1.初识Docker

1.1.什么是Docker

微服务虽然具备各种各样的优势,但服务的拆分通用给部署带来了很大的麻烦。

  • 分布式系统中,依赖的组件非常多,不同组件之间部署时往往会产生一些冲突。

  • 在数百上千台服务中重复部署,环境不一定一致,会遇到各种问题

1.1.1.应用部署的环境问题

大型项目组件较多,运行环境也较为复杂,部署时会碰到一些问题:

  • 依赖关系复杂,容易出现兼容性问题

  • 开发、测试、生产环境有差异

例如一个项目中,部署时需要依赖于node.js、Redis、RabbitMQ、MySQL等,这些服务部署时所需要的函数库、依赖项各不相同,甚至会有冲突。给部署带来了极大的困难。

1.1.2.Docker解决依赖兼容问题

而Docker确巧妙的解决了这些问题,Docker是如何实现的呢?

Docker为了解决依赖的兼容问题的,采用了两个手段:

  • 将应用的Libs(函数库)、Deps(依赖)、配置与应用一起打包

  • 将每个应用放到一个隔离容器去运行,避免互相干扰

这样打包好的应用包中,既包含应用本身,也保护应用所需要的Libs、Deps,无需再操作系统上安装这些,自然就不存在不同应用之间的兼容问题了。

虽然解决了不同应用的兼容问题,但是开发、测试等环境会存在差异,操作系统版本也会有差异,怎么解决这些问题呢?

1.1.3.Docker解决操作系统环境差异

要解决不同操作系统环境差异问题,必须先了解操作系统结构。以一个Ubuntu操作系统为例,结构如下:

结构包括:

  • 计算机硬件:例如CPU、内存、磁盘等

  • 系统内核:所有Linux发行版的内核都是Linux,例如CentOS、Ubuntu、Fedora等。内核可以与计算机硬件交互,对外提供内核指令,用于操作计算机硬件。

  • 系统应用:操作系统本身提供的应用、函数库。这些函数库是对内核指令的封装,使用更加方便。

应用于计算机交互的流程如下:

1)应用调用操作系统应用(函数库),实现各种功能

2)系统函数库是对内核指令集的封装,会调用内核指令

3)内核指令操作计算机硬件

Ubuntu和CentOSpringBoot都是基于Linux内核,无非是系统应用不同,提供的函数库有差异:

此时,如果将一个Ubuntu版本的MySQL应用安装到CentOS系统,MySQL在调用Ubuntu函数库时,会发现找不到或者不匹配,就会报错了:

Docker如何解决不同系统环境的问题?

  • Docker将用户程序与所需要调用的系统(比如Ubuntu)函数库一起打包

  • Docker运行到不同操作系统时,直接基于打包的函数库,借助于操作系统的Linux内核来运行

如图:

1.1.4.小结

Docker如何解决大型项目依赖关系复杂,不同组件依赖的兼容性问题?

  • Docker允许开发中将应用、依赖、函数库、配置一起打包,形成可移植镜像

  • Docker应用运行在容器中,使用沙箱机制,相互隔离

Docker如何解决开发、测试、生产环境有差异的问题?

  • Docker镜像中包含完整运行环境,包括系统函数库,仅依赖系统的Linux内核,因此可以在任意Linux操作系统上运行

Docker是一个快速交付应用、运行应用的技术,具备下列优势:

  • 可以将程序及其依赖、运行环境一起打包为一个镜像,可以迁移到任意Linux操作系统

  • 运行时利用沙箱机制形成隔离容器,各个应用互不干扰

  • 启动、移除都可以通过一行命令完成,方便快捷

1.2.Docker和虚拟机的区别

Docker可以让一个应用在任何操作系统中非常方便的运行。而以前我们接触的虚拟机,也能在一个操作系统中,运行另外一个操作系统,保护系统中的任何应用。

两者有什么差异呢?

虚拟机(virtual machine)是在操作系统中模拟硬件设备,然后运行另一个操作系统,比如在 Windows 系统里面运行 Ubuntu 系统,这样就可以运行任意的Ubuntu应用了。

Docker仅仅是封装函数库,并没有模拟完整的操作系统,如图:

对比来看:

小结:

Docker和虚拟机的差异:

  • docker是一个系统进程;虚拟机是在操作系统中的操作系统

  • docker体积小、启动速度快、性能好;虚拟机体积大、启动速度慢、性能一般

1.3.Docker架构

1.3.1.镜像和容器

Docker中有几个重要的概念:

镜像(Image):Docker将应用程序及其所需的依赖、函数库、环境、配置等文件打包在一起,称为镜像。

容器(Container):镜像中的应用程序运行后形成的进程就是容器,只是Docker会给容器进程做隔离,对外不可见。

一切应用最终都是代码组成,都是硬盘中的一个个的字节形成的文件。只有运行时,才会加载到内存,形成进程。

镜像,就是把一个应用在硬盘上的文件、及其运行环境、部分系统函数库文件一起打包形成的文件包。这个文件包是只读的。

容器呢,就是将这些文件中编写的程序、函数加载到内存中允许,形成进程,只不过要隔离起来。因此一个镜像可以启动多次,形成多个容器进程。

例如你下载了一个QQ,如果我们将QQ在磁盘上的运行文件及其运行的操作系统依赖打包,形成QQ镜像。然后你可以启动多次,双开、甚至三开QQ,跟多个妹子聊天。

1.3.2.DockerHub

开源应用程序非常多,打包这些应用往往是重复的劳动。为了避免这些重复劳动,人们就会将自己打包的应用镜像,例如Redis、MySQL镜像放到网络上,共享使用,就像GitHub的代码共享一样。

  • DockerHub:DockerHub是一个官方的Docker镜像的托管平台。这样的平台称为Docker Registry。

  • 国内也有类似于DockerHub 的公开服务,比如 网易云镜像服务、阿里云镜像库等。

我们一方面可以将自己的镜像共享到DockerHub,另一方面也可以从DockerHub拉取镜像:

1.3.3.Docker架构

我们要使用Docker来操作镜像、容器,就必须要安装Docker。

Docker是一个CS架构的程序,由两部分组成:

  • 服务端(server):Docker守护进程,负责处理Docker指令,管理镜像、容器等

  • 客户端(client):通过命令或RestAPI向Docker服务端发送指令。可以在本地或远程向服务端发送指令。

如图:

1.3.4.小结

镜像:

  • 将应用程序及其依赖、环境、配置打包在一起

容器:

  • 镜像运行起来就是容器,一个镜像可以运行多个容器

Docker结构:

  • 服务端:接收命令或远程请求,操作镜像或容器

  • 客户端:发送命令或者请求到Docker服务端

DockerHub:

  • 一个镜像托管的服务器,类似的还有阿里云镜像服务,统称为DockerRegistry

2.Docker的基本操作

2.1.镜像操作

2.1.1.镜像名称

首先来看下镜像的名称组成:

  • 镜名称一般分两部分组成:[repository]:[tag]。

  • 在没有指定tag时,默认是latest,代表最新版本的镜像

如图:

这里的mysql就是repository,5.7就是tag,合一起就是镜像名称,代表5.7版本的MySQL镜像。

2.1.2.镜像命令

常见的镜像操作命令如图:

2.1.3.案例1-拉取、查看镜像

需求:从DockerHub中拉取一个nginx镜像并查看

1)首先去镜像仓库搜索nginx镜像,比如DockerHub:

2)根据查看到的镜像名称,拉取自己需要的镜像,通过命令:docker pull nginx

3)通过命令:docker images 查看拉取到的镜像

2.1.4.案例2-保存、导入镜像

需求:利用docker save将nginx镜像导出磁盘,然后再通过load加载回来

1)利用docker xx –help命令查看docker save和docker load的语法

例如,查看save命令用法,可以输入命令:

docker save --help

结果:

命令格式:

docker save -o [保存的目标文件名称] [镜像名称]

2)使用docker save导出镜像到磁盘

运行命令:

docker save -o nginx.tar nginx:latest

结果如图:

3)使用docker load加载镜像

先删除本地的nginx镜像:

docker rmi nginx:latest

然后运行命令,加载本地文件:

docker load -i nginx.tar

结果:

2.1.5.练习

需求:去DockerHub搜索并拉取一个Redis镜像

目标:

1)去DockerHub搜索Redis镜像

2)查看Redis镜像的名称和版本

3)利用docker pull命令拉取镜像

4)利用docker save命令将 redis:latest打包为一个redis.tar包

5)利用docker rmi 删除本地的redis:latest

6)利用docker load 重新加载 redis.tar文件

2.2.容器操作

2.2.1.容器相关命令

容器操作的命令如图:

容器保护三个状态:

  • 运行:进程正常运行

  • 暂停:进程暂停,CPU不再运行,并不释放内存

  • 停止:进程终止,回收进程占用的内存、CPU等资源

其中:

  • docker run:创建并运行一个容器,处于运行状态

  • docker pause:让一个运行的容器暂停

  • docker unpause:让一个容器从暂停状态恢复运行

  • docker stop:停止一个运行的容器

  • docker start:让一个停止的容器再次运行

  • docker rm:删除一个容器

2.2.2.案例-创建并运行一个容器

创建并运行nginx容器的命令:

docker run --name containerName -p 80:80 -d nginx

命令解读:

  • docker run :创建并运行一个容器

  • –name : 给容器起一个名字,比如叫做mn

  • -p :将宿主机端口与容器端口映射,冒号左侧是宿主机端口,右侧是容器端口

  • -d:后台运行容器

  • nginx:镜像名称,例如nginx

这里的-p参数,是将容器端口映射到宿主机端口。

默认情况下,容器是隔离环境,我们直接访问宿主机的80端口,肯定访问不到容器中的nginx。

现在,将容器的80与宿主机的80关联起来,当我们访问宿主机的80端口时,就会被映射到容器的80,这样就能访问到nginx了:

2.2.3.案例-进入容器,修改文件

需求:进入Nginx容器,修改HTML文件内容,添加“传智教育欢迎您”

提示:进入容器要用到docker exec命令。

步骤

1)进入容器。进入我们刚刚创建的nginx容器的命令为:

docker exec -it mn bash

命令解读:

  • docker exec :进入容器内部,执行一个命令

  • -it : 给当前进入的容器创建一个标准输入、输出终端,允许我们与容器交互

  • mn :要进入的容器的名称

  • bash:进入容器后执行的命令,bash是一个linux终端交互命令

2)进入nginx的HTML所在目录 /usr/share/nginx/html

容器内部会模拟一个独立的Linux文件系统,看起来如同一个linux服务器一样:

nginx的环境、配置、运行文件全部都在这个文件系统中,包括我们要修改的html文件。

查看DockerHub网站中的nginx页面,可以知道nginx的html目录位置在/usr/share/nginx/html

我们执行命令,进入该目录:

cd /usr/share/nginx/html

查看目录下文件:

3)修改index.html的内容

容器内没有vi命令,无法直接修改,我们用下面的命令来修改:

sed -i -e 's#Welcome to nginx#传智教育欢迎您#g' -e 's###g' index.html

在浏览器访问自己的虚拟机地址,例如我的是:http://192.168.150.101,即可看到结果:

2.2.4.小结

docker run命令的常见参数有哪些?

  • –name:指定容器名称

  • -p:指定端口映射

  • -d:让容器后台运行

查看容器日志的命令:

  • docker logs

  • 添加 -f 参数可以持续查看日志

查看容器状态:

  • docker ps

  • docker ps -a 查看所有容器,包括已经停止的

2.3.数据卷(容器数据管理)

在之前的nginx案例中,修改nginx的html页面时,需要进入nginx内部。并且因为没有编辑器,修改文件也很麻烦。

这就是因为容器与数据(容器内文件)耦合带来的后果。

要解决这个问题,必须将数据与容器解耦,这就要用到数据卷了。

2.3.1.什么是数据卷

数据卷(volume)是一个虚拟目录,指向宿主机文件系统中的某个目录。

一旦完成数据卷挂载,对容器的一切操作都会作用在数据卷对应的宿主机目录了。

这样,我们操作宿主机的/var/lib/docker/volumes/html目录,就等于操作容器内的/usr/share/nginx/html目录了

2.3.2.数据集操作命令

数据卷操作的基本语法如下:

docker volume [COMMAND]

docker volume命令是数据卷操作,根据命令后跟随的command来确定下一步的操作:

  • create 创建一个volume

  • inspect 显示一个或多个volume的信息

  • ls 列出所有的volume

  • prune 删除未使用的volume

  • rm 删除一个或多个指定的volume

2.3.3.创建和查看数据卷

需求:创建一个数据卷,并查看数据卷在宿主机的目录位置

① 创建数据卷

docker volume create html

② 查看所有数据

docker volume ls

结果:

③ 查看数据卷详细信息卷

docker volume inspect html

结果:

可以看到,我们创建的html这个数据卷关联的宿主机目录为/var/lib/docker/volumes/html/_data目录。

小结

数据卷的作用:

  • 将容器与数据分离,解耦合,方便操作容器内数据,保证数据安全

数据卷操作:

  • docker volume create:创建数据卷

  • docker volume ls:查看所有数据卷

  • docker volume inspect:查看数据卷详细信息,包括关联的宿主机目录位置

  • docker volume rm:删除指定数据卷

  • docker volume prune:删除所有未使用的数据卷

2.3.4.挂载数据卷

我们在创建容器时,可以通过 -v 参数来挂载一个数据卷到某个容器内目录,命令格式如下:

docker run \ --name mn \ -v html:/root/html \ -p 8080:80nginx \

这里的-v就是挂载数据卷的命令:

  • -v html:/root/htm :把html数据卷挂载到容器内的/root/html这个目录中

2.3.5.案例-给nginx挂载数据卷

需求:创建一个nginx容器,修改容器内的html目录内的index.html内容

分析:上个案例中,我们进入nginx容器内部,已经知道nginx的html目录所在位置/usr/share/nginx/html ,我们需要把这个目录挂载到html这个数据卷上,方便操作其中的内容。

提示:运行容器时使用 -v 参数挂载数据卷

步骤:

① 创建容器并挂载数据卷到容器内的HTML目录

docker run --name mn -v html:/usr/share/nginx/html -p 80:80 -d nginx

② 进入html数据卷所在位置,并修改HTML内容

# 查看html数据卷的位置docker volume inspect html# 进入该目录cd /var/lib/docker/volumes/html/_data# 修改文件vi index.html

2.3.6.案例-给MySQL挂载本地目录

容器不仅仅可以挂载数据卷,也可以直接挂载到宿主机目录上。关联关系如下:

  • 带数据卷模式:宿主机目录 –> 数据卷 —> 容器内目录

  • 直接挂载模式:宿主机目录 —> 容器内目录

如图:

语法

目录挂载与数据卷挂载的语法是类似的:

  • -v [宿主机目录]:[容器内目录]

  • -v [宿主机文件]:[容器内文件]

2.3.7.小结

docker run的命令中通过 -v 参数挂载文件或目录到容器中:

  • -v volume名称:容器内目录

  • -v 宿主机文件:容器内文

  • -v 宿主机目录:容器内目录

数据卷挂载与目录直接挂载的

  • 数据卷挂载耦合度低,由docker来管理目录,但是目录较深,不好找

  • 目录挂载耦合度高,需要我们自己管理目录,不过目录容易寻找查看

3.Dockerfile自定义镜像

常见的镜像在DockerHub就能找到,但是我们自己写的项目就必须自己构建镜像了。

而要自定义镜像,就必须先了解镜像的结构才行。

3.1.镜像结构

镜像是将应用程序及其需要的系统函数库、环境、配置、依赖打包而成。

我们以MySQL为例,来看看镜像的组成结构:

简单来说,镜像就是在系统函数库、运行环境基础上,添加应用程序文件、配置文件、依赖文件等组合,然后编写好启动脚本打包在一起形成的文件。

我们要构建镜像,其实就是实现上述打包的过程。

3.2.Dockerfile语法

构建自定义的镜像时,并不需要一个个文件去拷贝,打包。

我们只需要告诉Docker,我们的镜像的组成,需要哪些BaseImage、需要拷贝什么文件、需要安装什么依赖、启动脚本是什么,将来Docker会帮助我们构建镜像。

而描述上述信息的文件就是Dockerfile文件。

Dockerfile就是一个文本文件,其中包含一个个的指令(Instruction),用指令来说明要执行什么操作来构建镜像。每一个指令都会形成一层Layer。

更新详细语法说明,请参考官网文档: Dockerfile reference | Docker Docs

3.3.构建Java项目

3.3.1.基于Ubuntu构建Java项目

需求:基于Ubuntu镜像构建一个新镜像,运行一个java项目

  • 步骤1:新建一个空文件夹docker-demo

  • 步骤2:拷贝课前资料中的docker-demo.jar文件到docker-demo这个目录

  • 步骤3:拷贝课前资料中的jdk8.tar.gz文件到docker-demo这个目录

  • 步骤4:拷贝课前资料提供的Dockerfile到docker-demo这个目录

    其中的内容如下:

    # 指定基础镜像FROM ubuntu:16.04# 配置环境变量,JDK的安装目录ENV JAVA_DIR=/usr/local​# 拷贝jdk和java项目的包COPY ./jdk8.tar.gz $JAVA_DIR/COPY ./docker-demo.jar /tmp/app.jar​# 安装JDKRUN cd $JAVA_DIR \ && tar -xf ./jdk8.tar.gz \ && mv ./jdk1.8.0_144 ./java8​# 配置环境变量ENV JAVA_HOME=$JAVA_DIR/java8ENV PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin​# 暴露端口EXPOSE 8090# 入口,java项目的启动命令ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar
  • 步骤5:进入docker-demo

    将准备好的docker-demo上传到虚拟机任意目录,然后进入docker-demo目录下

  • 步骤6:运行命令:

    docker build -t javaweb:1.0 .

最后访问 http://192.168.150.101:8090/hello/count,其中的ip改成你的虚拟机ip

3.3.2.基于java8构建Java项目

虽然我们可以基于Ubuntu基础镜像,添加任意自己需要的安装包,构建镜像,但是却比较麻烦。所以大多数情况下,我们都可以在一些安装了部分软件的基础镜像上做改造。

例如,构建java项目的镜像,可以在已经准备了JDK的基础镜像基础上构建。

需求:基于java:8-alpine镜像,将一个Java项目构建为镜像

实现思路如下:

  • ① 新建一个空的目录,然后在目录中新建一个文件,命名为Dockerfile

  • ② 拷贝课前资料提供的docker-demo.jar到这个目录中

  • ③ 编写Dockerfile文件:

    • a )基于java:8-alpine作为基础镜像

    • b )将app.jar拷贝到镜像中

    • c )暴露端口

    • d )编写入口ENTRYPOINT

      内容如下:

      FROM java:8-alpineCOPY ./app.jar /tmp/app.jarEXPOSE 8090ENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar
  • ④ 使用docker build命令构建镜像

  • ⑤ 使用docker run创建容器并运行

3.4.小结

小结:

  1. Dockerfile的本质是一个文件,通过指令描述镜像的构建过程

  2. Dockerfile的第一行必须是FROM,从一个基础镜像来构建

  3. 基础镜像可以是基本操作系统,如Ubuntu。也可以是其他人制作好的镜像,例如:java:8-alpine

4.Docker-Compose

Docker Compose可以基于Compose文件帮我们快速的部署分布式应用,而无需手动一个个创建和运行容器!

4.1.初识DockerCompose

Compose文件是一个文本文件,通过指令定义集群中的每个容器如何运行。格式如下:

version:"3.8" services:mysql:image:mysql:5.7.25environment: MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123 volumes:-"/tmp/mysql/data:/var/lib/mysql"-"/tmp/mysql/conf/hmy.cnf:/etc/mysql/conf.d/hmy.cnf"web:build:.ports:- "8090:8090"​

上面的Compose文件就描述一个项目,其中包含两个容器:

  • mysql:一个基于mysql:5.7.25镜像构建的容器,并且挂载了两个目录

  • web:一个基于docker build临时构建的镜像容器,映射端口时8090

DockerCompose的详细语法参考官网:Overview | Docker Docs

其实DockerCompose文件可以看做是将多个docker run命令写到一个文件,只是语法稍有差异。

4.2.安装DockerCompose

4.3.部署微服务集群

4.3.1.compose文件

查看课前资料提供的cloud-demo文件夹,里面已经编写好了docker-compose文件,而且每个微服务都准备了一个独立的目录:

内容如下:

version: "3.2"​services:nacos: image: nacos/nacos-server environment:MODE: standalone ports:- "8848:8848"mysql: image: mysql:5.7.25 environment:MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123 volumes:- "$PWD/mysql/data:/var/lib/mysql"- "$PWD/mysql/conf:/etc/mysql/conf.d/"userservice: build: ./user-serviceorderservice: build: ./order-servicegateway: build: ./gateway ports:- "10010:10010"

可以看到,其中包含5个service服务:

  • nacos:作为注册中心和配置中心

    • image: nacos/nacos-server: 基于nacos/nacos-server镜像构建

    • environment:环境变量

      • MODE: standalone:单点模式启动

    • ports:端口映射,这里暴露了8848端口

  • mysql:数据库

    • image: mysql:5.7.25:镜像版本是mysql:5.7.25

    • environment:环境变量

      • MYSQL_ROOT_PASSWORD: 123:设置数据库root账户的密码为123

    • volumes:数据卷挂载,这里挂载了mysql的data、conf目录,其中有我提前准备好的数据

  • userserviceorderservicegateway:都是基于Dockerfile临时构建的

查看mysql目录,可以看到其中已经准备好了cloud_order、cloud_user表:

查看微服务目录,可以看到都包含Dockerfile文件:

内容如下:

FROM java:8-alpineCOPY ./app.jar /tmp/app.jarENTRYPOINT java -jar /tmp/app.jar

4.3.2.修改微服务配置

因为微服务将来要部署为docker容器,而容器之间互联不是通过IP地址,而是通过容器名。这里我们将order-service、user-service、gateway服务的mysql、nacos地址都修改为基于容器名的访问。

如下所示:

spring:datasource: url: jdbc:mysql://mysql:3306/cloud_order" />  app  org.springframework.boot spring-boot-maven-plugin 

打包后:

4.3.4.拷贝jar包到部署目录

编译打包好的app.jar文件,需要放到Dockerfile的同级目录中。注意:每个微服务的app.jar放到与服务名称对应的目录,别搞错了。

user-service:

order-service:

gateway:

4.3.5.部署

最后,我们需要将文件整个cloud-demo文件夹上传到虚拟机中,理由DockerCompose部署。

上传到任意目录:

部署:

进入cloud-demo目录,然后运行下面的命令:

docker-compose up -d

5.Docker镜像仓库

5.1.搭建私有镜像仓库

5.2.推送、拉取镜像

推送镜像到私有镜像服务必须先tag,步骤如下:

① 重新tag本地镜像,名称前缀为私有仓库的地址:192.168.150.101:8080/

docker tag nginx:latest 192.168.150.101:8080/nginx:1.0 

② 推送镜像

docker push 192.168.150.101:8080/nginx:1.0 

③ 拉取镜像

docker pull 192.168.150.101:8080/nginx:1.0