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Docker 存储驱动与公共云部署指南
1. Docker 存储驱动概述
在 Docker 应用中，存储驱动的选择至关重要，不同的存储驱动在性能、稳定性和适用场景上存在差异。
1.1 各存储驱动的特性
| 存储驱动 | 特性 | 适用场景 | 性能表现 |
|---|---|---|---|
| Device Mapper | 每次容器更新现有数据时，存储驱动执行写时复制（CoW）操作，从镜像快照复制到容器快照 | 适用于某些特定的企业级应用场景 | 性能较差，对容器性能有明显影响 |
| AuFS | 能在运行的容器间高效共享镜像，启动时间快，磁盘空间使用少，能高效利用系统页面缓存 | 适用于平台即服务（PaaS）等对容器密度要求高的场景 | 性能较好 |
| OverlayFS | 类似于 AuFS，但设计更简单，可能更快 | 未来可能替代 AuFS，但目前在生产环境中不够成熟 | 具有潜力，但目前不适用于生产环境 |
1.2 存储驱动选择建议
用户应根据应用的使用场景和所需的稳定性来选择 Docker 存储驱动，也可使用发行版 Docker 包安装的默认驱动。例如，若主机系统是 RHEL 或其变体，默认存储驱动是 Device Mapper；对于 Ubuntu，默认驱动是 AuFS。
2. Docker 数据卷管理
数据卷管理是 Docker 应用中的重要环节，以下介绍四种常见的数据存储方式及其优缺点。
2.1 四种数据存储方式
- 将数据存储在 Docker 容器内 ：这是最基本的方式，但在生产环境中管理和处理数据缺乏灵活性。
- 使用仅用于存储数据的容器 ：有助于提供一定的可靠性，但依赖主机的可用性。
- 直接将数据存储在主机上 ：同样能提供可靠性，但也依赖主机的可用性。
- 使用第三方卷插件（如 Flocker 或 Convoy） ：将数据存储在单独的块中，解决了上述方式的问题，即使容器在主机间转移或容器死亡，数据仍具有可靠性。
3. Amazon EC2 容器服务（Amazon ECS）
3.1 Amazon ECS 架构
Amazon ECS 的核心架构由集群管理器和调度器管理器组成。
-
集群管理器
：负责集群协调和状态管理任务，其状态存储在键/值存储中，为保证健壮性和可扩展性，该存储需具备持久性、可用性，并能抵御网络分区和硬件故障。通过维护基于事务日志的数据存储来实现并发控制。同时，集群管理器开放了一组 API，用户可通过列表命令检索管理的集群、运行的任务和 EC2 实例，通过描述命令获取特定 EC2 实例及其可用资源的详细信息。
-
调度器管理器
：位于集群管理器之上，二者相互解耦，允许客户构建自己的调度器。
资源池包括由容器划分的 Amazon EC2 实例的 CPU、内存和网络资源。Amazon ECS 通过在每个 EC2 实例上运行的开源 Amazon ECS 容器代理来协调集群，根据调度器的请求启动、停止和监控容器。
graph LR
classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
A(集群管理器):::process --> B(调度器管理器):::process
B --> C(ECS 容器代理):::process
C --> D(EC2 实例):::process
A --> E(键/值存储):::process
E --> F(事务日志数据存储):::process
A --> G(API):::process
G --> H(列表命令):::process
G --> I(描述命令):::process
3.2 故障排除 - AWS ECS 部署
以下是在 AWS 上设置 ECS 的基本步骤，可帮助排除基本配置错误。
1.
启动 EC2 容器服务
：从 AWS 控制台的“计算”中启动 EC2 容器服务，点击“开始使用”按钮。
2.
创建资源
：在下一步屏幕中，选择部署示例应用程序、创建和管理私有存储库。提供存储库名称，生成容器镜像需要推送的存储库地址。
3.
安装和配置 AWS CLI
：使用 pip 包管理器安装 AWS CLI。
$ pip install awscl
使用
aws configure
命令并提供 AWS 访问密钥 ID 和 AWS 秘密访问密钥进行登录。
$ aws configure
AWS Access Key ID [None]:
AWS Secret Access Key [None]:
Default region name [None]:
Default output format [None]:
- 认证 Docker 客户端 ：获取 Docker 登录命令，将本地 Docker 客户端认证到私有 AWS 注册表。
$ aws ecr get-login --region us-east-1
docker login -u AWS -p Key...
使用上述命令的输出链接配置 Docker 客户端，使其与部署在 AWS 中的私有存储库配合使用。
$ docker login -u AWS -p Key...
Flag --email has been deprecated, will be removed in 1.13.
Login Succeeded
- 标记并推送镜像 ：标记 nginx 基本容器镜像，将其推送到私有存储库。
$ docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
nginx latest 19146d5729dc 6 days ago 181.6 MB
$ docker tag nginx:latest private-repo.amazonaws.com/sample:latest
$ docker push private-repo.amazonaws.com/sample:latest
The push refers to a repository [private-repo.amazonaws.com/sample]
e03d01018b72: Pushed
ee3b1534c826: Pushing [==>] 2.674 MB/58.56 MB
b6ca02dfe5e6: Pushing [>] 1.064 MB/123.1 MB
... Image successfully pushed
- 创建任务定义 ：定义要运行的 Docker 镜像、分配的资源、挂载的卷、链接的 Docker 容器、启动时运行的命令、设置的环境变量、任务使用的 IAM 角色、是否为特权 Docker 容器、Docker 容器的标签、端口映射和网络以及 Docker 网络模式等。
- 声明服务 ：对于持续运行的任务（如 Web 服务），声明服务可在 ECS 集群中同时运行和维护指定数量的任务定义。若任务失败，Amazon ECS 服务调度器会启动另一个实例，以维持服务中所需的任务数量。还可选择在负载均衡器后面运行所需数量的任务，Amazon ECS 支持配置弹性负载均衡，负载均衡器可配置为应用程序负载均衡器或经典负载均衡器。
- 配置集群 ：配置集群，默认定义 t2.micro 为 EC2 实例类型，当前实例数量为 1。
- 部署和查看服务 ：审查配置并部署 ECS 集群，创建集群后，点击“查看服务”按钮查看服务详细信息，点击 EC2 容器负载均衡器获取可公开访问的服务 URL，在负载均衡器的描述中，DNS 名称即为从互联网访问服务的 URL，访问该 URL 可看到“Welcome to nginx”页面。
3.3 更新 ECS 集群中的 Docker 容器
在持续交付模型中，通常需要更新容器和服务。可采用蓝绿部署方式，实现快速回滚。
1.
创建新的任务定义
：选择创建的 ECS 任务，点击“创建新任务定义”按钮。
2.
更新任务定义
：在新的任务定义中，可附加新容器或点击容器定义进行更新，还可使用高级容器配置设置环境变量。
3.
更新服务
：创建最新任务后，点击“操作”，然后点击“更新服务”。在更新过程中，可设置任务数量和自动缩放选项等。自动缩放组会根据所需信息启动，使用缩放策略可对集群实例和服务进行缩放，当需求减少时可安全地缩小规模。可用性区域感知的 ECS 调度器可管理、分配和缩放集群，使架构具有高可用性。
4. 微软 Azure 容器服务
4.1 微软 Azure 容器服务架构
Azure 是目前市场上发展最快的基础设施服务之一，支持按需扩展、创建混合环境和处理大数据。Azure 容器服务可部署开源容器集群和编排解决方案，通过 Azure 门户的简单 UI 和 CLI 支持，能部署基于 DC/OS（Marathon）、Kubernetes 和 Swarm 的容器集群。
微软 Azure 是首个官方支持主流容器编排引擎的公共云，其 Azure 容器服务引擎在 GitHub 上开源。Azure 资源管理器（ARM）模板是通过 ACS API 部署集群的基础，ACS 引擎用 Go 语言构建，用户可组合不同的配置片段，构建用于部署集群的最终模板。
Azure 容器引擎具有以下特性：
| 特性 | 说明 |
| — | — |
| 编排器选择 | 可选择 DC/OS、Kubernetes 或 Swarm 等编排器 |
| 多代理池 | 包含可用性集和虚拟机集 |
| Docker 集群规模 | 最大支持 1200 个节点 |
| 自定义 vNET 支持 | 支持自定义虚拟网络 |
Azure 容器服务主要以 DC/OS 为关键组件构建，其架构有三个基本组件：
-
Azure 计算
：负责管理 VM 健康。
-
Mesos
：用于容器健康管理。
-
Swarm
：用于 Docker API 管理。
graph LR
classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
A(Azure 容器服务):::process --> B(Azure 计算):::process
A --> C(Mesos):::process
A --> D(Swarm):::process
B --> E(VM 健康管理):::process
C --> F(容器健康管理):::process
D --> G(Docker API 管理):::process
4.2 故障排除 - 微软 Azure 容器服务
以下是在 Microsoft Azure 上部署 Docker Swarm 集群并提供编排器配置详细信息的步骤：
1.
创建 RSA 密钥
：创建 RSA 密钥，用于部署后登录到已部署的机器。
$ ssh-keygen
生成的密钥可在
~/root/id_rsa
中找到。
2.
搜索并选择服务
：在 Azure 账户门户中点击“新建”按钮，搜索“Azure 容器服务”并选择它。
3.
选择部署模型
：选择资源管理器作为部署模型，然后点击“创建”按钮。
4.
配置基本设置
：在基本设置页面，需要提供以下信息：
-
用户名
：作为 Docker Swarm 集群中部署的虚拟机的管理员。
-
SSH 公钥
：即步骤 1 中创建的 SSH 公钥。
-
资源组
：指定资源组名称来创建新的资源组。
5.
选择编排器配置
：根据需要选择编排器配置，如 Swarm、DC/OS 或 Kubernetes。
6.
提供详细配置
：提供编排器配置、代理数量、主节点数量，还可根据需要提供 DNS 前缀（如 dockerswarm）。
7.
检查并部署
：检查摘要，验证通过后点击“确定”，在下一步屏幕上点击“购买”按钮进行部署。
8.
查看部署状态
：部署开始后，可在 Azure 主仪表板上查看状态。
9.
连接到主节点
：Docker Swarm 集群创建完成后，从仪表板显示的 Docker Swarm 资源中点击“swarm - master”。在“swarm - master”的“基本信息”部分，可找到 DNS 条目。使用以下命令通过 SSH 连接到 swarm - master：
ssh <DNS_FROM_FIELD> -A -p 2200 -i <PUB_FILE_LOCATION>
连接到主节点后，即可执行基本的 Docker Swarm 命令，并在部署于 Microsoft Azure 的 Swarm 集群上进行容器部署。
综上所述，无论是 Amazon ECS 还是微软 Azure 容器服务，都为 Docker 容器的部署和管理提供了强大的支持。用户可根据自身的业务需求、技术栈和预算等因素，选择适合的云平台和相应的配置，以实现高效、稳定的容器化应用部署。同时，在实际操作过程中，要注意各平台的特性和配置要点，遇到问题时可按照上述的故障排除步骤进行解决。
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