Kubernetes进阶-1走进Docker的世界

已于 2024-07-17 17:10:17 修改
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文章标签： kubernetes docker 容器
于 2024-07-17 16:26:35 首次发布
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走进Docker的世界

介绍docker的前世今生，了解docker的实现原理，以Django项目为例，带大家如何编写最佳的Dockerfile构建镜像。通过本章的学习，大家会知道docker的概念及基本操作，并学会构建自己的业务镜像，并通过抓包的方式掌握Docker最常用的bridge网络模式的通信。

认识docker
  • why
  • what
  • how
为什么出现docker

需要一种轻量、高效的虚拟化能力

在这里插入图片描述

Docker 公司位于旧金山,原名dotCloud，底层利用了Linux容器技术（LXC）（在操作系统中实现资源隔离与限制）。为了方便创建和管理这些容器，dotCloud 开发了一套内部工具，之后被命名为“Docker”。Docker就是这样诞生的。

Hypervisor： 一种运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层，可允许多个操作系统和应用共享硬件 。常见的VMware的 Workstation 、ESXi、微软的Hyper-V或者思杰的XenServer。

Container Runtime：通过Linux内核虚拟化能力管理多个容器，多个容器共享一套操作系统内核。因此摘掉了内核占用的空间及运行所需要的耗时，使得容器极其轻量与快速。

什么是docker

基于操作系统内核，提供轻量级虚拟化功能的CS架构的软件产品。

基于轻量的特性，解决软件交付过程中的环境依赖

docker能做什么

  • 可以把应用程序代码及运行依赖环境打包成镜像，作为交付介质，在各环境部署

  • 可以将镜像（image）启动成为容器(container)，并且提供多容器的生命周期进行管理（启、停、删）

  • container容器之间相互隔离，且每个容器可以设置资源限额

  • 提供轻量级虚拟化功能，容器就是在宿主机中的一个个的虚拟的空间，彼此相互隔离，完全独立

版本管理
  • Docker 引擎主要有两个版本：企业版（EE）和社区版（CE）
  • 每个季度(1-3,4-6,7-9,10-12)，企业版和社区版都会发布一个稳定版本(Stable)。社区版本会提供 4 个月的支持，而企业版本会提供 12 个月的支持
  • 每个月社区版还会通过 Edge 方式发布月度版
  • 从 2017 年第一季度开始，Docker 版本号遵循 YY.MM-xx 格式，类似于 Ubuntu 等项目。例如，2018 年 6 月第一次发布的社区版本为 18.06.0-ce

发展史

13年成立，15年开始，迎来了飞速发展。

Docker 1.8之前，使用LXC，Docker在上层做了封装， 把LXC复杂的容器创建与使用方式简化为自己的一套命令体系。

之后，为了实现跨平台等复杂的场景，Docker抽出了libcontainer项目，把对namespace、cgroup的操作封装在libcontainer项目里，支持不同的平台类型。

2015年6月，Docker牵头成立了 OCI（Open Container Initiative开放容器计划）组织，这个组织的目的是建立起一个围绕容器的通用标准 。 容器格式标准是一种不受上层结构绑定的协议，即不限于某种特定操作系统、硬件、CPU架构、公有云等 ， 允许任何人在遵循该标准的情况下开发应用容器技术，这使得容器技术有了一个更广阔的发展空间。

OCI成立后，libcontainer 交给OCI组织来维护，但是libcontainer中只包含了与kernel交互的库，因此基于libcontainer项目，后面又加入了一个CLI工具，并且项目改名为runC (https://github.com/opencontainers/runc )， 目前runC已经成为一个功能强大的runtime工具。

Docker也做了架构调整。将容器运行时相关的程序从docker daemon剥离出来，形成了containerd。containerd向上为Docker Daemon提供了gRPC接口，使得Docker Daemon屏蔽下面的结构变化，确保原有接口向下兼容。向下通过containerd-shim结合runC，使得引擎可以独立升级，避免之前Docker Daemon升级会导致所有容器不可用的问题。

也就是说

  • runC（libcontainer）是符合OCI标准的一个实现，与底层系统交互
  • containerd是实现了OCI之上的容器的高级功能，比如镜像管理、容器执行的调用等
  • Dockerd目前是最上层与CLI交互的进程，接收cli的请求并与containerd协作
小结
  1. 为了提供一种更加轻量的虚拟化技术，docker出现了
  2. 借助于docker容器的轻、快等特性，解决了软件交付过程中的环境依赖问题，使得docker得以快速发展
  3. Docker是一种CS架构的软件产品，可以把代码及依赖打包成镜像，作为交付介质，并且把镜像启动成为容器，提供容器生命周期的管理
  4. docker-ce，每季度发布stable版本。18.06，18.09，19.03
  5. 发展至今，docker已经通过制定OCI标准对最初的项目做了拆分，其中runC和containerd是docker的核心项目，理解docker整个请求的流程，对我们深入理解docker有很大的帮助
安装
配置宿主机网卡转发
## 若未配置，需要执行如下
$ cat <<EOF >  /etc/sysctl.d/docker.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
net.ipv4.ip_forward=1
EOF
$ sysctl -p /etc/sysctl.d/docker.conf
Yum安装配置docker
## 下载阿里源repo文件
$ curl -o /etc/yum.repos.d/Centos-7.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo
$ curl -o /etc/yum.repos.d/docker-ce.repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

$ yum clean all && yum makecache
## yum安装
$ yum install docker-ce-20.10.6 -y
## 查看源中可用版本
$ yum list docker-ce --showduplicates | sort -r
## 安装旧版本
##yum install -y docker-ce-18.09.9

## 配置源加速
## https://cr.console.aliyun.com/cn-hangzhou/instances/mirrors
mkdir -p /etc/docker
vi /etc/docker/daemon.json
{
   
  "registry-mirrors" : [
    "https://8xpk5wnt.mirror.aliyuncs.com"
  ]
}

## 设置开机自启
systemctl enable docker  
systemctl daemon-reload

## 启动docker
systemctl start docker 

## 查看docker信息
docker info

## docker-client
which docker
## docker daemon
ps aux |grep docker
## containerd
ps aux|grep containerd
systemctl status containerd
核心要素及常用操作详解

三大核心要素：镜像(Image)、容器(Container)、仓库(Registry)

镜像（Image）

打包了业务代码及运行环境的包，是静态的文件，不能直接对外提供服务。

容器（Container）

镜像的运行时，可以对外提供服务。

仓库（Registry）

存放镜像的地方

  • 公有仓库，Docker Hub，阿里，网易…
  • 私有仓库，企业内部搭建
    • Docker Registry，Docker官方提供的镜像仓库存储服务
    • Harbor, 是Docker Registry的更高级封装，它除了提供友好的Web UI界面，角色和用户权限管理，用户操作审计等功能
  • 镜像访问地址形式 registry.devops.com/demo/hello:latest,若没有前面的url地址，则默认寻找Docker Hub中的镜像，若没有tag标签，则使用latest作为标签。 比如，docker pull nginx，会被解析成docker.io/library/nginx:latest
  • 公有的仓库中，一般存在这么几类镜像
    • 操作系统基础镜像（centos，ubuntu，suse，alpine）
    • 中间件（nginx，redis，mysql，tomcat）
    • 语言编译环境（python，java，golang）
    • 业务镜像（django-demo…）

容器和仓库不会直接交互，都是以镜像为载体来操作。

  1. 查看镜像列表

    $ docker images

  2. 如何获取镜像

    • 从远程仓库拉取

      $ docker pull nginx:alpine
$ docker images

    • 使用tag命令

      $ docker tag nginx:alpine 172.21.51.143:5000/nginx:alpine
$ docker images

    • 本地构建

      $ docker build . -t my-nginx:ubuntu -f Dockerfile

  3. 如何通过镜像启动容器

    $ docker run --name my-nginx-alpine -d nginx:alpine

  4. 如何知道容器内部运行了什么程序？

    # 进入容器内部,分配一个tty终端
$ docker exec -ti my-nginx-alpine /bin/sh
# ps aux

  5. docker怎么知道容器启动后该执行什么命令？

    通过docker build来模拟构建一个nginx的镜像，

    • 创建Dockerfile

      # 告诉docker使用哪个基础镜像作为模板，后续命令都以这个镜像为基础 
FROM ubuntu

# RUN命令会在上面指定的镜像里执行命令 
RUN apt-get update && apt install -y nginx

#告诉docker，启动容器时执行如下命令
CMD ["/usr/sbin/nginx", "-g","daemon off;"]

    • 构建本地镜像

      $ docker build . -t my-nginx:ubuntu -f Dockerfile

  • 使用新镜像启动容器

       $ docker run --name my-nginx-ubuntu -d my-nginx:ubuntu

  • 进入容器查看进程

       $ docker exec -ti my-nginx-ubuntu /bin/sh
   # ps aux

  1. 如何访问容器内服务

    # 进入容器内部
$ docker exec -ti my-nginx-alpine /bin/sh
# ps aux|grep nginx
# curl localhost:80

  2. 宿主机中如何访问容器服务

    # 删掉旧服务,重新启动
$ docker rm -f my-nginx-alpine
$ docker run --name my-nginx-alpine -d -p 8080:80 nginx:alpine
$ curl 172.21.51.143:8080

  3. docker client如何与daemon通信

    # /var/run/docker.sock
$ docker run --name portainer -d -p 9001:9000 -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock portainer/portainer
操作演示

  1. 查看所有镜像：
$ docker images
  1. 拉取镜像:
$ docker pull nginx:alpine
  1. 如何唯一确定镜像:
  • image_id
  • repository:tag
$ docker images
REPOSITORY    TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
nginx         alpine              377c0837328f        2 weeks ago         19.7MB

  1. 导出镜像到文件中

    $ docker save -o nginx-alpine.tar nginx:alpine

  2. 从文件中加载镜像

    $ docker load -i nginx-alpine.tar

  3. 部署镜像仓库

    https://docs.docker.com/registry/

    ## 使用docker镜像启动镜像仓库服务
$ docker run -d -p 5000:5000 --restart always --name registry registry:2

## 默认仓库不带认证，若需要认证，参考https://docs.docker.com/registry/deploying/#restricting-access

  4. 推送本地镜像到镜像仓库中

    $ docker tag nginx:alpine localhost:5000/nginx:alpine
$ docker push localhost:5000/nginx:alpine

## 查看仓库内元数据
$ curl -X GET http://172.21.51.143:5000/v2/_catalog
$ curl -X GET http://172.21.51.143:5000/v2/nginx/tags/list

## 镜像仓库给外部访问，不能通过localhost，尝试使用内网地址172.21.51.143:5000/nginx:alpine
$ docker tag nginx:alpine 172.21.51.143:5000/nginx:alpine
$ docker push 172.21.51.143:5000/nginx:alpine
The push refers to repository [172.21.51.143:5000/nginx]
Get https://172.21.51.143:5000/v2/: http: server gave HTTP response to HTTPS client
## docker默认不允许向http的仓库地址推送，如何做成https的，参考：https://docs.docker.com/registry/deploying/#run-an-externally-accessible-registry
## 我们没有可信证书机构颁发的证书和域名，自签名证书需要在每个节点中拷贝证书文件，比较麻烦，因此我们通过配置daemon的方式，来跳过证书的验证：
$ cat /etc/docker/daemon.json
{
     
  "regis
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