Docker虛擬化實戰和企業案例演練

深入剖析虛擬化技術概念和應用場景

虛擬化，一是項技術～～，是一種資源解決方案。

虛擬化技術是將物理資源轉變為邏輯上可以管理的資源，以打破物理結構之間的壁壘，使計算元件執行在虛擬的基礎上，而不是真實的物理資源上。

通過虛擬化技術，可以將物理資源轉變為邏輯資源(虛擬機器)，應用程式服務執行在虛擬資源上，而不是真實的物理機上。

VMware workstation 屬於個人版虛擬化軟體，稱為虛擬機器軟體。將物理資源轉變為多臺虛擬機器，應用軟體執行在虛擬機器中，各個虛擬機器共享物理機的資源 (CPU，硬碟，網絡卡，記憶體，IO裝置...)

虛擬化技術的落地，底層就必須有物理機支撐！

單純的物理機器是不能直接虛擬化的，都需要虛擬化軟體來實現。目前主流的虛擬化軟體有：KVM，XEN，ESXI，HP-V，Docker，Virtual BOX等

虛擬化技術的應用場景

企業需求：部署一百套Nginx WEB服務，要求對外埠為80，要求獨立伺服器部署

傳統方案：採購一百臺低配硬體物理機，每臺物理機部署一套Nginx WEB服務

虛擬化方案：採購10臺高配硬體物理機，每臺物理機虛擬10臺虛擬機器，每臺虛擬機器獨立部署一套Nginx WEB服務

很明顯，第二種方案，從成本、部署難度、維護等方面，第二種都是比第一種好的。

所以，虛擬化的意義：對於硬體裝置資源的最大化利用，降低企業各種費用成本，簡化後期資源部署和維護，動態滿足企業需求

，基於虛擬化資源來代替待淘汰的物理資源

雲端計算技術概念和應用場景

深入剖析Docker虛擬化概念和底層原理

Docker簡介

Docker是虛擬化技術的一種，也是目前使用比較多的一種。Go語言開發引擎

Docker利用“集裝箱”(容器)的原理，將系統、開發軟體包、依賴環境等統一打包到容器中，將整個容器部署至其他的平臺或者伺服器上。

容器技術：一種虛擬化的方案，和傳統的虛擬機器(通過中間層"guerst OS"執行服務)不同，Docker直接執行在作業系統之上。因此容器虛擬化也被稱之為作業系統虛擬化。Docker容器依賴於Linux核心特性，Namespace和Cgroups，所以只能執行在Linux之上。

官方定義：Docker是一個開元的應用容器引擎，讓開發者可以打包他們呢的應用以及依賴到一個可移植的容器中，然後釋出到任何流行的Linux機器上，也可以實現虛擬化
容器是完全使用沙箱機制，相互之間沒有任何介面(iphone的app也是這樣)，幾乎沒有效能開銷；可以很容易在機器和資料中心執行。最重要的是，他們不依賴任何語言，框架甚至系統

Docker虛擬化技術比傳統虛擬化技術的優點

假設基於傳統虛擬化和Docker虛擬化部署Nginx WEB服務，兩種方案部署如下：

傳統虛擬化：硬體伺服器-HostOS-VMM-GuestOS-Nginx WEB服務

Docker虛擬化：用劍伺服器-HostOS-VMM-Nginx WEB服務

傳統的虛擬化，不能直接啟Nginx WEB，Docker可以直接啟動Nginx WEB

如果是傳統虛擬化技術，原本只需要很少資源的服務應用，就需要很大的“guestOS“資源來支撐真正的服務

Docker目標

提供簡單輕量級的建模方式（docker的啟動是毫秒級的）

職責的邏輯分離：開發人員只需要關注容器中執行的程式，運維人員只需要關注對容器的管理。Docker開發提高了開發程式和部署容器的一致性

快速高效的開發宣告週期：縮短程式碼從開發、測試到部署上線的生命週期

鼓勵使用面向服務的架構：docker推薦單個容器只執行一個應用程式/程序，這樣就形成了一個分散式的應用程式模型，避免服務之間的互相影響。實現高內聚低耦合

Docker的使用場景

使用Docker容器開發、測試、部署服務。
docker本身是輕量級的，所以本地開發人員可以構建、執行並分享docker容器，容器可以在開發環境中建立，然後提交到測試，在到生產環境。
建立隔離的執行環境
在很多企業應用中，同一服務的不同版本可能服務於不同的使用者，使用Docker很容易建立不同的環境來執行不同版本的服務
搭建測試環境
有於Docker的輕量化，所以開發者很容易在本地搭建測試環境，用來測試程式在不同系統下的相容性，甚至叢集式的測試環境。
構建多使用者的平臺服務(PaaS)基礎設施
即同軟體即服務(SaaS)應用程式
高效能、超大規模的宿主機部署

Docker的基本組成

Docker基本組成：
Docker Client 客戶端
Docker Daemon 守護程序
Docker Image 映象
Docker Container 容器
Docker Registry 倉庫

Docker客戶端/守護程序：
docker是C/S架構的程式，docker客戶端向服務端傳送請求，守護程序處理完所有的工作，並返回處理結果。客戶端對服務端的訪問，既可以是本地，也可以通過遠端
Docker映象：
docker映象是docker容器的基石。跟ISO映象類似，靜止的模版，用於Docker容器的底層基礎檔案
docker映象是一個層疊的只讀檔案系統：
最低端是一個引導檔案系統 bootfs
第二層是rootfs，位於引導檔案系統之上，可以是一種或多種作業系統(redhat/ubuntu等)，在docker中，rootfs永遠是隻讀方式，並且利用聯合載入技術(union mount)，載入更多的只讀檔案系統
Docker容器：
docker容器通過docker映象啟動，是將Docker映象執行的實體，是活動的。
當一個容器啟動時，會再docker映象的最頂層載入一個讀寫檔案系統，docker中執行的程式就是在該層進行執行的，第一次啟動是，初始化的讀寫層是空的，所有的寫操作都應用在該層(從只讀的底層複製到讀寫層(寫時複製技術))
Docker映象和容器的關係，跟程式和程序的關係類似
Docker倉庫：
存放Docker映象的地方，一般分為公共倉庫和私有倉庫，docker公司提供了一個自己的倉庫"Docker Hub"

Docker的相關技術

Docker依賴Linux的核心特性有：Cgroup(控制組)和Namespace(名稱空間)

Namespace

名稱空間是一種封裝的概念，在作業系統層面上，提供了系統資源的隔離，系統資源包括{程序、檔案系統、網路等}。Linux實現名稱空間的目的：為了實現輕量級虛擬化服務，在不同一名稱空間下的程序，彼此毫無關係。

docker使用了五種名稱空間：
PID 程序隔離
NET 管理網路介面
IPC 管理程序間通訊
MNT 管理掛載點，檔案系統間的隔離
UTS 管理核心和版本標示的隔離

Cgroup(Control Groups)

Cgroup對隔離的資源進行管理，是一種用來限制、記錄，隔離程序組資源的機制。就是為了容器技術而生的。

Cgroup對資源的管理方式：
資源限制如：對記憶體的分配上限
優先順序設定如：某個程序優先使用cpu時間片
資源計量計算程序組使用了多少系統資源，尤其時在記費系統中
資源控制將程序組掛起或恢復

Docker容器的能力：

檔案系統隔離：每隔容器都有自己的root檔案系統
程序隔離：每個容器都執行在自己的程序環境中，互相不影響
網路隔離：容器間的虛擬網路介面和IP地址都是分開的
資源隔離和分組：使用Cgroups將CPU和記憶體之類的物理資源獨立的分配給每個Docker容器

Docker基礎命令使用

部署Docker虛擬化平臺核心要求：Linux核心版本：3.8+，推薦核心版本3.10+，對應的Linux發行版：RHEL7.x和CentOS7.x；

部署Docker虛擬化技術，對物理機配置容量沒有要求，生產環境儘量使用高配物理機。如：京東線上，64C(CPU)+256G(記憶體)+2T(分散式部署)，JDOS2.0彈性雲。

Docker的安裝與配置

部署環境：
OS：RedHat7.3

下載安裝Docker軟體包

[[email protected] mnt]# yum install docker*
。。。
Installing:
 docker-engine          x86_64 1.13.1-1.el7.centos /docker-engine-1.13.1-1.el7.centos.x86_64
                                                                           65 M
 docker-engine-selinux  noarch 1.13.1-1.el7.centos /docker-engine-selinux-1.13.1-1.el7.centos.noarch
                                                                           43 k
Installing for dependencies:
 audit-libs-python      x86_64 2.6.5-3.el7         rhel7.3                 70 k
 checkpolicy            x86_64 2.5-4.el7           rhel7.3                290 k
 libcgroup              x86_64 0.41-11.el7         rhel7.3                 65 k
 libseccomp             x86_64 2.3.1-2.el7         rhel7.3                 56 k
 libsemanage-python     x86_64 2.5-4.el7           rhel7.3                103 k
 libtool-ltdl           x86_64 2.4.2-21.el7_2      rhel7.3                 49 k
 policycoreutils-python x86_64 2.5-8.el7           rhel7.3                444 k
 python-IPy             noarch 0.75-6.el7          rhel7.3                 32 k
 setools-libs           x86_64 3.3.8-1.1.el7       rhel7.3                610 k
。。。

[[email protected] mnt]# rpm -qa | grep docker
docker-engine-1.13.1-1.el7.centos.x86_64
docker-engine-selinux-1.13.1-1.el7.centos.noarch

啟動Docker

[[email protected] mnt]# systemctl start doceker
Failed to start doceker.service: Unit not found.
[[email protected] mnt]# systemctl start docker
[[email protected] mnt]# ps -ax | grep docker
11435 ?        Ssl    0:00 /usr/bin/dockerd
11438 ?        Ssl    0:00 docker-containerd -l unix:///var/run/docker/libcontainerd/docker-containerd.sock --metrics-interval=0 --start-timeout 2m --state-dir /var/run/docker/libcontainerd/containerd --shim docker-containerd-shim --runtime docker-runc
11544 pts/0    R+     0:00 grep --color=auto docker

[[email protected] mnt]# docker version
Client:
 Version:      1.13.1
 API version:  1.26
 Go version:   go1.7.5
 Git commit:   092cba3
 Built:        Wed Feb  8 06:38:28 2017
 OS/Arch:      linux/amd64

Server:
 Version:      1.13.1
 API version:  1.26 (minimum version 1.12)
 Go version:   go1.7.5
 Git commit:   092cba3
 Built:        Wed Feb  8 06:38:28 2017
 OS/Arch:      linux/amd64
 Experimental: false

基於Docker引擎啟動Nginx容器，並且實現通過物理機wget、curl實現訪問
首先，需要從Docker官網獲取Docker映象，docker search nginx | more
```
docker search nginx | more
docker pull docker.io/nginx
```
由於國外網站下載速度比較慢，所以可以替換為國內的docker倉庫，具體方法：
```
[[email protected] ~]# cat >/etc/docker/daemon.json << EOF
{
"registry-mirrors": ["https://registry.docker-cn.com"]
}
EOF
[[email protected] ~]# cat /etc/docker/daemon.json 
{
"registry-mirrors": ["https://registry.docker-cn.com"]
}
重啟Docker服務，這樣就可以取下載Docker映象了
```
為什麼要為Docker配置國內映象？？？在正常情況下，docker有一個預設連線的國外官方映象，在國外的網友訪問該官方映象自然不成問題，但是國內畢竟不是國外，由於國情不同，中國的網路訪問國外官方映象網速一向很慢，而且往往還會遭遇斷網的窘境，所以說我們要想正常使用docker的映象，那麼我們就不得不配置相應的國內映象。
Docker可以配置的國內映象有很多可供選擇，比如說：阿里雲，網易蜂巢，DaoCloud，Docker中國區官方映象等，這些都是可以提供給大家隨意選擇的不錯的映象倉庫。

Docker容器的基本操作

將本地tar包載入到本地映象庫使用docker load命令

[[email protected] packages]# docker load --input ubuntu.tar 
454970bd163b: Loading layer [==================================================>] 196.8 MB/196.8 MB
38112156678d: Loading layer [==================================================>] 208.9 kB/208.9 kB
4e1f7c524148: Loading layer [==================================================>] 4.608 kB/4.608 kB
56063ad57855: Loading layer [==================================================>] 1.024 kB/1.024 kB
[[email protected] packages]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
ubuntu              latest              07c86167cdc4        2 years ago         188 MB

啟動容器：

docker run IMAGE [COMMAND] [ARG...]
run 在新容器中執行命令
IMAGE 指定的映象
COMMAND 命令
ARG 引數

[[email protected] packages]# docker run ubuntu echo "hello world"
hello world

一次啟動執行一個命令的容器是docker中最基本的執行方式，docker提供了一個互動式啟動容器的方式

docker run -i -t IMAGE /bin/bash
-i 為容器始終開啟標準輸入
-t 為建立的容器的tty終端

[[email protected] packages]# docker run -it ubuntu /bin/bash
[email protected]:/# echo "hello docker"
hello docker
[email protected]:/# ls
bin  boot  dev  etc  home  lib  lib64  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  usr  var

檢視容器：

docker ps [-a] [-l]
-a 列出所有容器
-l 列出最新建立的容器

[[email protected] packages]# docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                CREATED              STATUS                          PORTS               NAMES
855833c3672f        ubuntu              "/bin/bash"            45 seconds ago       Exited (0) 10 seconds ago                           flamboyant_rosalind
797239db86e0        ubuntu              "echo 'hello world'"   About a minute ago   Exited (0) About a minute ago                       flamboyant_khorana
77b29f9efa08        b809f199bbb9        "/bin/bash"            6 minutes ago        Created                                             stoic_leavitt

執行結果引數：

[[email protected] packages]# docker ps -a
CONTAINER ID（docker守護程序在啟動容器時為容器分配的唯一ID）
IMAGE（）
COMMAND（）
CREATED（）
STATUS（）
PORTS（）
NAMES（docekr守護程序為容器自動分配的名字）

docker inspect檢視容器後面新增容器的唯一ID或者NAMES

docker自定義容器名字

docker run --name=vector_name -i -t ubuntu /bin/bash

[[email protected] packages]# docker run --name=fsx_docker -it ubuntu /bin/bash
[email protected]:/# exit
exit
[[email protected] packages]# docker ps -l
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS                     PORTS               NAMES
304d46ba1c87        ubuntu              "/bin/bash"         11 seconds ago      Exited (0) 7 seconds ago                       fsx_docker

重新啟動已經停止的容器

docker start [-i] vector_name
-i 以互動模式啟動

刪除容器

僅僅用來刪除的容器，不能刪除正在用執行的命令

[[email protected] packages]# docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                CREATED             STATUS                     PORTS               NAMES
304d46ba1c87        ubuntu              "/bin/bash"            2 minutes ago       Up 39 seconds                                  fsx_docker
855833c3672f        ubuntu              "/bin/bash"            5 minutes ago       Exited (0) 4 minutes ago                       flamboyant_rosalind
797239db86e0        ubuntu              "echo 'hello world'"   5 minutes ago       Exited (0) 5 minutes ago                       flamboyant_khorana
77b29f9efa08        b809f199bbb9        "/bin/bash"            10 minutes ago      Created                                        stoic_leavitt
[[email protected] packages]# docker rm 855833c3672f
855833c3672f
[[email protected] packages]# docker rm 797239db86e0
797239db86e0
[[email protected] packages]# docker ps -a
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED             STATUS              PORTS               NAMES
304d46ba1c87        ubuntu              "/bin/bash"         3 minutes ago       Up About a minute                       fsx_docker
77b29f9efa08        b809f199bbb9        "/bin/bash"         11 minutes ago      Created                                 stoic_leavitt

總結

docker load --input 將本地容器倉庫的tar包匯入成映象
docker run -it --name 啟動一個新的容器
docker ps -a -l 檢視容器
docker inspect 檢視具體容器的資訊
docker start -i 啟動已經存在的容器
docker rm 刪除一個容器

Docker守護式容器

我們需要一個長期執行的容器提供服務，這就是守護式容器；可以長期執行

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