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【送書活動】10分鐘瞭解Docker,運維和開發視角有什麼不同?

Docker 是 Golang 編寫的, 自 2013 年推出以來,受到越來越多的開發者的關註。如今Docker無處不在,這是不爭的事實。開發人員都很喜歡它,運維工程師也需要它。他們都需要深入瞭解如何在關鍵業務環境中構建和維護符合生產級別要求的容器化應用,那麼什麼是Docker?運維和開發視角有什麼不同?本文將告訴你答案。

本文摘自《深入淺出Docker》,就是那本美亞操作系統排名第一的Docker入門書,被業內譽為:“高中生也能讀懂的 Docker入門教程”。

本文從下麵兩部分內容講解Docker。

  • 運維(Ops)視角。

  • 開發(Dev)視角。

在運維視角中,主要包括下載鏡像、運行新的容器、登錄新容器、在容器內運行命令,以及銷毀容器。

在開發視角中,更多關註與應用相關的內容。《深入淺出Docker內》會從GitHub拉取一些應用代碼,解釋其中的Dockerfile,將應用容器化,併在容器中運行它們。

通過上面兩部分內容,你可以從整體上理解Docker究竟是什麼,以及主要組件之間是如何相互配合的。推薦讀者對開發和運維兩部分內容都要閱讀

1.1 運維視角

當讀者安裝Docker的時候,會涉及兩個主要組件:Docker客戶端和Docker daemon(有時也被稱為“服務端”或者“引擎”)。

daemon實現了Docker引擎的API。

使用Linux預設安裝時,客戶端與daemon之間的通信是通過本地IPC/UNIX Socket完成的(/var/run/docker.sock);在Windows上是通過名為npipe:////./pipe/docker_engine的管道(pipe)完成的。讀者可以使用docker version命令來檢測客戶端和服務端是否都已經成功運行,並且可以互相通信。

 1> docker version
2Client:
3 Version:       18.01.0-ce
4 API version:   1.35
5 Go version:    go1.9.2
6 Git commit:    03596f5
7 Built: Wed Jan 10 20:11:05 2018
8 OS/Arch:       linux/amd64
9 Experimental:  false
10 Orchestrator:  swarm
11
12Server:
13 Engine:
14  Version:      18.01.0-ce
15  API version:  1.35 (minimum version 1.12)
16  Go version:   go1.9.2
17  Git commit:   03596f5
18  Built:        Wed Jan 10 20:09:37 2018
19  OS/Arch:      linux/amd64
20  Experimental: false

如果讀者能成功獲取來自客戶端和服務端的響應,那麼可以繼續後面的操作。如果讀者正在使用 Linux,並且服務端傳回了異常響應,則可嘗試在命令的前面加上 sudo——sudo docker version。如果加上sudo之後命令正常運行,那麼讀者需要將當前用戶加入到docker用戶組,或者給本書後面的命令都加上sudo前綴。

1.1.1 鏡像

將Docker鏡像理解為一個包含了OS檔案系統和應用的物件會很有幫助。如果讀者實際操作過,就會認為與虛擬機模板類似。虛擬機模板本質上是處於關機狀態的虛擬機。在Docker世界中,鏡像實際上等價於未運行的容器。如果讀者是一名開發者,可以將鏡像比作類(Class)。

在Docker主機上運行docker image ls命令。

1$ docker image ls
2REPOSITORY    TAG     IMAGE ID     CREATED     SIZE

如果讀者運行命令環境是剛完成Docker安裝的主機,或者是Play With Docker,那麼Docker主機中應當沒有任何鏡像,命令輸出內容會如上所示。

在Docker主機上獲取鏡像的操作被稱為拉取(pulling)。如果使用Linux,那麼會拉取ubuntu:latest鏡像;如果使用Windows,則會拉取microsoft/powershell:nanoserver鏡像。

1latest: Pulling from library/ubuntu
250aff78429b1: Pull complete
3f6d82e297bce: Pull complete
4275abb2c8a6f: Pull complete
59f15a39356d6: Pull complete
6fc0342a94c89: Pull complete
7Digest: sha256:fbaf303...c0ea5d1212
8Status: Downloaded newer image for ubuntu:latest

再次運行docker image ls命令來查看剛剛拉取的鏡像。

1$ docker images
2REPOSITORY       TAG      IMAGE ID       CREATED       SIZE
3ubuntu           latest   00fd29ccc6f1   3 weeks ago   111MB

關於鏡像的儲存位置以及鏡像內部構成,本書會在後續的章節中詳細介紹。現在,讀者只需知道鏡像包含了基礎操作系統,以及應用程式運行所需的代碼和依賴包。剛纔拉取的ubuntu鏡像有一個精簡版的Ubuntu Linux檔案系統,其中包含部分Ubuntu常用工具。而Windows示例中拉取的microsoft/powershell鏡像,則包含了帶有PowerShell的Windows Nano Server操作系統。

如果拉取瞭如nginx或者microsoft/iis這樣的應用容器,則讀者會得到一個包含操作系統的鏡像,並且在鏡像中還包括了運行Nginx或IIS所需的代碼。

重要的是,Docker的每個鏡像都有自己的唯一ID。用戶可以通過取用鏡像的ID或名稱來使用鏡像。如果用戶選擇使用鏡像ID,通常只需要輸入ID開頭的幾個字符即可——因為ID是唯一的,Docker知道用戶想取用的具體鏡像是哪個。

1.1.2 容器

到目前為止,讀者已經擁有一個拉取到本地的鏡像,可以使用docker container run命令從鏡像來啟動容器。

在Linux中啟動容器的命令如下。

1$ docker container run -it ubuntu:latest /bin/bash
2[email protected]:/#

在Windows中啟動容器的命令如下。

1> docker container run -it microsoft/powershell:nanoserver pwsh.exe
2
3Windows PowerShell
4Copyright (C) 2016 Microsoft Corporation. All rights reserved.
5PS C:\>

仔細觀察上面命令的輸出內容,會註意到每個實體中的提示符都發生了變化。這是因為-it引數會將Shell切換到容器終端——現在已經位於容器內部了!

接下來分析一下docker container run命令。docker container run告訴Docker daemon啟動新的容器。其中-it引數告訴Docker開啟容器的交互樣式並將讀者當前的Shell連接到容器終端(在容器章節中會詳細介紹)。接下來,命令告訴Docker,用戶想基於ubuntu:latest鏡像啟動容器(如果用戶使用Windows,則是基於microsoft/powershell:nanoserver鏡像)。最後,命令告訴Docker,用戶想要在容器內部運行哪個行程。對於Linux示例來說是運行Bash Shell,對於Windows示例來說則是運行PowerShell。

在容器內部運行ps命令查看當前正在運行的全部行程。

Linux示例如下。

1[email protected]6dc20d508db0:/# ps -elf
2F S UID    PID  PPID   NI ADDR SZ WCHAN  STIME TTY  TIME CMD
34 S root     1     0    0 -  4560 wait   13:38 ?    00:00:00 /bin/bash
40 R root     9     1    0 -  8606 -      13:38 ?    00:00:00 ps -elf

Windows示例如下。

 1PS C:\> ps
2
3Handles   NPM(K)   PM(K)   WS(K)   CPU(s)     Id   SI ProcessName
4-------   ------   -----   -----   ------     --   -- -----------
5      0        5     964    1292     0.00   4716    4 CExecSvc
6      0        5     592     956     0.00   4524    4 csrss
7      0        0       0       4               0    0 Idle
8      0       18    3984    8624     0.13    700    4 lsass
9      0       52   26624   19400     1.64   2100    4 powershell
10      0       38   28324   49616     1.69   4464    4 powershell
11      0        8    1488    3032     0.06   2488    4 services
12      0        2     288     504     0.00   4508    0 smss
13      0        8    1600    3004     0.03    908    4 svchost
14      0       12    1492    3504     0.06   4572    4 svchost
15      0       15   20284   23428     5.64   4628    4 svchost
16      0       15    3704    7536     0.09   4688    4 svchost
17      0       28    5708    6588     0.45   4712    4 svchost
18      0       10    2028    4736     0.03   4840    4 svchost
19      0       11    5364    4824     0.08   4928    4 svchost
20      0        0     128     136    37.02      4    0 System
21      0        7     920    1832     0.02   3752    4 wininit
22      0        8    5472   11124     0.77   5568    4 WmiPrvSE

Linux容器中僅包含兩個行程。

  • PID 1:代表/bin/bash行程,該行程是通過docker container run命令來通知容器運行的。

  • PID 9:代表ps -elf行程,查看當前運行中行程所使用的命令/程式。

命令輸出中展示的ps -elf行程存在一定的誤導,因為這個程式在ps命令退出後就結束了。這意味著容器內長期運行的行程其實只有/bin/bash

Windows 容器運行中的行程會更多,這是由 Windows 操作系統工作方式決定的。雖然Windows容器中的行程比Linux容器要多,但與常見的Windows服務器相比,其行程數量卻是明顯偏少的。

Ctrl-PQ組合鍵,可以在退出容器的同時還保持容器運行。這樣Shell就會傳回到Docker主機終端。可以通過查看Shell提示符來確認。

現在讀者已經傳回到Docker主機的Shell提示符,再次運行ps命令。

Linux示例如下。

1$ ps -elf
2F S UID       PID  PPID    NI ADDR SZ WCHAN  TIME CMD
34 S root        1     0     0 -  9407 -      00:00:03 /sbin/init
41 S root        2     0     0 -     0 -      00:00:00 [kthreadd]
51 S root        3     2     0 -     0 -      00:00:00 [ksoftirqd/0]
61 S root        5     2     -20     0 -      00:00:00 [kworker/0:0H]
71 S root        7     2    -0 -     0 -      00:00:00 [rcu_sched]
8
90 R ubuntu  22783 22475     0 -  9021 -      00:00:00 ps -elf

Windows示例如下。

 1ps
2Handles   NPM(K)    PM(K)    WS(K)    CPU(s)     Id  SI ProcessName
3-------   ------    -----    -----    ------     --  -- -----------
4    220       11     7396     7872      0.33   1732   0 amazon-ssm-agen
5     84        5      908     2096      0.00   2428   3 CExecSvc
6     87        5      936     1336      0.00   4716   4 CExecSvc
7    203       13     3600    13132      2.53   3192   2 conhost
8    210       13     3768    22948      0.08   5260   2 conhost
9    257       11     1808      992      0.64    524   0 csrss
10    116        8     1348       580     0.08    592   1 csrss
11     85        5      532      1136     0.23   2440   3 csrss
12    242       11     1848       952     0.42   2708   2 csrss
13     95        5      592       980     0.00   4524   4 csrss
14    137        9     7784      6776     0.05   5080   2 docker
15    401       17    22744     14016    28.59   1748   0 dockerd
16    307       18    13344      1628     0.17    936   1 dwm
17    <SNIP>
18   1888        0      128       136    37.17      4   0 System
19    272       15     3372      2452     0.23   3340   2 TabTip
20     72        7     1184         8     0.00   3400   2 TabTip32
21    244       16     2676      3148     0.06   1880   2 taskhostw
22    142        7     6172      6680     0.78   4952   3 WmiPrvSE
23    148        8     5620     11028     0.77   5568   4 WmiPrvSE

可以看到與容器相比,Docker主機中運行的行程數要多很多。Windows容器中運行的行程要遠少於Windows主機,Linux容器中的行程數也遠少於Linux主機。

在之前的步驟當中,是使用Ctrl-PQ組合鍵來退出容器的。在容器內部使用該操作可以退出當前容器,但不會殺死容器行程。讀者可以通過docker container ls命令查看系統內全部處於運行狀態的容器。

1$ docker container ls
2CONTAINER ID   IMAGE          COMMAND      CREATED  STATUS    NAMES
3e2b69eeb55cb   ubuntu:latest  "/bin/bash"  7 mins   Up 7 min  vigilant_borg

上述的輸出顯示只有一個運行中的容器。這就是前面示例中創建的那個容器。輸出中有該容器,證明瞭容器在退出後依然是運行的。讀者可以看到這個行程是7min之前創建的,並且一直在運行。

1.1.3 連接到運行中的容器

執行docker container exec命令,可以將Shell連接到一個運行中的容器終端。因為之前示例中的容器仍在運行,所以下麵的示例會創建到該容器的新連接。

Linux示例如下。

1$ docker container exec -it vigilant_borg bash
2[email protected]:/#

示例中的容器名為“vigilant_brog”。讀者環境中的容器名稱會不同,所以請記得將“vigilant_brog”替換為自己Docker主機上運行中的容器名稱或者ID。

Windows示例如下。

1> docker container exec -it pensive_hamilton pwsh.exe
2
3Windows PowerShell
4Copyright (C) 2016 Microsoft Corporation. All rights reserved.
5PS C:\>

本例中使用的容器為“pensive_hamilton”。同樣,讀者環境中的容器名稱會不同,所以請記得將“pensive_hamilton”替換為自己Docker主機上運行中的容器名稱或者ID。

註意,Shell提示符又發生了變化。此時已登錄到了容器內部。

docker container exec命令的格式是docker container exec 。在示例中,將本地Shell連接到容器是通過-it引數實現的。本例中使用名稱取用容器,並且告訴Docker運行Bash Shell(在Windows示例中是PowerShell)。使用十六進制ID的方式也可以很容易地取用具體容器。

再次使用Ctrl-PQ組合鍵退出容器。

Shell提示符應當退回到Docker主機中。

再次運行docker container ls命令來確認容器仍處於運行狀態。

1$ docker container ls
2CONTAINER ID   IMAGE          COMMAND      CREATED  STATUS    NAMES
3e2b69eeb55cb   ubuntu:latest  "/bin/bash"  9 mins   Up 9 min  vigilant_borg

通過docker container stopdocker container rm命令來停止並殺死容器。切記需要將示例中的名稱/ID替換為讀者自己的容器對應的名稱和ID。

1$ docker container stop vigilant_borg
2vigilant_borg
3
4$ docker container rm vigilant_borg
5vigilant_borg

通過運行docker container ls命令,並指定-a引數來確認容器已經被成功刪除。添加-a的作用是讓Docker列出所有容器,甚至包括那些處於停止狀態的。

1$ docker container ls -a
2CONTAINER ID    IMAGE    COMMAND    CREATED    STATUS    PORTS    NAMES

1.2 開發視角

容器即應用!

在本節中,會分析一份應用代碼中的Dockerfile並將其容器化,最終以容器的方式運行。相關代碼可從本書配套資源或我的Github主頁中獲取。

本節接下來的內容會基於 Linux 示例進行演示。但其實兩個示例中都容器化了相同的Web 應用代碼,所以步驟也是一樣的。

進入到倉庫檔案目錄之下,查看其內容。

 1$ cd psweb
2$ ls -l
3total 28
4-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu  341 Sep 29 12:15 app.js
5-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu  216 Sep 29 12:15 circle.yml
6-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu  338 Sep 29 12:15 Dockerfile
7-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu  421 Sep 29 12:15 package.json
8-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu  370 Sep 29 12:15 README.md
9drwxrwxr-x 2 ubuntu ubuntu 4096 Sep 29 12:15 test
10drwxrwxr-x 2 ubuntu ubuntu 4096 Sep 29 12:15 views

對於Windows示例,讀者需要cddotnet-docker-samples\aspnetapp目錄當中。

Linux的示例是一個簡單的Node.js Web應用。Windows示例是一個簡單的ASP.NET Web應用。

每個倉庫中都包含一個名為Dockerfile的檔案。Dockerfile是一個純文本檔案,其中描述瞭如何將應用構建到Docker鏡像當中。

查看Dockerfile的全部內容。

 1$ cat Dockerfile
2
3FROM alpine
4LABEL maintainer="[email protected]"
5RUN apk add --update nodejs nodejs-npm
6COPY . /src
7WORKDIR /src
8RUN  npm install
9EXPOSE  8080
10ENTRYPOINT ["node""./app.js"]

Windows示例中的Dockerfile內容會有所不同。但是,這些區別在現階段並不重要。關於Dockerfile的更多細節本書會在接下來的章節中進行詳細介紹。現在,只需要知道Dockerfile的每一行都代表一個用於構建鏡像的指令即可。

使用docker image build命令,根據Dockerfile中的指令來創建新的鏡像。示例中新建的Docker鏡像名為test:latest

一定要在包含應用代碼和Dockerfile的目錄下執行這些命令。

 1$ docker image build -t test:latest .
2
3Sending build context to Docker daemon 74.75kB
4Step 1/8 : FROM alpine
5latest: Pulling from library/alpine
688286f41530e: Pull complete
7Digest: sha256:f006ecbb824...0c103f4820a417d
8Status: Downloaded newer image for alpine:latest
9 ---> 76da55c8019d
10
11Successfully built f154cb3ddbd4
12Successfully tagged test:latest

{註:}

Windows示例構建可能花費比較長的時間。構建時間長短是由構建過程中要拉取的鏡像大小和複雜度決定的。

一旦構建完成,就可以確認主機上是否存在test:latest鏡像。

1$ docker image ls
2REPO     TAG        IMAGE ID         CREATED         SIZE
3Test     latest     f154cb3ddbd4     1 minute ago    55.6MB
4...

讀者現在已經擁有一個新的Docker鏡像,其中包含了應用程式。

從鏡像啟動容器,並測試應用。

Linux代碼如下。

1$ docker container run -d \
2  --name web1 \
3  --publish 8080:8080 \
4  test:latest

打開Web瀏覽器,在地址欄中輸入容器運行所在的Docker主機的DNS名稱或者IP地址,併在後面加上端口號8080。然後就能看到圖4.1的Web頁面。

如果讀者使用的是Windows示例或者Mac版Docker,則需要將地址替換為localhost:8080或者127.0.0.1:8080;如果讀者使用的是Play with Docker,需要單擊終端界面上的8080超鏈接。

圖1.1 Linux系統測試應用Web界面

Windows代碼如下。

1docker container run -d \
2  --name web1 \
3  --publish 8080:80 \
4  test:latest

打開Web瀏覽器,在地址欄中輸入容器運行所在的Docker主機的DNS名稱或者IP地址,併在後面加上端口號8080,然後就能看到圖4.2的Web頁面。

圖1.2 Windows系統測試應用Web界面

如果讀者使用的是Windows示例或者Mac版Docker,則可參考上面的規則。

讀者已經成功將應用代碼構建到了Docker鏡像當中,然後以容器的方式啟動該鏡像,這個過程叫作“應用容器化”。

1.3 本文小結

在運維部分,我們下載了Docker鏡像,啟動容器並且登錄到容器內部執行相應的命令,最後停止容器並刪除。

在開發部分,我們完成了簡單應用的容器化過程:從GitHub拉取應用原始碼,並且通過Dockerfile中的指令,將應用代碼構建到鏡像之中。接著運行了該容器化應用。

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