Docker 学习笔记

Docker 和虚拟机

容器内的进程是直接运行于宿主内核的，这点和宿主进程一致，只是容器的 userland 不同，容器的 userland 由容器镜像提供，也就是说镜像提供了 rootfs。

假设宿主是 Ubuntu，容器是 CentOS。CentOS 容器中的进程会直接向 Ubuntu 宿主内核发送 syscall，而不会直接或间接的使用任何 Ubuntu 的 userland 的库。

这点和虚拟机有本质的不同，虚拟机是虚拟环境，在现有系统上虚拟一套物理设备，然后在虚拟环境内运行一个虚拟环境的操作系统内核，在内核之上再跑完整系统，并在里面调用进程。

还以上面的例子去考虑，虚拟机中，CentOS 的进程发送 syscall 内核调用，该请求会被虚拟机内的 CentOS 的内核接到，然后 CentOS 内核访问虚拟硬件时，由虚拟机的服务软件截获，并使用宿主系统，也就是 Ubuntu 的内核及 userland 的库去执行。

而且，Linux 和 Windows 在这点上非常不同。Linux 的进程是直接发 syscall 的，而 Windows 则把 syscall 隐藏于一层层的 DLL 服务之后，因此 Windows 的任何一个进程如果要执行，不仅仅需要 Windows 内核，还需要一群服务来支撑，所以如果 Windows 要实现类似的机制，容器内将不会像 Linux 这样轻量级，而是非常臃肿。看一下微软移植的 Docker 就非常清楚了。

所以不要把 Docker 和虚拟机弄混，Docker 容器只是一个进程而已，只不过利用镜像提供的 rootfs 提供了调用所需的 userland 库支持，使得进程可以在受控环境下运行而已，它并没有虚拟出一个机器出来。

CentOS 7 配置加速器（或其它使用 Systemd 的系统）

Ubuntu 16.04 和 CentOS 7 这类系统都已经开始使用 systemd 进行系统初始化管理了，对于使用 systemd 的系统，应该通过编辑服务配置文件 docker.service 来进行加速器的配置。

在启用服务后

$ sudo systemctl enable docker

可以直接编辑 /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/docker.service 文件来进行配置。

sudo vi /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/docker.service

在文件中找到 ExecStart= 这一行，并且在其行尾添加上所需的配置。假设我们的加速器地址为 https://registry.docker-cn.com，那么可以这样配置：

ExecStart=/usr/bin/dockerd --registry-mirror=https://registry.docker-cn.com

注: Docker 1.12 之前的版本，dockerd 应该换为 docker daemon，更早的版本则是 docker -d。

保存退出后，重新加载配置并启动服务：

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart docker

确认一下配置是否已经生效：

sudo ps -ef | grep dockerd

如果配置成功，生效后就会在这里看到自己所配置的加速器。

在 1.13 版本以后，可以直接 docker info 查看，如果配置成功，加速器 Registry Mirror 会在最下面列出来。

如果重启后发现无法启动 docker 服务，检查一下服务日志，看看是不是之前执行过那些加速器网站的脚本，如果有做过类似的事情，检查一下是不是被建立了 /etc/docker/daemon.json 以配置加速器，如果是的话，删掉这个文件，然后在重启服务。

使用配置文件是件好事，比如修改配置不必重启服务，只需发送 SIGHUP 信号即可。但需要注意，目前在 dockerd 中使用配置文件时，无法输出当前生效配置，并且当 dockerd 的参数和 daemon.json 文件中的配置有所重复时，并不是一个优先级覆盖另一个，而是会直接导致引擎启动失败。很多人发现配了加速器后 Docker 启动不起来了就是这个原因。解决办法很简单，去掉重复项。不过在这些问题解决前，建议使用修改 docker.service 这类做法来实现配置，而不是使用配置文件 daemon.json。方便 ps -ef | grep dockerd 一眼看到实际配置情况。

关于permission denied 没权限

在 Linux 环境下，一些新装了 docker 的用户，特别是使用了 sudo 命令安装好了 Docker 后，发现当前用户一执行 docker 命令，就会报没权限的错误：

dial unix /var/run/docker.sock: permission denied

官方安装文档：只需要将操作 docker 的用户，加入 docker 组，那么该用户既拥有了操作 docker 的权限。

因此，只需要执行：

sudo usermod -aG docker $USER

就可以把当前用户加入 docker 组，退出、重新登录系统后，执行 docker info 看一下，就会发现可以不用 sudo 直接执行 docker 命令了。

如果需要添加别的用户，将其中的 $USER 换成对应的用户名即可。

Dockerfile中的EXPOSE 和 docker run -p

Docker中有两个概念，一个叫做 EXPOSE ，一个叫做 PUBLISH 。

  • EXPOSE 是镜像/容器声明要暴露该端口，可以供其他容器使用。这种声明，在没有设定 --icc=false的时候，实际上只是一种标注，并不强制。也就是说，没有声明 EXPOSE 的端口，其它容器也可以访问。但是当强制 --icc=false 的时候，那么只有 EXPOSE 的端口，其它容器才可以访问。
  • PUBLISH 则是通过映射宿主端口，将容器的端口公开于外界，也就是说宿主之外的机器，可以通过访问宿主IP及对应的该映射端口，访问到容器对应端口，从而使用容器服务。

EXPOSE 的端口可以不 PUBLISH，这样只有容器间可以访问，宿主之外无法访问。而 PUBLISH 的端口，可以不事先 EXPOSE，换句话说 PUBLISH 等于同时隐式定义了该端口要 EXPOSE。

docker run 命令中的 -p, -P 参数，以及 docker-compose.yml 中的 ports 部分，实际上均是指 PUBLISH。

小写 -p 是端口映射，格式为 [宿主IP:]<宿主端口>:<容器端口>，其中宿主端口和容器端口，既可以是一个数字，也可以是一个范围，比如：1000-2000:1000-2000。对于多宿主的机器，可以指定宿主IP，不指定宿主IP时，守护所有接口。

大写 -P 则是自动映射，将所有定义 EXPOSE 的端口，随机映射到宿主的某个端口。

如何让一个容器连接两个网络？

如果是使用 docker run，那很不幸，一次只可以连接一个网络，因为 docker run 的 --network 参数只可以出现一次（如果出现多次，最后的会覆盖之前的）。不过容器运行后，可以用命令 docker network connect 连接多个网络。

假设我们创建了两个网络：

$ docker network create mynet1
$ docker network create mynet2

然后，我们运行容器，并连接这两个网络。

$ docker run -d --name web --network mynet1 nginx
$ docker network connect mynet2 web

但是如果使用 docker-compose 那就没这个问题了。因为实际上，Docker Remote API 是支持一次性指定多个网络的，但是估计是命令行上不方便，所以 docker run 限定为只可以一次连一个。docker-compose 直接就可以将服务的容器连入多个网络，没有问题。

version: '2'
services:
    web:
        image: nginx
        networks:
            - mynet1
            - mynet2
networks:
    mynet1:
    mynet2:

Docker 多宿主网络怎么配置？

Docker 跨节点容器网络互联，最通用的是使用 overlay 网络。

使用 Swarm -- Docker Swarm Mode，非常简单，只要 docker swarm init 建立集群，其它节点 docker swarm join 加入集群后，集群内的服务就自动建立了 overlay 网络互联能力。

需要注意的是，如果是多网卡环境，无论是 docker swarm init 还是 docker swarm join，都不要忘记使用参数 --advertise-addr 指定宣告地址，否则自动选择的地址很可能不是你期望的，从而导致集群互联失败。格式为 --advertise-addr <地址>:<端口>，地址可以是 IP 地址，也可以是网卡接口，比如 eth0。端口默认为 2377，如果不改动可以忽略。

此外，这是供服务使用的 overlay，因此所有 docker service create 的服务容器可以使用该网络，而 docker run 不可以使用该网络，除非明确该网络为 --attachable。

虽然默认使用的是 overlay 网络，但这并不是唯一的多宿主互联方案。Docker 内置了一些其它的互联方案，比如效率比较高的 macvlan。如果在局域网络环境下，对 overlay 的额外开销不满意，那么可以考虑 macvlan 以及 ipvlan，这是比较好的方案。
https://docs.docker.com/engine/userguide/networking/get-started-macvlan/

此外，还有很多第三方的网络可以用来进行跨宿主互联，可以访问官网对应文档进一步查看：https://docs.docker.com/engine/extend/legacy_plugins/#/network-plugins

容器无状态

容器存储层的无状态
服务层面的无状态

容器存储层的无状态

这里提到的存储层是指用于存储镜像、容器各个层的存储，一般是 Union FS，如 AUFS，或者是使用块设备的一些机制（如 snapshot ）进行模拟，如 devicemapper。

Union FS 这类存储系统，相当于是在现有存储上，再加一层或多层存储，这类存储的读写性能并不好。并且对于 CentOS 这类只能使用 devicemapper 的系统而言，存储层的读写还经常出 bug。因此，在 Docker 使用过程中，要避免存储层的读写。频繁读写的部分，应该使用卷。需要持久化的部分，可以使用命名卷进行持久化。由于命名卷的生存周期和容器不同，容器消亡重建，卷不会跟随消亡。所以容器可以随便删了重新run，而其挂载的卷则会保持之前的数据。

服务层面的无状态

使用卷持久化容器状态，虽然从存储层的角度看，是无状态的，但是从服务层面看，这个服务是有状态的。

从服务层面上说，也存在无状态服务。就是说服务本身不需要写入任何文件。比如前端 nginx，它不需要写入任何文件（日志走Docker日志驱动），中间的 php, node.js 等服务，可能也不需要本地存储，它们所需的数据都在 redis, mysql, mongodb 中了。这类服务，由于不需要卷，也不发生本地写操作，删除、重启、不保存自身状态，并不影响服务运行，它们都是无状态服务。这类服务由于不需要状态迁移，不需要分布式存储，因此它们的集群调度更方便。

之前没有 docker volume 的时候，有些人说 Docker 只可以支持无状态服务，原因就是只看到了存储层需求无状态，而没有 docker volume 的持久化解决方案。

现在这个说法已经不成立，服务可以有状态，状态持久化用 docker volume。

当服务可以有状态后，如果使用默认的 local 卷驱动，并且使用本地存储进行状态持久化的情况，单机服务、容器的再调度运行没有问题。但是顾名思义，使用本地存储的卷，只可以为当前主机提供持久化的存储，而无法跨主机。

但这只是使用默认的 local 驱动，并且使用 本地存储 而已。使用分布式/共享存储就可以解决跨主机的问题。docker volume 自然支持很多分布式存储的驱动，比如 flocker、glusterfs、ceph、ipfs 等等。常用的插件列表可以参考官方文档：https://docs.docker.com/engine/extend/legacy_plugins/#/volume-plugins

在镜像的 Dockerfile 制作中，加入初始化部分

官方镜像 mysql 中可以使用 Dockerfile 来添加初始化脚本，并且会在运行时判断是否为第一次运行，如果确实需要初始化，则执行定制的初始化脚本。

假设我们使用这种方法将 hello.txt 在初始化的时候加入到 mydata 卷中去。

首先我们需要写一个进入点的脚本，用以确保在容器执行的时候都会运行，而这个脚本将判断是否需要数据初始化，并且进行初始化操作。

#!/bin/bash
# entrypoint.sh

if [ ! -f "/data/hello.txt" ]; then
    cp /source/hello.txt /data/
fi

exec "$@"

名为 entrypoint.sh 的这个脚本很简单，判断一下 /data/hello.txt 是否存在，如果不存在就需要初始化。初始化行为也很简单，将实现准备好的 /source/hello.txt 复制到 /data/ 目录中去，以完成初始化。程序的最后，将执行送入的命令。

我们可以这样写 Dockerfile：

FROM nginx
COPY hello.txt /source/
COPY entrypoint.sh /
VOLUME /data
ENTRYPOINT ["/entrypoint.sh"]
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

当我们构建镜像、启动容器后，就会发现 /data 目录下已经存在了 hello.txt 文件了，初始化成功了。

关于Docker 容器里运行数据库

Docker Volume 可以解决持久化问题，从本地目录绑定、受控存储空间、块设备、网络存储到分布式存储，Docker Volume 都支持

Docker 不是虚拟机，使用数据卷是直接向宿主写入文件，不存在性能损耗。而且卷的生存周期独立于容器，容器消亡卷不消亡，重新运行容器可以挂载指定命名卷，数据依然存在，也不存在无法持久化的问题。

Dockerfile 与镜像

docker commit

Docker 提供了很好的 Dockerfile 的机制来帮助定制镜像，可以直接使用 Shell 命令，非常方便。而且，这样制作的镜像更加透明，也容易维护，在基础镜像升级后，可以简单地重新构建一下，就可以继承基础镜像的安全维护操作。

使用 docker commit 制作的镜像被称为黑箱镜像，换句话说，就是里面进行的是黑箱操作，除本人外无人知晓。即使这个制作镜像的人，过一段时间后也不会完整的记起里面的操作。那么当有些东西需要改变时，或者因基础镜像更新而需要重新制作镜像时，会让一切变得异常困难，就如同重新安装调试配置服务器一样，失去了 Docker 的优势了。

使用 commit 的场合是一些特殊环境，比如入侵后保存现场等等，这个命令不应该成为定制镜像的标准做法。

shell 脚本

Dockerfile 不等于 .sh 脚本

Dockerfile 确实是描述如何构建镜像的，其中也提供了 RUN 这样的命令，可以运行 shell 命令。但是和普通 shell 脚本还有很大的不同。

Dockerfile 描述的实际上是镜像的每一层要如何构建，所以每一个RUN是一个独立的一层。所以一定要理解“分层存储”的概念。上一层的东西不会被物理删除，而是会保留给下一层，下一层中可以指定删除这部分内容，但实际上只是这一层做的某个标记，说这个路径的东西删了。但实际上并不会去修改上一层的东西。每一层都是静态的，这也是容器本身的 immutable 特性，要保持自身的静态特性。

Dockerfile 确的写法应该是把同一个任务的命令放到一个 RUN 下，多条命令应该用 && 连接，并且在最后要打扫干净所使用的环境。比如下面这段摘自官方 redis 镜像 Dockerfile 的部分：

RUN buildDeps='gcc libc6-dev make' \
    && set -x \
    && apt-get update && apt-get install -y $buildDeps --no-install-recommends \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/* \
    && wget -O redis.tar.gz "$REDIS_DOWNLOAD_URL" \
    && echo "$REDIS_DOWNLOAD_SHA1 *redis.tar.gz" | sha1sum -c - \
    && mkdir -p /usr/src/redis \
    && tar -xzf redis.tar.gz -C /usr/src/redis --strip-components=1 \
    && rm redis.tar.gz \
    && make -C /usr/src/redis \
    && make -C /usr/src/redis install \
    && rm -r /usr/src/redis \
    && apt-get purge -y --auto-remove $buildDeps

context

context，上下文，是 docker build 中很重要的一个概念。构建镜像必须指定 context：

docker build -t xxx <context路径>

或者 docker-compose.yml 中的

    app:
        build:
            context: <context路径>
            dockerfile: dockerfile

这里都需要指定 context。

context 是工作目录，但不要和构建镜像的Dockerfile 中的 WORKDIR 弄混，context 是 docker build 命令的工作目录。

docker build 命令实际上是客户端，真正构建镜像并非由该命令直接完成。docker build 命令将 context 的目录上传给 Docker 引擎，由它负责制作镜像。

在 Dockerfile 中如果写 COPY ./package.json /app/ 这种命令，实际的意思并不是指执行 docker build 所在的目录下的 package.json，也不是指 Dockerfile 所在目录下的 package.json，而是指 context 目录下的 package.json。

这就是为什么有人发现 COPY ../package.json /app 或者 COPY /opt/xxxx /app 无法工作的原因，因为它们都在 context 之外，如果真正需要，应该将它们复制到 context 目录下再操作。

docker build -t xxx . 中的这个.，实际上就是在指定 Context 的目录，而并非是指定 Dockerfile 所在目录。

默认情况下，如果不额外指定 Dockerfile 的话，会将 Context 下的名为 Dockerfile 的文件作为 Dockerfile。所以很多人会混淆，认为这个 . 是在说 Dockerfile 的位置，其实不然。

一般项目中，Dockerfile 可能被放置于两个位置。

  • 一个可能是放置于项目顶级目录，这样的好处是在顶级目录构建时，项目所有内容都在上下文内，方便构建；
  • 另一个做法是，将所有 Docker 相关的内容集中于某个目录，比如 docker 目录，里面包含所有不同分支的 Dockerfile，以及 docker-compose.yml 类的文件、entrypoint 的脚本等等。这种情况的上下文所在目录不再是 Dockerfile 所在目录了，因此需要注意指定上下文的位置。

此外，项目中可能会包含一些构建不需要的文件，这些文件不应该被发送给 dockerd 引擎，但是它们处于上下文目录下，这种情况，我们需要使用 .dockerignore 文件来过滤不必要的内容。.dockerignore 文件应该放置于上下文顶级目录下，内容格式和 .gitignore 一样。

tmp
db

这样就过滤了 tmp 和 db 目录，它们不会被作为上下文的一部分发给 dockerd 引擎。

如果你发现你的 docker build 需要发送庞大的 Context 的时候，就需要来检查是不是 .dockerignore 忘了撰写，或者忘了过滤某些东西了。

ENTRYPOINT 和 CMD 的不同

Dockerfile 的目的是制作镜像，换句话说，实际上是准备的是主进程运行环境。那么准备好后，需要执行一个程序才可以启动主进程，而启动的办法就是调用 ENTRYPOINT，并且把 CMD 作为参数传进去运行。也就是下面的概念：

ENTRYPOINT "CMD"

假设有个 myubuntu 镜像 ENTRYPOINT 是 sh -c，而我们 docker run -it myubuntu uname -a。那么 uname -a 就是运行时指定的 CMD，那么 Docker 实际运行的就是结合起来的结果：

sh -c "uname -a"
  • 如果没有指定 ENTRYPOINT，那么就只执行 CMD；
  • 如果指定了 ENTRYPOINT 而没有指定 CMD，自然执行 ENTRYPOINT;
  • 如果 ENTRYPOINT 和 CMD 都指定了，那么就如同上面所述，执行 ENTRYPOINT "CMD"；
  • 如果没有指定 ENTRYPOINT，而 CMD 用的是上述那种 shell 命令的形式，则自动使用 sh -c 作为 ENTRYPOINT。

注意最后一点的区别，这个区别导致了同样的命令放到 CMD 和 ENTRYPOINT 下效果不同，因此有可能放在 ENTRYPOINT 下的同样的命令，由于需要 tty 而运行时忘记了给（比如忘记了docker-compose.yml 的 tty:true）导致运行失败。

这种用法可以很灵活，比如我们做个 git 镜像，可以把 git 命令指定为 ENTRYPOINT，这样我们在 docker run 的时候，直接跟子命令即可。比如 docker run git log 就是显示日志。

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