视频笔记：Docker 特性及其相关工具 - Tom Verelst

2016-07-18 00:08:00

https://www.youtube.com/watch?v=heBI7oQvHZU

http://v.qq.com/page/o/8/j/o03134mlm8j.html

基本介绍

Docker 很像(但不是)一个轻量级的虚拟机，有自己的shell, namespace, network interface，可以以root运行东西，有自己的服务和软件包

虚拟机有虚拟硬件层和一个运行其上的完整系统。而容器则是直接将进程运行于现有内核上。所以启动Docker非常轻量级，启动非常快速。

Docker组成部分，简单来看，分为三个角色，客户端、docker 主机、docker registry。
客户端运行 docker run, build, pull等命令；
docker host 则有一个docker daemon 在运行，它维护着本地的container和image；
docker registry则是集中管理所有image的地方，docker host将从docker registry取得image。

Docker 文件系统是分层的，这是基于Union FS的概念，在Ubuntu上使用的是aufs，可以很自然的支持这种概念。而在CentOS/RHEL上则只能使用DeviceMapper去模拟，性能和稳定性以及一些功能会有问题。在 Linux 3.18 以后，可以使用 Overlay FS，这也是 Union FS 的实现。

Docker 文件系统分层，最底层是 bootfs(kernel)，然后是镜像中的各种层，最后是运行期的容器的层。容器的存储层在容器停止后，即被废弃。

严格来说并不是在容器停止后就被销毁。容器停止后，其存储层依然附属于停止掉的容器。如果利用 docker start 将容器启动后，会发现其内文件系统的变动依然存在。而这种容器存储层被废弃的概念则是指另一个层面的事情。

容器应当被视为 immutable 的，因此容器内部的变动应该可以随时被抛弃，不希望丢失的变化部分应该存储于挂载的数据卷中。

所以docker的工作流是 docker run, stop, rm, 再次run。每一次run都是从image建立的新鲜的container，所以里面的内容永远是image的状态，而没有上一次container中的修改。所以从这个工作流程理解，container中的变动被废弃了。

Docker 1.10 发布更新了Layer的ID问题，曾经使用的是随机UUID，但是发生过冲突，而且很难判断相同UUID的layer到底是哪个。所以从1.10开始，将其升级为密码学 Hash 值，SHA256。这样可以确保其内容统一，而且Image将会更小。在 1.10 以前，Image 和 Layer 基本是一个完整的东西，但是 1.10 之后，由于使用了 SHA256，Image 和 Layer 可以分开复用重复的Layer，这样Image可以更小。由于这种变化，如果从 1.10 以前的版本过来，必须要升级所有 images。

Docker 容器文件层会在停止后被废弃，那么数据应该存储于挂载的卷中。而挂载卷可以是数据卷也可以是本地文件，注意是“本地”，不可以使用NFS, SMB之类的位置进行挂载，这样Docker会认为其不安全。如果需要类似的云存储，可以使用volume的driver，可以支持AWS S3之类的存储。

docker run 一个容器，容器可以定义 EXPOSE 某些端口，而这些端口是容器之间可以访问的，而不是从外部访问，如果需要这些端口暴露于外部，那么应该用 -p 或 --publish，将该端口发布于宿主，可以映射不同端口。

Dockerfile, docker build, images, run

Dockerfile 是分步骤的，而每一步都会被缓存，所以重新构建非常快。

ENTRYPOINT 和 CMD 不同，一般 ENTRYPOINT 是要运行的命令，而 CMD 则是参数，docker run 后面所跟随的实际上是 CMD，也就是参数。有些镜像把 ENTRYPOINT 设为了 sh -c，这样 CMD 可以跟 bash 命令和脚本，所以一些人误以为 CMD 就是命令。其实它们只是作为参数送给了 ENTRYPOINT 中指定的 sh -c。

基本命令：build, run, stop, start, ps, ps -a, images, rmi
将镜像push到registry，docker login, docker push

Docker 历史

Docker 的历史是和 Linux 内核发布历史紧密相关的。

2007年 Linux 发布内核 2.6.24

有个特性被添加进来，Control Groups(cgroups)。随后，使用 cgroups 的 Linux Containers (lxc) 发布。cgroups 是今天 Docker 的基础。

cgroups ，可以限制资源使用，设置优先级，会计，控制。

距演讲者说，Linux 中的 nice，实际上就是使用 cgroups 中优先级的功能。
https://en.wikipedia.org/wiki/Nice_(Unix)
不过应该不是。

控制的部分包括freeze和restart。

(这部分的内容演讲者讲的有些错误，我查询了一下，进行修正。）

2013年2月 Linux 发布了内核 3.8

http://kernelnewbies.org/Linux_3.8

这次完整的实现了 namespace 的隔离，包括了 pid, network, hostname, mount pic, user 的namespace。

正是这次发布构成了Docker的基础，同年3月份 Docker 项目正式成为开源项目。最开始基于 lxc，现在抽象出来了 libcontainer，统一接口，下面可以支持多种容器组合，默认使用的是 runC，不过可以换。

2014年8月 Linux 发布了内核 3.16

对 cgroups 进行了重新设计。 http://lwn.net/Articles/601840/

Docker Networking 中的 overlay network 所依赖的就是这次内核的改进。

2014年12月 Linux发布了内核 3.18

经过多年的努力，这次终于第一次在内核中加入了 Union FS的实现，这次是 Overlay fs。（Ubuntu中的aufs争取了好多年，最后作者懒得争取了，放弃了）。这样对于红帽系将来的服务器，也就终于有可能有Union FS可用了。以前只能凑合用 Device Mapper，而且本地loop还是不适合在生产环境使用的。所以要使用 overlay 存储层，需要内核在 3.18 以上。

2015年4月 Linux发布了内核 4.0

docker 1.12 中的 overlay2 存储层就依赖的是这次的内核对 overlay 驱动的改进。

2016年 Linux 发布了内核 4.5

更加彻底的改造了 cgroups，称为 cgroups2，并且认可其已经稳定。
http://kernelnewbies.org/Linux_4.5

使用 Docker 的好处

非常容易扩展，由于所有东西都打包在一个容器里了，所以部署的时候不需要在服务器上进行安装了，所以很适合扩展。

Docker 容器是 immutable 的，可以将其视为乐高积木，如果哪个坏了，扔了换个新的，而不是在旧的上面修修补补。

DevOps，开发人员(Dev)只需要考虑容器内的东西即可，而运营人员(Ops)则只需负责容器外部即可。

持续集成(Continuous Integration)

确保所有环境完全一样，不会出现“我的机器上没问题啊”这种情况。运行、测试都在容器内。

编排(Orchestration)工具

Compose, Machine, Swarm, Networking

Compose

定义运行多容器应用，单机没问题，多主机还在试验中。

实例中，值得注意的是，他的目录结构。docker-compose.yml 在项目根目录，每个应用都有自己独立目录，以及其目录下存在 Dockerfile。这种感觉更干净。（或许在LNMP示例项目中，我不应该把conf都存在于同一个目录下，而是应该分应用建立目录，对应的配置放在各自目录下。）

另外需要注意的是，在仅有几台的应用环境下，他依然定义了前端网络和后端网络，让两个网络独立。

在启动示例的过程中，Tom Vereist 提到了这个例子写的不好的一点，在 worker 项目中，它在容器里使用 maven 对项目进行了构建。这不是一个好的写法，这会导致maven的安装，编译开发工具的安装、依赖的安装等等，会产生一个非常大的镜像。建议的做法是可以在另一个容器中构建，把构建后的软件包拿到运行的容器中安装使用即可，避免运行时不需要的东西存在于容器中。

Machine

用于创建、管理 docker host，可以支持多种云平台，提供统一的访问接口。

Swarm

docker 集群工具，多宿主管理运行。

可以定义 docker host 的 label。通过 docker daemon 的 --label 设置；通过 docker-machine --engine-label, --label 设置；将 docker host 设置上标签。然后在运行的时候可以通过约束标签，来决定该容器运行于那些 docker host 上。

可以定义过滤器，包括两大类，节点(Node)或容器(Container)。节点可能是约束、健康程度等；容器可以是端口、依赖等。

Networking

创建 Overlay network。替代 link (bridge)，link 在一些动态环境下使用会有问题。比如一群容器启动后，link的某一个节点挂了，重新运行，使用了新的ip，而还在运行的docker使用的还是旧的ip去联系该节点，导致无法连接。所以只能够把所有节点都down掉，然后重新运行。

尝试了一下，两个没有link关系的容器，可以通过容器IP访问对方。所以 link 是建立一种识别的办法，而不是安全上的建立通道的概念。看了一下文档，提到了 --icc=false 的参数来创建网络隔离。
https://docs.docker.com/engine/userguide/networking/work-with-networks/

link (bridge)使用两种方式传递给宿主其link的主机位置，环境变量和/etc/hosts文件。
https://docs.docker.com/engine/userguide/networking/default_network/dockerlinks/

而多宿主环境中，使用 docker network 创建 overlay network，使用link链接主机，则会有一个内置的DNS进行名字的动态维护，不再使用 /etc/hosts。

在Tom 演示 docker swarm 的时候，我发现他和我一样建立了一个 bash 脚本来启动建立 docker host。我觉得应该考虑做个工具使用 yaml 描述文件来建立 docker-machine，就像 docker-compose做的那样。命令行中有太多的重复信息了。

脚本最后是使用 docker network 创建 overlay 网络，Tom 提到一点，需要指定 --subnet ，否则将无法连通，特别是跨主机的时候，有的版本有bug，同一个网络不一定使用同一段IP地址。不过现在这个bug已经修复了，不指定地址跨主机没问题。

演示 swarm 的过程中碰到了和我碰到的一样的问题。在单机环境中，在 docker compose 中可以使用 build 来构建镜像。但是在 swarm 的多宿主环境中，这样做的结果会导致所有的 service 会扔到同一个 docker host 中去，而如果打算使用多宿主环境（也是为什么要用swarm 的初衷），则必须使用 registry 中的 image。这样宿主可以主动去 registry 下载 image。可以使用 docker hub 的服务，或者自己架设 registry。

并且不可以使用 link 了，而必须使用自定义network。Tom 说这是由于一个 link 的bug，现在不知道是否已经解决了，需要试验。

通过 environment:"constraint:type==frontend" 的形式来指定约束。

Tom 不推荐在生产环境中使用 compose + swarm，因为碰到了太多的问题，他甚至自己还报告了一个bug # 2866。