22、云环境下的 Docker 与容器编排实践

云环境下的 Docker 与容器编排实践

1. Google Cloud 中的 Docker 使用

1.1 拉取 Docker 镜像

在 Google Cloud 环境中，可以使用以下命令从 Google Container Registry 拉取镜像：

sudo gcloud docker pull gcr.io/sylvan_plane_862/busybox

执行该命令后，会看到镜像的下载过程，示例输出如下：

Pulling repository gcr.io/sylvan_plane_862/busybox
a9eb17255234: Download complete
511136ea3c5a: Download complete
42eed7f1bf2a: Download complete
120e218dd395: Download complete
Status: Downloaded newer image for gcr.io/sylvan_plane_862/busybox:latest

可以使用以下命令查看已下载的镜像：

sudo docker images | grep busybox

若要从 GCE 实例推送镜像，需以正确的范围启动实例：

--scopes https://www.googleapis.com/auth/devstorage.read_write

1.2 使用 Google Container 实例

1.2.1 问题与解决方案

当你知道如何在 Google GCE 中启动实例并在启动时配置 Docker，但希望使用已配置好 Docker 的镜像时，可以使用 GCE 提供的容器优化镜像。
操作步骤如下：
1. 使用以下命令设置项目 ID：

gcloud config set project <project_id>

2. 列出可用的镜像：

gcloud compute images list

部分输出示例如下：
| NAME | PROJECT | ALIAS | DEPRECATED | STATUS |
| — | — | — | — | — |
| container - vm - v20141208 | google - containers | container - vm | | READY |
| container - vm - v20150112 | google - containers | container - vm | | READY |
| container - vm - v20150129 | google - containers | container - vm | | READY |

这些基于 Debian 7 的镜像包含 Docker 守护进程和 Kubernetes kubelet 服务。kubelet 服务允许用户传递一个清单（称为 pod），描述需要在实例中运行的容器集。以下是一个简单的 pod 清单示例（YAML 格式）：

version: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx
      ports:
        - name: nginx
          hostPort: 80
          containerPort: 80

该清单描述了一个基于 nginx 镜像的单个容器，并暴露了端口 80。可以将此清单保存为 nginx.yml ，然后使用以下命令启动实例：

gcloud compute instances create cookbook - gce \
         --image container - vm \
         --metadata - from - file google - container - manifest = nginx.yml \
         --zone europe - west1 - c \
         --machine - type f1 - micro

在 Google GCE 控制台中，可以浏览已启动的实例，允许 HTTP 流量，并查看传递的容器清单。当 pod 清单中定义的容器启动后，在浏览器中访问实例的 IP 地址和端口 80，即可看到 Nginx 欢迎页面。

1.2.2 实例中的容器查看

如果通过 SSH 直接连接到实例，可以列出正在运行的容器：

gcloud compute ssh cookbook - gce

在实例中执行以下命令查看容器：

sudo docker ps

示例输出如下：
| CONTAINER ID | IMAGE | COMMAND |
| — | — | — |
| 1f83bb1197c9 | nginx:latest | “nginx - g ‘daemon of” |
| b1e6fed3ee20 | google/cadvisor:0.8.0 | “/usr/bin/cadvisor” |
| 79e879c48e9e | kubernetes/pause:go | “/pause” |
| 0c1a51ab2f94 | kubernetes/pause:go | “/pause” |

1.3 通过 GCE 使用 Kubernetes

1.3.1 问题与解决方案

当你想使用一组 Docker 主机并管理其上的容器，且希望将 Kubernetes 容器编排引擎作为托管云服务使用时，可以使用 Google Container Engine 服务。
操作步骤如下：
1. 更新 gcloud SDK 以使用容器引擎预览版：

gcloud components update

2. 使用以下命令创建一个 Kubernetes 集群：

gcloud container clusters create cook --num - nodes 1 --machine - type g1 - small

示例输出如下：

Creating cluster cook...done.
Created [https://container.googleapis.com/v1/projects/sylvan - plane - 862/zones/us - central1 - f/clusters/cook].
kubeconfig entry generated for cook.
NAME  ZONE           MASTER_VERSION  MASTER_IP      MACHINE_TYPE  STATUS
cook  us - central1 - f  1.0.3           104.197.33.61  g1 - small      RUNNING

创建集群时会生成一个 Kubernetes 配置文件 kubeconfig ，位于 ~/.kube/config ，包含容器集群的端点和使用凭证。

1.3.2 提交容器到集群

可以使用 kubectl 命令将容器提交到集群。以下是一个使用 tutum/wordpress 镜像启动容器的示例：

kubectl run wordpress --image = tutum/wordpress --port = 80

查看 pod 状态：

kubectl get pods

示例输出如下：
| NAME | READY | STATUS | RESTARTS | AGE |
| — | — | — | — | — |
| wordpress - 0d58l | 1/1 | Running | 0 | 1m |

为了将容器中运行的应用暴露到外部网络，需要创建一个 Kubernetes 服务：

kubectl expose rc wordpress --create - external - load - balancer = true

查看服务：

kubectl get services

示例输出如下：
| NAME | LABELS | SELECTOR | IP(S) | PORT(S) |
| — | — | — | — | — |
| wordpress | run = wordpress | run = wordpress | 10.95.252.182 | 80/TCP |
| | | | 104.154.82.185 | |

1.3.3 kubectl 的更多使用

kubectl 可用于管理 Kubernetes 集群中的所有资源，如 pods、services、replication controllers、nodes 等。以下是一些常用命令：

kubectl - h

部分输出如下：

Available Commands:
  get            Display one or many resources
  describe       Show details of a specific resource or group of resources
  create         Create a resource by filename or stdin
  replace        Replace a resource by filename or stdin.
  patch          Update field(s) of a resource by stdin.
  delete         Delete a resource by filename, stdin, resource and name, or ...

可以使用 -f 选项指定 JSON 或 YAML 文件来定义更高级的 pod。以下是一个使用 Kubernetes v1 API 版本的 JSON 格式的 pod 示例，用于启动 Nginx：

{
  "kind": "Pod",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {
    "name": "nginx",
    "labels": {
      "app": "nginx"
    }
  },
  "spec": {
    "containers": [
      {
        "name": "nginx",
        "image": "nginx",
        "ports": [
          {
            "containerPort": 80,
            "protocol": "TCP"
          }
        ]
      }
    ]
  }
}

启动 pod 并检查其状态：

kubectl create - f nginx.json
kubectl get pods

清理资源：

kubectl delete pods nginx
kubectl delete pods wordpress
gcloud container clusters delete cook

2. Amazon AWS EC2 容器服务（ECS）的使用

2.1 准备使用 ECS

2.1.1 问题与解决方案

当你想尝试新的 Amazon AWS EC2 容器服务（ECS）时，需要完成以下步骤：
1. 若未注册 AWS，需先注册。
2. 登录 AWS 控制台，确保在关联 VPC 的安全组内启动 ECS 实例。可以创建 VPC 和安全组，或使用默认的。
3. 前往 IAM 控制台，为 ECS 创建一个角色。若不熟悉 IAM，可参考 AWS ECS 文档逐步操作。
4. 为刚创建的角色创建一个内联策略。成功后，选择“Show Policy”链接应能看到相应策略。也可以使用 Boto 自动化创建此策略。
5. 安装最新的 AWS CLI，ECS API 在 1.7.0 或更高版本中可用。

sudo pip install awscli
aws --version
aws ecs help

6. 创建一个 AWS CLI 配置文件，包含创建的 IAM 用户的 API 密钥，并设置区域为 us - east - 1 ：

cat ~/.aws/config
[default]
output = table
region = us - east - 1
aws_access_key_id = <your AWS access key>
aws_secret_access_key = <your AWS secret key>

2.1.2 自动化创建策略

可以使用 Python Boto 客户端自动化创建策略，操作步骤如下：

git clone https://github.com/how2dock/docbook.git
sudo pip install boto
cp ~/.aws/config ~/.aws/credentials
cd ch08/ecs
./ecs - policy.py

该脚本会创建一个 ecs 角色、一个 ecspolicy 策略和一个 cookbook 实例配置文件。

2.2 创建 ECS 集群

2.2.1 问题与解决方案

当你准备好使用 ECS 后，想创建一个集群并在其中创建一些实例来运行容器时，可以使用 AWS CLI 探索新的 ECS API。常用命令如下：
- aws ecs list - clusters
- aws ecs create - cluster
- aws ecs describe - clusters
- aws ecs list - container - instances
- aws ecs delete - cluster

默认情况下，ECS 中有一个集群，但在启动实例之前，该集群处于非活动状态。可以使用以下命令描述默认集群：

aws ecs describe - clusters

示例输出如下：

---------------------------------------------------------------------
|                         DescribeClusters                          |
+-------------------------------------------------------------------+
||                            failures                             ||
|+------------------------------------------------------+----------+|
||                          arn                         | reason   ||
|+------------------------------------------------------+----------+|
||  arn:aws:ecs:us - east - 1:587534442583:cluster/default  |  MISSING ||
|+------------------------------------------------------+-----------+

目前，你最多可以创建两个 ECS 集群。

要激活该集群，可以使用 Boto 启动一个实例。使用的 AMI 是特定于 ECS 的，包含 ECS 代理。需要创建一个 SSH 密钥对以 SSH 到实例，并需要一个与具有 ECS 策略的角色关联的实例配置文件：

import boto
c = boto.connect_ec2()
c.run_instances('ami - 34ddbe5c', \
                    key_name='ecs', \
                    instance_type='t2.micro', \
                    instance_profile_name='cookbook')

启动一个实例后，等待其运行并在集群中注册。再次描述集群，会发现默认集群已变为活动状态，还可以列出容器实例：

aws ecs describe - clusters
aws ecs list - container - instances

2.2.2 创建自定义集群

除了使用默认集群，还可以创建自定义集群：

aws ecs create - cluster --cluster - name cookbook
aws ecs list - clusters

若要在新创建的集群中启动实例，需要在实例创建步骤中传递一些用户数据。可以使用以下 Boto 脚本实现：

#!/usr/bin/env python
import boto
import base64

userdata="""
#!/bin/bash
echo ECS_CLUSTER=cookbook >> /etc/ecs/ecs.config
"""
c = boto.connect_ec2()
c.run_instances('ami - 34ddbe5c', \
                key_name='ecs', \
                instance_type='t2.micro', \
                instance_profile_name='cookbook', \
                user_data=base64.b64encode(userdata))

完成集群使用后，可以使用以下命令删除集群：

aws ecs delete - cluster --cluster cookbook

2.3 在 ECS 集群上启动 Docker 容器

2.3.1 问题与解决方案

当你知道如何在 AWS 上创建 ECS 集群，并且准备在集群的实例上启动容器时，可以将容器或容器组定义在 JSON 格式的定义文件中，这称为任务。需要先注册任务，然后运行它。
以下是一个运行基于 Docker Hub 上 nginx 镜像的容器的任务定义示例：

[
  {
    "environment": [],
    "name": "nginx",
    "image": "nginx",
    "cpu": 10,
    "portMappings": [
      {
       "containerPort": 80,
       "hostPort": 80
      }
    ],
    "memory": 10,
    "essential": true
  }
]

注册任务：

aws ecs register - task - definition --family nginx \
                                   --cli - input - json file://$PWD/nginx.json
aws ecs list - task - definitions

启动容器：

aws ecs run - task --task - definition nginx:1 --count 1

停止容器：

aws ecs stop - task --task 6223f2d3 - 3689 - 4b3b - a110 - ea128350adb2

2.3.2 定义包含多个容器的任务

除了单个容器的任务，还可以定义包含链接容器的任务。以下是一个运行 WordPress 的任务定义示例，包含 wordpress 和 mysql 两个容器：

[
  {
    "image": "wordpress",
    "name": "wordpress",
    "cpu": 10,
    "memory": 200,
    "essential": true,
    "links": [
      "mysql"
    ],
    "portMappings": [
      {
        "containerPort": 80,
        "hostPort": 80
      }
    ],
    "environment": [
      {
        "name": "WORDPRESS_DB_NAME",
        "value": "wordpress"
      },
      {
        "name": "WORDPRESS_DB_USER",
        "value": "wordpress"
      },
      {
        "name": "WORDPRESS_DB_PASSWORD",
        "value": "wordpresspwd"
      }
    ]
  },
  {
    "image": "mysql",
    "name": "mysql",
    "cpu": 10,
    "memory": 200,
    "essential": true,
    "environment": [
      {
        "name": "MYSQL_ROOT_PASSWORD",
        "value": "wordpressdocker"
      },
      {
        "name": "MYSQL_DATABASE",
        "value": "wordpress"
      },
      {
        "name": "MYSQL_USER",
        "value": "wordpress"
      },
      {
        "name": "MYSQL_PASSWORD",
        "value": "wordpresspwd"
      }
    ]
  }
]

综上所述，本文详细介绍了在 Google Cloud 和 Amazon AWS 云环境中使用 Docker 和容器编排工具（Kubernetes 和 ECS）的方法和步骤，涵盖了从镜像拉取、集群创建到容器启动和管理的各个方面，希望能帮助你更好地在云环境中部署和管理容器化应用。

3. 云环境下 Docker 与容器编排的总结与建议

3.1 不同云服务的特点对比

云服务	特点	适用场景
Google Cloud	提供了集成的 Kubernetes 服务，易于创建和管理 Kubernetes 集群。有丰富的 Google 生态系统支持，如 Google Container Registry 等。	适合对 Kubernetes 有深入需求，希望借助 Google 云平台的强大功能进行容器编排和管理的用户。例如，开发基于 Google 云服务的分布式应用。
Amazon AWS ECS	是 Amazon 专门为容器管理设计的服务，与 AWS 其他服务（如 EC2、VPC 等）集成度高。	适合已经广泛使用 AWS 云服务的用户，希望在现有的 AWS 架构中无缝集成容器化应用。例如，在 AWS 上构建电商平台的后端服务。

3.2 操作流程总结

以下是 mermaid 格式的流程图，展示了在 Google Cloud 和 Amazon AWS 上使用容器服务的主要流程：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px

    A([开始]):::startend --> B{选择云服务}:::process
    B --> C(Google Cloud):::process
    B --> D(Amazon AWS):::process
    C --> E(拉取 Docker 镜像):::process
    E --> F(使用 Container 实例):::process
    F --> G(使用 Kubernetes 编排):::process
    D --> H(准备使用 ECS):::process
    H --> I(创建 ECS 集群):::process
    I --> J(启动 Docker 容器):::process
    G --> K([结束]):::startend
    J --> K

3.3 最佳实践建议

• 镜像管理 ：
  • 在 Google Cloud 中，使用 Google Container Registry 存储和管理镜像，确保镜像的安全性和可访问性。
  • 在 Amazon AWS 中，使用 Amazon ECR 进行镜像存储，与 ECS 服务紧密集成。
• 集群管理 ：
  • 对于 Google Cloud 的 Kubernetes 集群，定期更新集群版本，以获取最新的功能和安全补丁。
  • 在 Amazon AWS ECS 中，合理规划集群的节点数量和类型，根据应用的负载情况进行动态调整。
• 容器编排 ：
  • 使用 Kubernetes 的 Pod、Service 等资源对象进行容器编排，确保应用的高可用性和可扩展性。
  • 在 ECS 中，合理定义任务和服务，使用任务定义的版本管理功能进行应用的更新和回滚。

4. 常见问题及解决方法

4.1 Google Cloud 相关问题

问题	解决方法
拉取镜像失败	检查网络连接是否正常，确保 gcloud 配置正确，并且具有访问 Google Container Registry 的权限。
Kubernetes 集群创建失败	检查 gcloud SDK 版本是否为最新，确保有足够的资源配额创建集群。查看错误日志，根据提示进行相应的调整。
容器无法正常启动	检查 pod 清单文件是否正确，查看容器日志以获取详细的错误信息。确保镜像存在且可正常拉取。

4.2 Amazon AWS ECS 相关问题

问题	解决方法
准备 ECS 环境时策略创建失败	检查 IAM 权限是否足够，参考 AWS ECS 文档逐步创建策略。可以使用 Boto 脚本自动化创建策略，确保脚本运行环境正确。
ECS 集群创建后无实例注册	检查实例启动时使用的 AMI 是否为 ECS 特定的 AMI，确保实例配置文件关联的角色具有 ECS 策略。查看实例的日志，确认 ECS 代理是否正常运行。
任务启动失败	检查任务定义文件是否正确，确保镜像存在且可正常拉取。查看 ECS 任务日志，获取详细的错误信息。

5. 未来趋势展望

随着云计算和容器技术的不断发展，未来云环境下的 Docker 和容器编排将呈现以下趋势：
- 自动化程度提高 ：更多的自动化工具和平台将出现，减少人工操作，提高部署和管理效率。例如，自动根据应用负载调整集群规模。
- 跨云支持增强 ：用户希望能够在不同的云服务提供商之间灵活迁移和管理容器化应用，未来的容器编排工具将提供更好的跨云支持。
- 安全性提升 ：随着容器化应用的广泛使用，安全问题将更加受到关注。云服务提供商将加强容器安全防护，提供更多的安全功能和工具。

总之，掌握云环境下 Docker 和容器编排的技术，对于开发和运维人员来说至关重要。通过不断学习和实践，结合不同云服务的特点和最佳实践，能够更好地应对未来的挑战，构建高效、稳定的容器化应用。