的区别所在:

在这里插入图片描述

Docker 属于 Linux 容器的一种封装,提供简单易用的容器使用接口。它是目前最流行的 Linux 容器解决方案。

而 Linux 容器是 Linux 发展出的另一种虚拟化技术,简单来讲, Linux 容器不是模拟一个完整的操作系统,而是对进程进行隔离,相当于是在正常进程的外面套了一个保护层。

对于容器里面的进程来说,它接触到的各种资源都是虚拟的,从而实现与底层系统的隔离。

Docker 将应用程序与该程序的依赖,打包在一个文件里面。运行这个文件,就会生成一个虚拟容器。

程序在这个虚拟容器里运行,就好像在真实的物理机上运行一样。有了 Docker,就不用担心环境问题。

总体来说,Docker 的接口相当简单,用户可以方便地创建和使用容器,把自己的应用放入容器。容器还可以进行版本管理、复制、分享、修改,就像管理普通的代码一样。

二、 Docker 的优势

Docker 相比于传统虚拟化方式具有更多的优势:

  • Docker 启动快速属于秒级别。虚拟机通常需要几分钟去启动。
  • Docker 需要的资源更少。Docker 在操作系统级别进行虚拟化,Docker 容器和内核交互,几乎没有性能损耗,性能优于通过 Hypervisor 层与内核层的虚拟化。
  • Docker 更轻量。Docker 的架构可以共用一个内核与共享应用程序库,所占内存极小。同样的硬件环境,Docker 运行的镜像数远多于虚拟机数量,对系统的利用率非常高。
  • 与虚拟机相比,Docker 隔离性更弱。Docker 属于进程之间的隔离,虚拟机可实现系统级别隔离。
  • 安全性。Docker 的安全性也更弱,Docker 的租户 Root 和宿主机 Root 等同,一旦容器内的用户从普通用户权限提升为 Root 权限,它就直接具备了宿主机的 Root 权限,进而可进行无限制的操作。
  • 虚拟机租户 Root 权限和宿主机的 Root 虚拟机权限是分离的,并且虚拟机利用如 Intel 的 VT-d 和 VT-x 的 ring-1 硬件隔离技术。
  • 这种隔离技术可以防止虚拟机突破和彼此交互,而容器至今还没有任何形式的硬件隔离,这使得容器容易受到攻击。
  • 可管理性。Docker 的集中化管理工具还不算成熟。各种虚拟化技术都有成熟的管理工具,例如 VMware vCenter 提供完备的虚拟机管理能力。
  • 高可用和可恢复性。Docker 对业务的高可用支持是通过快速重新部署实现的。
  • 虚拟化具备负载均衡,高可用,容错,迁移和数据保护等经过生产实践检验的成熟保障机制, VMware 可承诺虚拟机 99.999% 高可用,保证业务连续性。
  • 快速创建、删除。虚拟化创建是分钟级别的,Docker 容器创建是秒级别的,Docker 的快速迭代性,决定了无论是开发、测试、部署都可以节约大量时间
  • 交付、部署。虚拟机可以通过镜像实现环境交付的一致性,但镜像分发无法体系化。Docker 在 Dockerfile 中记录了容器构建过程,可在集群中实现快速分发和快速部署。

我们可以从下面这张表格很清楚地看到容器相比于传统虚拟机的特性的优势所在:

特性容器虚拟机
启动秒级分钟级
硬盘使用一般为MB一般为GB
性能接近原生弱于
系统支持量单机支持上千个容器一般是几十个

三、Docker 架构

Docker 包括三个基本概念:

  • 镜像(Image):Docker 镜像(Image),就相当于是一个 root 文件系统。比如官方镜像 ubuntu:16.04 就包含了完整的一套 Ubuntu16.04 最小系统的 root 文件系统。
  • 容器(Container):镜像(Image)和容器(Container)的关系,就像是面向对象程序设计中的类和实例一样,镜像是静态的定义,容器是镜像运行时的实体。容器可以被创建、启动、停止、删除、暂停等。
  • 仓库(Repository):仓库可看成一个代码控制中心,用来保存镜像。

Docker 使用客户端-服务器 (C/S) 架构模式,使用远程API来管理和创建Docker容器。

Docker 容器通过 Docker 镜像来创建。

容器与镜像的关系类似于面向对象编程中的对象与类。

Docker面向对象
容器对象
镜像

在这里插入图片描述

概念说明
Docker 镜像(Images)Docker 镜像是用于创建 Docker 容器的模板,比如 Ubuntu 系统。
Docker 容器(Container)容器是独立运行的一个或一组应用,是镜像运行时的实体。
Docker 客户端(Client)Docker 客户端通过命令行或者其他工具使用 Docker SDK (https://docs.docker.com/develop/sdk/) 与 Docker 的守护进程通信。
Docker 主机(Host)一个物理或者虚拟的机器用于执行 Docker 守护进程和容器。
Docker RegistryDocker 仓库用来保存镜像,可以理解为代码控制中的代码仓库。Docker Hub(https://hub.docker.com) 提供了庞大的镜像集合供使用。一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库(Repository);每个仓库可以包含多个标签(Tag);每个标签对应一个镜像。通常,一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像,而标签就常用于对应该软件的各个版本。我们可以通过 <仓库名>:<标签> 的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签,将以 latest 作为默认标签。
Docker MachineDocker Machine是一个简化Docker安装的命令行工具,通过一个简单的命令行即可在相应的平台上安装Docker,比如VirtualBox、 Digital Ocean、Microsoft Azure。

四、Docker 的安装和使用

Docker 的安装和使用有一些前提条件,主要体现在体系架构和内核的支持上。

对于体系架构,除了 Docker 一开始就支持的 X86-64 ,其他体系架构的支持则一直在不断地完善和推进中。

Docker 分为 CE 和 EE 两大版本。CE 即社区版,免费支持周期 7 个月;EE 即企业版,强调安全,付费使用,支持周期 24 个月。

我们在安装前可以参看官方文档获取最新的 Docker 支持情况,官方文档在这里:https://docs.docker.com/get-docker/

Docker 对于内核支持的功能,即内核的配置选项也有一定的要求(比如必须开启 Cgroup 和 Namespace 相关选项,以及其他的网络和存储驱动等)。

Docker 源码中提供了一个检测脚本来检测和指导内核的配置,脚本链接在这里:https://raw.githubusercontent.com/docker/docker/master/contrib/check-config.sh

在满足前提条件后,安装就变得非常的简单了。

Docker CE 的安装请参考官方文档:

  • MacOS:https://docs.docker.com/docker-for-mac/install/
  • Windows:https://docs.docker.com/docker-for-windows/install/ (Windows只要在bois里面开启VT的支持)
  • Ubuntu:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/ubuntu/
  • Debian:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/debian/
  • CentOS:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/centos/
  • Fedora:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/fedora/
  • 其他 Linux 发行版:https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/binaries/

这里我们以 CentOS 7 作为演示。

环境准备:

  • 阿里云服务器(1 核 2G,1M 带宽)
  • CentOS 7.4 64 位

  • 由于 Docker-CE 支持 64 位版本的 CentOS 7 ,并且要求内核版本不低于 3.10,首先我们需要卸载掉旧版本的 Docker:

sudo yum remove docker 
                  docker-client
                  docker-client-latest
                  docker-common
                  docker-latest 
                  docker-latest-logrotate
                  docker-logrotate 
                  docker-selinux 
                  docker-engine-selinux 
                  docker-engine
  • 我们执行以下安装命令去安装依赖包:
sudo yum install -y yum-utils
            device-mapper-persistent-data
            lvm2
  • 添加软件源
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo  # 指定阿里云镜像源

安装 Docker

Docker 软件包已经包括在默认的 CentOS-Extras 软件源里。因此想要安装 Docker,只需要运行下面的 yum 命令:

yum -y install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

当然在测试或开发环境中 Docker 官方为了简化安装流程,提供了一套便捷的安装脚本,CentOS 系统上可以使用这套脚本安装:

curl -fsSL get.docker.com -o get-docker.shsh get-docker.sh

具体可以参看 docker-install 的脚本:https://github.com/docker/docker-install

执行这个命令后,脚本就会自动的将一切准备工作做好,并且把 Docker CE 的 Edge 版本安装在系统中。

安装完成后,运行下面的命令,验证是否安装成功:

docker version or docker info

返回 Docker 的版本相关信息,证明 Docker 安装成功:

在这里插入图片描述

启动 Docker-CE:

systemctl enable docker
systemctl start docker

Docker 的简单运用 Hello World

我们通过最简单的 Image 文件 Hello World,感受一下 Docker 的魅力吧!

我们直接运行下面的命令,将名为 hello-world 的 image 文件从仓库抓取到本地:

docker search  hello-world
docker pull library/hello-world

docker pull images 是抓取 image 文件,library/hello-world 是 image 文件在仓库里面的位置,其中 library 是 image 文件所在的组,hello-world 是 image 文件的名字。
在这里插入图片描述

抓取成功以后,就可以在本机看到这个 image 文件了:

docker images

我们可以看到如下结果:
在这里插入图片描述

现在,我们可以运行 hello-world 这个 image 文件:

# docker run -d -p 8080:80 --name Nginx nginx 
docker run hello-world

我们可以看到如下结果:

在这里插入图片描述

输出这段提示以后,hello world 就会停止运行,容器自动终止。有些容器不会自动终止,因为提供的是服务,比如 MySQL 镜像等。

是不是很 Easy 呢?我们从上面可以看出,Docker 的功能是十分强大的,除此之外,我们还可以拉取一些 Ubuntu,Apache 等镜像,在未来的教程中我们将会一一提到。

Docker 提供了一套简单实用的命令来创建和更新镜像,我们可以通过网络直接下载一个已经创建好了的应用镜像,并通过 Docker RUN 命令就可以直接使用。

当镜像通过 RUN 命令运行成功后,这个运行的镜像就是一个 Docker 容器啦。

容器可以理解为一个轻量级的沙箱,Docker 利用容器来运行和隔离应用,容器是可以被启动、停止、删除的,这并不会影响 Docker 镜像。

我们可以看看下面这幅图:

在这里插入图片描述

Docker 客户端是 Docker 用户与 Docker 交互的主要方式。当您使用 Docker 命令行运行命令时,Docker 客户端将这些命令发送给服务器端,服务端将执行这些命令。
Docker 命令使用 Docker API 。Docker 客户端可以与多个服务端进行通信。
我们下一章将剖析一下 Docker 容器是如何工作的,学习好 Docker 容器工作的原理,我们就可以自己去管理我们的容器了。

五、Docker常用命令

1.镜像控制

搜索镜像:docker  search  [OPTIONS]  TERM

上传镜像:docker  push  [OPTIONS]  NAME[:TAG]

下载镜像:docker  pull  [OPTIONS]  NAME[:TAG]

提交镜像:docker  commit [OPTIONS]  CONTAINER  NAME[:TAG]

构建镜像:docker  build  [OPTIONS]  PATH

删除镜像:docker  rmi [OPTIONS]  IMAGE  [IMAGE...]

增加镜像标签:docker  tag  SOURCE_IMAGE[:TAG]  TARGET_IMAGE[:TAG]

查看所有镜像:docker  images  [OPTIONS]  [REPOSITORY[:TAG]]

2.容器控制

启动/重启容器:docker start/restart CONTAINER

停止/强停容器:docker stop/ kill CONTAINER

删除容器:docker rm [OPTIONS] CONTAINER [CONTAINER...]

重命名容器:docker rename CONTAINER CONTAINER_NEW

进入容器:docker attach CONTAINER

执行容器命令:docker exec CONTAINER COMMAND

查看容器日志:docker logs [OPTIONS] CONTAINER

查看容器列表:docker ps [OPTIONS]

3.容器启动

docker run [OPTIONS] IMAGE [COMMAND] [ARG...]
-d : 后台运行容器,并返回容器ID
-i:以交互模式运行容器,通常与 -t 同时使用
-t:为容器重新分配一个伪输入终端,通常与 -i 同时使用
-v:绑定挂载目录
–name=”mycontainer”: 为容器指定一个名称
–net=”bridge”: 指定容器的网络连接类型,支持如下:
bridge / host / none / container:<name|id>
-p/-P :端口映射,格式如图:
在这里插入图片描述

4.其他命令

查看docker信息:docker info

docker命令帮助:docker run --help

复制文件到容器:docker cp custom.conf Nginx:/etc/nginx/conf.d/

更新容器启动项:docker container update --restart=always nginx

查看docker日志:tail -f /var/log/messages

在这里插入图片描述

更多可以参考官网:https://docs.docker.com/engine/reference/commandline/cli/
在这里插入图片描述

六、Docker镜像构建

1.Docker commit(1运行2修改3保存)

a) 运行容器

docker run -dit -p 8080:80 --name Nginx nginx

b) 修改容器(这里我只是做个演示,所以就复制一下文件,具体修改需要根据你实际情况)

docker cp custom.conf Nginx:/etc/nginx/conf.d/

c) 将容器保存为新的镜像

docker commit Nginx zwx/nginx

在这里插入图片描述

2. Dockerfile(1编写2构建)

a) 编写Dockerfile文件

vim Dockerfile

在这里插入图片描述

b) 执行Dockerfile文件

docker build -t zwx/nginx .    # 后面有个点,代表当前目录下dockerfile文件

在这里插入图片描述

3. Dockerfile 常用指令

在这里插入图片描述

七、 Docker本地仓库

1、拉取镜像仓库

docker search registry

docker pull registry

2、启动镜像服务

docker run -dit \

--name=Registry \    # 指定容器名称

-p 5000:5000 \      # 仓库默认端口是5000,映射到宿主机,这样可以使用宿主机地址访问

--restart=always \                # 自动重启,这样每次docker重启后仓库容器也会自动启动

--privileged=true \              # 增加安全权限,一般可不加

-v /usr/local/my_registry:/var/lib/registry  \    # 把仓库镜像数据保存到宿主机

registry

3、注册https协议(需要通过本地仓库下载镜像,均需要配置)

vim /etc/docker/daemon.json        # 默认无此文件,需自行添加,有则追加一下内容。

   { "insecure-registries":[" xx.xx.xx.xx:5000"] }  # 指定ip地址或域名

4、新增tag指明仓库地址

docker tag zwx/nginx x.xx.xx.xx:5000/zwx/nginx  # 如果构建时已经指定仓库地址,则可以省略

5、上传镜像到本地仓库

docker push x.xx.xx.xx:5000/zwx/nginx

6、查看本地仓库

curl -XGET http://x.xx.xx.xx:5000/v2/_catalog

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更多可以参考:https://www.cnblogs.com/panwenbin-logs/p/8007348.html

八、 Docker与图形管理工具Portainer

1. 简介

Portainer是Docker的图形化管理工具,提供状态显示面板、应用模板快速部署、容器镜像网络数据卷的基本操作(包括上传下载镜像,创建容器等操作)、事件日志显示、容器控制台操作、Swarm集群和服务等集中管理和操作、登录用户管理和控制等功能。功能十分全面,基本能满足中小型单位对容器管理的全部需求。

在这里插入图片描述

2. 安装使用

a) 搜索并下载镜像

docker search portainer

docker pull portainer/portainer

b) 单机方式运行

docker run -d \

-p 9000:9000 \   # portainer默认端口是9000,映射到本地9000端口,通过本地地址访问

--restart=always \  # 设置自动重启

-v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock \  # 单机必须指定docker.sock

--name Prtainer portainer/portainer

c) 访问http://localhost:9000

首次登陆需要注册用户,给admin用户设置密码,然后单机版选择local连接即可。
在这里插入图片描述

d) 控制管理
在这里插入图片描述

更多可以参考:https://www.cnblogs.com/river2005/p/8283700.html

九、 Docker与集群管理工具Swarm

1. 简介

Swarm是Docker官方提供的一款集群管理工具,其主要作用是把若干台Docker主机抽象为一个整体,并且通过一个入口统一管理这些Docker主机上的各种Docker资源。

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2. 安装使用

Swarm 在 Docker 1.12 版本之前属于一个独立的项目,在 Docker 1.12 版本发布之后,该项目合并到了 Docker 中,成为 Docker 的一个子命令。

a)启动swarm集群只需要执行初始化命令即可:

docker swarm init \       # 默认初始化节点为管理节点
--advertise-addr xx.xx.xx.xx \   #指定使用的ip
--listen-addr xx.xx.xx.xx:2377   #指定监听ip和port,默认为2377

在这里插入图片描述

b)设置manager节点

docker swarm join-token manager    #获取管理节点token,放入下面命令

docker swarm join \
--advertise-addr xx.xx.xx.xx \
--listen-addr xx.xx.xx.xx:2377 \
--token SWMTKN-1-29ynh5uyfiiospy4fsm4pd4xucyji2rn0oj4b4ak4s7a37syf9-ajkrv2ctjr5cmxzuij75tbrmz \
xx.xx.xx.xx:2377

c)设置worker节点

docker swarm join-token worker    #获取工作节点token,放入下面命令

docker swarm join \
--advertise-addr xx.xx.xx.xx \
--listen-addr xx.xx.xx.xx:2377 \
--token SWMTKN-1-29ynh5uyfiiospy4fsm4pd4xucyji2rn0oj4b4ak4s7a37syf9-ajkrv2ctjr5cmxzuij75tbrmz \
xx.xx.xx.xx:2377

d)查看节点

 docker node ls

在这里插入图片描述

e)创建服务

docker service create [OPTIONS] IMAGE [COMMAND] [ARG...]
--detach , -d:  指定容器运行于前台还是后台,默认为false

--name:  服务名称

--network:  网络连接

--publish , -p:  端口映射

--env , -e:  设置环境变量

--tty , -t:  分配tty设备,该可以支持终端登录

--mount:  文件挂载

--replicas:  指定任务数量

更多参考:https://www.jianshu.com/p/028b40ca4f2a https://www.cnblogs.com/xiangsikai/p/9935814.html

3. 对比K8s究竟有何异同?

a)出生不同

Google根据其在Linux上容器管理经验,改造到docker管理上,就是kubernetes。他的在许多方面表现良好,最重要的是构造于Google多年的宝贵经验只上。

kubernetes并不是为了docker写的,kubernetes把集群带到了一个全新的高度,代价是学习曲线比较陡。docker-swarm 使用了一个不同的方式,它是docker原生的集群工具。

最方便的部分是它暴露了docker标准的编程接口,意味着你之前一直在使用的任何与docker沟通的工具(docker CLI, docker compose等),都可以无缝的在docker swarm上使用。

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b)安装配置不同

安装设置swarm非常简单,简单明了并且很灵活。我们需要做的就是安装一个服务发现工具,然后在所有的节点上安装swarm容器。

相比较而言,kubernetes的安装就有点复杂晦涩了。不同的操作系统上安装都不同。每个操作系统都有自己的独立安装指令。

c)运行方式不同

使用Swarm和使用容器没有什么不同。比如,你习惯于使用Docker CLI(命令行接口),你可以继续使用几乎相同的命令。

如果你习惯于使用Docker Componse来运行容器,你可以继续在Swarm集群中使用。不管你之前习惯于怎么使用容器,你仍旧可以使用,只是在更大级别的集群中使用。

Kubernetes要求你去学习它自己的CLI(命令行接口)和配置。你不能使用你之前创建的docker-compose.yml配置,你必须要去新建与Kubernetes对应的配置。

你也不能使用之前学习的Docker CLI(命令行接口)。你必须要去学习 Kubernetes CLI(命令行接口)

最后,当需要在Docker Swarm 和 Kubernetes做出选择时,可以考虑如下几点:

  • 你是否想依赖于Docker自己来解决集群的问题。如果是,选择Swarm。如果某些功能在Docker中不支持,那它也非常可能在Swarm中找不到,因为Swarm是依赖于Docker API的。
  • 另外一方面,如果你想要一个工具可以解决Docker的限制,Kubernetes将是不错的选择。Kubernetes不是基于Docker,而是基于Google多年对于管理容器的经验。它是按照自己的方式来行事。

十、 Docker运维流程图

在这里插入图片描述

十一、 Docker配置管理

1.用了容器以后,还需要配置管理吗?

起初我们跟Docker官方一样,属于理想主义派。天真的认为容器就应该是inmutable的,当需要配置变更的时候,重新构建镜像重新部署。

基于这一思路,我们在cSphere中添加了个镜像自动构建模块,用户可以配置代码仓库的地址。服务的配置文件保存于Git或者SVN库中,需要配置变更时,向版本库中Push一下,自动通过hook触发镜像构建,并自动完成线上容器的重建。

通过这套系统,用户可以非常方便的批量更新线上的服务,并不局限于配置文件的变更,代码的变更也天生支持。经过实际使用,这套系统能够很好的满足开发和测试环境的需求,提升工作效率。

但是,在生产环境中使用的时候,我们发现这种流程其实并不那么完美,主要表现在:镜像构建和部署虽然自动化了,但构建是针对VCS中的某个仓库的,改一行配置就得整体重新构建一下,在更新容器时还需要把镜像重新分发到所有机器上,配置变更速度太慢。这种方式的配置变更会涉及到服务的重启,这在生产环境某些场景下是不可接受的 ,有可能引起短暂的服务中断。

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2.应用配置文件应该需要做到什么?

Docker应用配置文件能够保持能够支持针对不同环境作出更改。另外配置文件支持在线更改,重启就生效。一般分为以下两种方式。

a) Docker环境变量

需要在制作镜像的时候就需要提前想好,有哪些参数是部署容器的时候会经常更改,然后把这些参数抽出来做成容器的环境变量,然后在部署的容器的时候填入不同的参数即可。

但是如果后续发现有一些参数不同场景下部署的时候也会修改,那就需要再重新制作镜像了。

b)应用配置文件

上述的管理方式不太灵活,灵活的管理方式是将配置文件和镜像剥离开,这样就不会被镜像给绑定了。

注:最新版本可以参考docker config命令管理