docker核心技术

一. 从系统架构谈起

传统分层架构 vs 微服务

微服务改造

分离微服务的方法建议：

• 审视并发现可以分离的业务逻辑业务逻辑，在对业务领域不是特别熟悉的时候，按照部门职能进行划分，例如账号、财务等
• 寻找天生隔离的代码模块，可以借助于静态代码分析工具
• 如果可以闭环的解决一个用户场景，那么它应该是一个微服务
• 还可以根据访问频率进行区分划分，将用户高频访问的部分划分为一个服务，不同并发规模，不同内存需求的模块都可以分离出不同的微服务，此方法可提高资源利用率，节省成本
• 还可以根据读写进行划分

一些常用的可微服务化的组件：

• 用户和账户管理
• 授权和会话管理
• 系统配置
• 通知和通讯服务
• 照片，多媒体，元数据等

分解原则：基于 size， scope and capabilities

微服务间通讯

点对点：

• 多用于系统内部多组件之间通讯；
• 有大量的重复模块如认证授权；
• 缺少统一规范，如监控，审计等功能；
• 后期维护成本高，服务和服务的依赖关系错综复杂难以管理。

API 网关

• 基于一个轻量级的 message gateway
• 新 API 通过注册至 Gateway 实现
• 整合实现 Common function

为什么我们的服务不直接对外进行暴露？

• 前端（移动端、客户端、web）同学非常痛苦，需要对接多个服务，兼容性差，沟通效率低
• 后端同学也很痛苦，一年前的版本都有人使用，服务无法进行重构升级

为什么需要最外层的 api gateway?

• 基础库的同学非常痛苦，限流熔断安全等业务无关的功能需要进行升级的时候升不动

在内网主要看安全级别一般有三种：

• Full Trust：假定内网服务之间是安全的，在内网裸奔
• Half Trust：内网服务之间需要进行认证鉴权，但是不需要所有的都进行加密
• Zero Trust: 零信任，任务内部网络是不安全的，类似公网，所有的请求通过身份认证鉴权之后，都需要通过安全加密，防止被嗅探

https://www.microsoft.com/en-us/security/business/zero-trust

二. 理解 Docker

Docker是什么？

• 基于 Linux 内核的 Cgroup，Namespace，以及 Union FS 等技术，对进程进行封装隔离，属于操作系统层面的虚拟化技术，由于隔离的进程独立于宿主和其它的隔离的进程，因此也称其为容器。
• 最初实现是基于 LXC，从 0.7 以后开始去除 LXC，转而使用自行开发的 Libcontainer，从 1.11 开始，则进一步演进为使用 runC 和 Containerd。
• Docker 在容器的基础上，进行了进一步的封装，从文件系统、网络互联到进程隔离等等，极大的简化了容器的创建和维护，使得 Docker 技术比虚拟机技术更为轻便、快捷。

为什么要用 Docker？

• 更高效地利用系统资源
• 更快速的启动时间
• 一致的运行环境
• 持续交付和部署
• 更轻松地迁移
• 更轻松地维护和扩展
• ……

虚拟机和容器运行态的对比

性能对比

安装 Docker

ubuntu上安装Docker运行时，参考https://docs.docker.com/engine/install/ubuntu/

sudo apt-get update

sudo apt-get install \
apt-transport-https \
ca-certificates \
curl \
gnupg-agent \
software-properties-common

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

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

sudo apt-get update

sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

容器操作

启动

• docker run
  • -it 交互
  • -d 后台运行
  • -p 端口映射
  • -v 磁盘挂载

启动已终止的容器

• docker start

停止容器

• docker stop

查看容器进程

• docker ps

查看容器细节

• docker inspect

进入容器

• Docker attach：
  • 通过 nsenter：
    • PID=$(docker inspect --format “{ { .State.Pid }}” )
    • nsenter --target $PID --mount --uts --ipc --net --pid

拷贝文件至容器内

• docker cp file1 :/file-to-path

初识容器

• cat Dockerfile

FROM ubuntu
ENV MY_SERVICE_PORT=80
ADD bin/amd64/httpserver /httpserver
ENTRYPOINT /httpserver

• 将Dockerfile打包成镜像

docker build -t cncamp/httpserver:${tag} .
docker push cncamp/httpserver:v1.0

• 运行容器

docker run -d cncamp/httpserver:v1.0

容器标准

• Open Container Initiative（OCI）: 轻量级开放式管理组织（项目）
• OCI 主要定义两个规范
  • Runtime Specification
    • 文件系统包如何解压至硬盘，供运行时运行。
  • Image Specification
    • 如何通过构建系统打包，生成镜像清单（Manifest）、文件系统序列化文件、镜像配置。

容器主要特性

Namespace

Linux Namespace是一种Linux Kernel提供的资源隔离方案：

• 系统可以为进程分配不同的Namespace；
• 并保证不同的Namespace资源独立分配、进程彼此隔离，即不同的Namespace下的进程互不干扰。

Linux 内核代码中 Namespace 的实现

# 进程数据结构
struct task_struct {
   
   
  ...
  /* namespaces */
  struct nsproxy *nsproxy;
  ...
}

# Namespace 数据结构
struct nsproxy {
   
   
  atomic_t count;
  struct uts_namespace *uts_ns;
  struct ipc_namespace *ipc_ns;
  struct mnt_namespace *mnt_ns;
  struct pid_namespace
  *pid_ns_for_children;
  struct net *net_ns;
}

Linux 对 Namespace 操作方法

• clone
  在创建新进程的系统调用时，可以通过 flags 参数指定需要新建的 Namespace 类型：

// CLONE_NEWCGROUP / CLONE_NEWIPC / CLONE_NEWNET / CLONE_NEWNS / CLONE_NEWPID / 
CLONE_NEWUSER / CLONE_NEWUTS
int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg)

• setns
  该系统调用可以让调用进程加入某个已经存在的 Namespace 中：

Int setns(int fd, int nstype)

• unshare
  该系统调用可以将调用进程移动到新的 Namespace 下：

int unshare(int flags)

# 这会创建一个新的网络命名空间，然后在这个隔离的环境中运行 sleep 60 命令。
unshare -fn