Docker学习笔记——制作容器与容器概念

Docker能做些什么？

1.docker能够解决虚拟机能够解决的问题

2.隔离应用依赖

3.创建应用镜像并复制

4.创建容易分发的即启即用的应用

5.docker的想法是创建软件程序可移植的轻量容器

 

镜像

1.docker的镜像类似虚拟机的快照

2.在现有镜像的基础上创建镜像

容器

1.可以从镜像中创建容器

2.容器和虚拟机一样是隔离的，它也拥有一个唯一ID和唯一供读人的名字，docker允许公开容器的公开端口

3.容器是被来设计运行一个应用的 而不是一台机器

4.容器应该是短暂和一次性的

 

 

链接：

1.容器启动时将会被分配一个私有IP，其他容器可以使用这个IP与其进行通讯，因此，容器可以共享一个本地网络

2.docker允许你在创建一个新容器时引用其他现存容器，在你刚创建的容器中被引用的容器会获得一个别名，我们就可以定义 ，这两个容器链接在了一起。

3.比如一个DB容器已经在运行，我们创建web容器的时候引用这个DB容器，给它起一个别名叫做dbapp,那么在这个新建的web容器中，我们可以在任何时候使用主机名dbapp和DB通信

 

docker的两样法宝

Cgroups

作用：

限制linux进程组的资源占用

为进程组制作PIDS,UTS,IPC,网络和装载命名空间

Cgroup创建一个环境，进程可以在其中运行，并与操作系统的其他进程进行隔开

 

容器runtime

容器runtime是容器真正运行的地方，runtime需要和操作系统kernel紧密结合，为容器提供运行环境。

比如说，java程序比作一个容器，JVM就是runtime。JVM为java程序提供运行环境。

所以容器只能在runtime里面运行

 

 

lxc、runc 和 rkt 是目前主流的三种容器 runtime。

lxc 是 Linux 上老牌的容器 runtime。Docker 最初也是用 lxc 作为 runtime。

runc 是 Docker 自己开发的容器 runtime，符合 oci 规范，也是现在 Docker 的默认 runtime。

rkt 是 CoreOS 开发的容器 runtime，符合 oci 规范，因而能够运行 Docker 的容器。

容器管理工具

除了运行环境，使用者也得需要工具来管理容器。容器管理工具对内与runtime交互，对外为用户提供interface.

lxd是lxc对应的容器管理工具；runc的管理工具是docker engine。docker engine 包含后台 deamon 和 cli 两个部分。我们通常提到 Docker，一般就是指的 docker engine。rkt 的管理工具是 rkt cli。

容器定义工具

容器定义工具允许用户定义容器的内容属性，这样容器就能够被保存，共享和重建

docker image 是 docker 容器的模板，runtime 依据 docker image 创建容器。

dockerfile 是包含若干命令的文本文件，可以通过这些命令创建出 docker image。

ACI (App Container Image) 与 docker image 类似，只不过它是由 CoreOS 开发的 rkt 容器的 image 格式。

 

仓库Registy

容器是通过image创建的，需要一个仓库统一存放image，这个仓库就叫做Registy

 

 企业可以用 Docker Registry 构建私有的 Registry。

Docker Hub（https://hub.docker.com )是 Docker 为公众提供的托管 Registry，上面有很多现成的 image，为 Docker 用户提供了极大的便利。

Quay.io（https://quay.io/  )是另一个公共托管 Registry，提供与 Docker Hub 类似的服务。

 容器OS

因为容器有runtime,所以几乎所有的linux、MAC OS和windows都可以运行容器

容器 OS 是专门运行容器的操作系统。与常规 OS 相比，容器 OS 通常体积更小，启动更快。因为是为容器定制的 OS，通常它们运行容器的效率会更高。

目前已经存在不少容器 OS，CoreOS、atomic 和 ubuntu core 是其中的杰出代表。

 

容器平台技术

容器核心技术能够让让容器在单个主机上运行，容器平台技术能够让容器作为集群在分布式环境中运行。容器平台技术如下图：

 

分为容器编排技术、容器管理平台、基于容器的PaaS。

 

容器编排引擎

基于容器的应用一般会采用微服务架构。在这中间架构下，应用被划分成不同的组件，并以服务的方式运行在各个容器中，通过API对外提供服务，为了保证服务的高可用，每个组件会运行多个相同的容器。

这些容器会组成集群，集群中的容器会根据业务动态的创建、迁移和销毁。

这样基于微服务架构的系统实际上是一个动态可伸缩的系统。容器编排引擎就排上用场了。

编排（orchestration），通常包括容器管理、调度、集群定义和服务发现。通过容器编排引擎、容器被有机的组合成微服务应用，实现业务需求。

docker swarm 是 Docker 开发的容器编排引擎。

kubernetes 是 Google 领导开发的开源容器编排引擎，同时支持 Docker 和 CoreOS 容器。

mesos 是一个通用的集群资源调度平台，mesos 与 marathon 一起提供容器编排引擎功能。

以上三者是当前主流的容器编排引擎。

容器管理平台

容器管理平台是在容器编排引擎之上的一个更为通用的平台。通常容器管理平台能够支持多个编排引擎，抽象了编排引擎的底层实现细节。

比如：application catalog和一键应用部署

Rancher和Containership是容器管理平台的典型代表

 

容器支持技术

 

 容器网络

 容器使得网络变得复杂，用户需要专门的解决方案来管理容器与容器，容器与其他实体之间的连通性和隔离性。

docker network是docker原生的解决方案。

 

服务发现

微服务的最大特点是动态变化，当负载增加时，集群会自动创建新的容器；负载减小，多余的容器就会被销毁。容器也会根据主机的资源情况在不同主机上迁移，容器的IP和端口也随之改变。

在这种情况下，必须要让客户端能够知道如何访问容器提供的服务。这就是服务发现的工作。

服务发现会保存集群中所有微服务的最新信息，比如IP和端口，对外提供的API，提供服务和查询等。

比较主流的是etcd,consul，zookeeper。

 

制作第一个容器

准备这些条件：

1.一个Ubuntu系统

2.这个系统能够联网，最起码ping www.baidu.com是可以的

这些准备条件准备好了，接下来就开始做准备工作。

Docker 分为开源免费的 CE（Community Edition）版本和收费的 EE（Enterprise Edition）版本。下面我们将按照文档，通过以下步骤在 Ubuntu 16.04 上安装 Docker CE 版本。

这里下载的是CE版本。

 

 

配置Docker的apt源

打开ubuntu虚拟机，ping 一下百度

OK，可以的，因为制作容器的过程中需要联网，这个条件是必要的。

1.安装包，允许 apt 命令 HTTPS 访问 Docker 源。执行命令：

sodo apt-get install apt-transport-https ca-certificate curl software-properties-common

 然后会下载一些东西，等待下载完成即可

2.添加 Docker 官方的 GPG
sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

3.将Docker的源添加到/etc/apt/source.list

sodu add-apt-repository  "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs)  stable"

4.刷新apt源

sudo apt-get update

5.安装Docker

sudo apt-get install docker-ce

这步完成之后，Docker也就安装完成了，是不是很简单，接下来就是如何使用Dokcer的问题了。

 

下载你的第一个容器：

docker run -d -p 80:80 httpd

这个过程是，首先docker发现主机上没有http，然后就会去下载（镜像中已经安装好了 Apache HTTP Server），下载完毕之后再运行运行，将容器的80端口映射到主机的80端口。

 

接下来检测一下容器是否正常运行，浏览器中输入该主机的IP，我这里是192.168.90.71

OK，web服务器运行成功！

Docker的第一个helloworld也就大功告成！

 

 

什么是容器？

容器是一个自包含，可移植，轻量级的软件打包技术。是应用程序在任何地方几乎以相同方式运行。开发人员在开发机上创建好容器，无需任何修改就能在虚拟机，云服务器或公有云主机上运行。

 

容器与虚拟机

容器有两部分组成：

1.应用程序本身

2.应用程序所依赖的环境，库

容器在主机中运行，与操作系统中其他的进程隔离，这一点区别于虚拟机。

 

传统的虚拟机技术，如：vmvare，他是创建一个完整的虚拟机，为了运行应用程序，部署系统，还需要安装整个操作系统（几十GB），

下图展示了两者的区别：

从右图中可以看见，所有容器都共享一个系统，对于虚拟机来说，都是一个单独的系统。

启动容器不需要启动整个系统，所以容器部署和启动速度更快，开销更小，也更容易迁移。

 

为什么要使用容器技术？

因为方便。这取决于容器使得软件具备超强的可移植能力。

 

现如今软件开发的部署相对于以前来说，要复杂很多，开发人员需要使用多种服务构建和组装应用，而且系统还可能会部署到不同的环境中。

而且这个服务都有自己依赖的库和环境，还有可能存在着动态迁移到不同的环境中。

大家做过软件开发的都知道，软件部署是一件很麻烦的事情，那么有没有一种技术使得软件部署很平滑呢？

 

开发人员受到了集装箱的启发。

以前运送货物，会担心货物类型不同而担心损失，比如运送的食物被其他货物压坏了。后来人们发明了集装箱，标准集装箱可以被高效地装卸、重叠和长途运输。现代化的起重机可以自动在卡车、轮船和火车之间移动集装箱。集装箱被誉为运输业与世界贸易最重要的发明。

Docker 将集装箱思想运用到软件打包上，为代码提供了一个基于容器的标准化运输系统。Docker 可以将任何应用及其依赖打包成一个轻量级、可移植、自包含的容器。容器可以运行在几乎所有的操作系统上。

容器意味着环境隔离和可重复性。开发人员只需为应用创建一次运行环境，然后打包成容器便可在其他机器上运行。另外，容器环境与所在的 Host 环境是隔离的，就像虚拟机一样，但更快更简单。

 

 

Docker的核心组件：

1.Docker客户端 - Client

2.Docker服务器 - Docker deamon

3.Docker镜像 - Image

4.仓库 - Registry

5.Docker容器 - Container

 

Docker架构图如下：

Docker采用的是C/S架构，客户端向服务器发送请求，服务器负责创建、运行和分发容器。

 

Docker客户端：

Docker客户端的命令如下：

 

Docker服务器：

Docker deamon是服务器组件，以Linux后台服务方式运行。

Docker daemon 运行在 Docker host 上，负责创建、运行、监控容器，构建、存储镜像。

默认配置下，Docker daemon 只能响应来自本地 Host 的客户端请求。如果要允许远程客户端请求，需要在配置文件中打开 TCP 监听，步骤如下：

　　1.编辑配置文件 /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/docker.service，在环境变量 -H tcp://0.0.0.0，允许来自任意 IP 的客户端连接。

　　2.重启 Docker daemon。

　　3.服务器 IP 为 192.168.56.102，客户端在命令行里加上 -H 参数，即可与远程服务器通信

 

Docker镜像 ：

可将Docker镜像看成一个只读模板。一个镜像里可能含有一个系统，或者一个Tomcat。

镜像有多种生成方法：

1. 可以从无到有开始创建镜像

2. 也可以下载并使用别人创建好的现成的镜像

3. 还可以在现有镜像上创建新的镜像

我们可以将镜像的内容和创建步骤描述在一个文本文件中，这个文件被称作 Dockerfile，通过执行 docker build <docker-file> 命令可以构建出 Docker 镜像。

 

Docker容器：

Docker容器就是Docker运行的环境。对于软件而言，镜像像是生命周期的构建和打包阶段，容器则是启动和运行阶段。

 

Docker仓库Registry：

镜像有多种生成方法：

1. 可以从无到有开始创建镜像

2. 也可以下载并使用别人创建好的现成的镜像

3. 还可以在现有镜像上创建新的镜像

我们可以将镜像的内容和创建步骤描述在一个文本文件中，这个文件被称作 Dockerfile，通过执行 docker build <docker-file> 命令可以构建出 Docker 镜像.

docker pull 命令是从Registry下载镜像

docker run命令是先下载镜像 然后再启动容器

 

下面看一个运行实例：

1. Docker 客户端执行 docker run 命令。

2. Docker daemon 发现本地没有 httpd 镜像。

3. daemon 从 Docker Hub 下载镜像。

4. 下载完成，镜像 httpd 被保存到本地。

5. Docker daemon 启动容器。

docker images 可以看下已经下载到本地的镜像。

 

dokcer ps 可以查看哪些容器正在运行

 

 

镜像的分层结构：

实际上，Docker Hub 中 99% 的镜像都是通过在 base 镜像中安装和配置需要的软件构建出来的。比如我们现在构建一个新的镜像，Dockerfile 如下：

① 新镜像不再是从 scratch 开始，而是直接在 Debian base 镜像上构建。
② 安装 emacs 编辑器。
③ 安装 apache2。
④ 容器启动时运行 bash。

 构建过程如下图所示：

 

可以看到，新镜像是从 base 镜像一层一层叠加生成的。每安装一个软件，就在现有镜像的基础上增加一层。

问什么 Docker 镜像要采用这种分层结构呢？

最大的一个好处就是 - 共享资源。

比如：有多个镜像都从相同的 base 镜像构建而来，那么 Docker Host 只需在磁盘上保存一份 base 镜像；同时内存中也只需加载一份 base 镜像，就可以为所有容器服务了。而且镜像的每一层都可以被共享，我们将在后面更深入地讨论这个特性。

这时可能就有人会问了：如果多个容器共享一份基础镜像，当某个容器修改了基础镜像的内容，比如 /etc 下的文件，这时其他容器的 /etc 是否也会被修改？

答案是不会！
修改会被限制在单个容器内。因为容器的Copy-on-Write特性

可写的容器层

当容器启动时，一个新的可写层被加载到镜像的顶部。
这一层通常被称作“容器层”，“容器层”之下的都叫“镜像层”。

所有对容器的改动 - 无论添加、删除、还是修改文件都只会发生在容器层中。

1. 1. 添加文件
      在容器中创建文件时，新文件被添加到容器层中。

   2. 读取文件 在容器中读取某个文件时，Docker 会从上往下依次在各镜像层中查找此文件。一旦找到，立即将其复制到容器层，然后打开并读入内存。

   3. 修改文件 在容器中修改已存在的文件时，Docker 会从上往下依次在各镜像层中查找此文件。一旦找到，立即将其复制到容器层，然后修改之。

   4. 删除文件 在容器中删除文件时，Docker 也是从上往下依次在镜像层中查找此文件。找到后，会在容器层中记录下此删除操作。

 

只有当需要修改时才复制一份数据，这种特性被称作 Copy-on-Write。可见，容器层保存的是镜像变化的部分，不会对镜像本身进行任何修改。

这样就解释了我们前面提出的问题：容器层记录对镜像的修改，所有镜像层都是只读的，不会被容器修改，所以镜像可以被多个容器共享。

 

如何构建镜像

使用现成镜像的好处除了省去自己做镜像的工作量外，更重要的是可以利用前人的经验。特别是使用那些官方镜像，因为 Docker 的工程师知道如何更好的在容器中运行软件。

当然，某些情况下我们也不得不自己构建镜像，比如：

1. 找不到现成的镜像，比如自己开发的应用程序。

2. 需要在镜像中加入特定的功能，比如官方镜像几乎都不提供 ssh。

所以本节我们将介绍构建镜像的方法。同时分析构建的过程也能够加深我们对前面镜像分层结构的理解。

Docker 提供了两种构建镜像的方法：

1. docker commit 命令

2. Dockerfile 构建文件

Docker官方推荐使用Dockerfile构建镜像。

 

 镜像缓存

Docker 会缓存已有镜像的镜像层，构建新镜像时，如果某镜像层已经存在，就直接使用，无需重新创建。

Dockerfile 中每一个指令都会创建一个镜像层，上层是依赖于下层的。无论什么时候，只要某一层发生变化，其上面所有层的缓存都会失效。

也就是说，如果我们改变 Dockerfile 指令的执行顺序，或者修改或添加指令，都会使缓存失效。

 DockerFile

 

 

Dockerfile指令说明
指令	说明	用法
FROM	指定base镜像	两种用法： 1.FROM <image> 指定基础image为该image的最后修改的版本 2.FROM <image>:<tag> 指定基础image为该image的一个tag版本。
MAINTAINER	设置镜像的作者，用于将image的制作者相关的信息写入到image中	MAINTAINER <name>
RUN	在容器中运行制定的命令， 一般用于装软件	两种格式： 1.RUN <command> (the command is run in a shell - `/bin/sh -c`)   2.RUN ["executable", "param1", "param2" ... ]  (exec form)
CMD	（设置container启动时执行的操作）	三种方式 CMD ["executable","param1","param2"]   2.CMD command param1 param2 (as a shell) 第三种方式：当指定了ENTRYPOINT，那么使用下面的格式 CMD ["param1","param2"] (as default parameters to ENTRYPOINT)    ENTRYPOINT指定的是一个可执行的脚本或者程序的路径，该指定的脚本或者程序将会以param1和param2作为参数执行。所以如果CMD指令使用上面的形式，那么Dockerfile中必须要有配套的ENTRYPOINT。
ENTRYPOINT	配置容器启动后执行的命令，并且不可被 docker run 提供的参数覆盖。   每个 Dockerfile 中只能有一个 ENTRYPOINT，当指定多个时，只有最后一个起效。	ENTRYPOINT ["executable", "param1", "param2"] (like an exec, the preferred form)   ENTRYPOINT command param1 param2 (as a shell)   该指令的使用分为两种情况，一种是独自使用，另一种和CMD指令配合使用。   当独自使用时，如果你还使用了CMD命令且CMD是一个完整的可执行的命令，那么CMD指令和ENTRYPOINT会互相覆盖只有最后一个CMD或者ENTRYPOINT有效。 # CMD指令将不会被执行，只有ENTRYPOINT指令被执行   CMD echo “Hello, World!”   ENTRYPOINT ls -l     另一种用法和CMD指令配合使用来指定ENTRYPOINT的默认参数，这时CMD指令不是一个完整的可执行命令，仅仅是参数部分；ENTRYPOINT指令只能使用JSON方式指定执行命令，而不能指定参数。 FROM ubuntu   CMD ["-l"]   ENTRYPOINT ["/usr/bin/ls"]
EXPOSE	设置指令，该指令会将容器中的端口映射成宿主机器中的某个端口。当你需要访问容器的时候，可以不是用容器的IP地址而是使用宿主机器的IP地址和映射后的端口。要完成整个操作需要两个步骤，首先在Dockerfile使用EXPOSE设置需要映射的容器端口，然后在运行容器的时候指定-p选项加上EXPOSE设置的端口，这样EXPOSE设置的端口号会被随机映射成宿主机器中的一个端口号。	EXPOSE <port> [<port>...]
ENV	用于设置环境变量	设置了后，后续的RUN命令都可以使用，容器启动后，可以通过docker inspect查看这个环境变量，也可以通过在docker run --env key=value时设置或修改环境变量。 假如你安装了JAVA程序，需要设置JAVA_HOME，那么可以在Dockerfile中这样写： ENV JAVA_HOME /path/to/java/dirent
ADD	从src复制文件到容器的dest路径 如果是一个目录，那么会将该目录下的所有文件添加到容器中，不包括目录；如果文件是可识别的压缩格式，则docker会帮忙解压缩（注意压缩格式）	ADD  <src>  <dist> <src>是相对被构建的源目录的相对路径，可以是文件或目录的路径，也可以是一个远程的文件url; <dist>是容器的绝对路径
VOLUMN	设置指令，使容器中的一个目录具有持久化存储数据的功能，该目录可以被容器本身使用，也可以共享给其他容器使用。我们知道容器使用的是AUFS，这种文件系统不能持久化数据，当容器关闭后，所有的更改都会丢失。当容器中的应用有持久化数据的需求时可以在Dockerfile中使用该指令。	VOLUME ["<mountpoint>"]   例： FROM unbuntu VOLUMN [“/tmp/data”]运行通过该Dockerfile生成image的容器，/tmp/data目录中的数据在容器关闭后，里面的数据还存在。
WORKDIR	可以多次切换(相当于cd命令)，对RUN,CMD,ENTRYPOINT生效。	例：# 在 /p1/p2 下执行 vim a.txt       WORKDIR /p1 WORKDIR p2 RUN vim a.txt

 

 

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