系統(tǒng)之上的進程級別虛擬化技術——Docker

一般說來 SPA 的項目我們只要啟一個靜態(tài)文件 Server 就可以了，但是針對傳統(tǒng)項目就不一樣了，一個項目會依賴很多服務端程序。之前我們的開發(fā)模式是在一臺開發(fā)機上部署開發(fā)環(huán)境，所有人都在這臺開發(fā)機上使用 Samba 連接開發(fā)。老式開發(fā)是沒什么問題的，但是前端因為引入了編譯流程，增加了 Webpack 打包構建的行為，當多人共同開發(fā)的時候經(jīng)常會因為內(nèi)存爆滿進程被殺導致打包失敗。痛定思痛后為了解決這個問題，我決定將 Docker 引入我們的開發(fā)環(huán)境，通過將開發(fā)環(huán)境本地化來解決這個問題，所以有了本文。

Why Docker?

普通的 Web 服務一般都會依賴很多程序，例如 PHP, MySQL, Redis, Node 等等。正常情況下我們會去手動安裝這些程序來配置服務需要的環(huán)境，這樣會帶來幾個問題：

同一環(huán)境不同的服務依賴同一個軟件的不同版本，經(jīng)典的例如 python2 和 python3, 本地 Mac 上是 PHP7，但是服務只能支持 PHP5.6。

同一環(huán)境不同的服務可能會修改同一份文件，例如系統(tǒng)的配置，Nginx 的配置等，都會造成影響。

同一服務在多臺機器上部署需要手工操作，導致大量的人力成本浪費。

這樣逐個的安裝軟件實在是太麻煩了，所以大家就想干脆就直接把整個系統(tǒng)打包好放到機器上得了，于是就出現(xiàn)了虛擬機技術。這樣做能保證系統(tǒng)環(huán)境的穩(wěn)定以及重復的手工操作可以避免，但是也同樣會帶來一些問題：

打包后的虛擬機文件包含系統(tǒng)鏡像所以特別大。

打包后的虛擬機文件包含系統(tǒng)鏡像所以服務需要等待系統(tǒng)啟動成功之后才能啟動。

打包過程無法實現(xiàn)自動化。

針對第三點，后來出現(xiàn)了 Vagrant 使用 vagrantfile 的形式將鏡像構建腳本化從而實現(xiàn)自動化的功能，不過其它兩點沒有解決。所以后來就出來了系統(tǒng)之上的進程級別虛擬化技術 —— Docker。它為我們帶來了以下幾個優(yōu)點：

不需要打包系統(tǒng)進鏡像所以體積非常小

不需要等待虛擬系統(tǒng)啟動所以啟動快速資源占用低

沙箱機制保證不同服務之間環(huán)境隔離

Dockerfile 鏡像構建機制讓鏡像打包部署自動化

Docker hub 提供鏡像平臺方便共享鏡像

以下是 VM 和 Docker 技術的具體區(qū)別，可以看到 VM 是打包了 Guest OS 進入鏡像中的，而 Docker 是直接基于宿主系統(tǒng)虛擬化的實例。

Docker 基礎

Docker 支持 Windows/Linux/Mac/AWS/Azure 多種平臺的安裝，其中 Windows 需要 Win10+，Mac 需要 EI Captain+。Docker 是一個 C/S 架構的服務，安裝好 docker 之后需要啟動 docker 軟件后才能使用 docker 命令。

Docker 主要有 Dockerfile, Image, Container, Repository 四個基本概念。通過 Dockerfile 我們可以生成 Docker Image(鏡像)。自己制作的鏡像可以上傳到 Docker hub 平臺，也可以從平臺上拉去我們需要的鏡像。當鏡像拉到本地之后，我們就可以實例化這個鏡像形成一個 Container(實例) 了。一個簡單的鏡像啟動的命令是：

$ docker run[組織名稱]/<鏡像名稱>:[鏡像標簽]`

其中除了鏡像名稱，其它的都是可選參數(shù)。組織名稱不填默認為library，鏡像標簽不填則默認為latest。例如經(jīng)典的啟動一個 Hello World 鏡像的過程如下：

可以看到當我實例化hello-world這個鏡像的時候，docker 發(fā)現(xiàn)本地沒有這個鏡像會先去 Docker hub 遠端拉取鏡像，如剛才說的，默認是latest標簽。拉取后就會實例化執(zhí)行入口命令了。我們除了可以使用 Docker hub 查找我們需要的鏡像之外，也可以使用docker search命令來查找。16年的一篇文章③顯示，Docker hub 上的鏡像包總量已經(jīng)超過40萬了，并且以每周4-5k的速度增長著。

下面我們就來看看如何運行一個 Nginx 容器實例：

$ docker run

-d

--rm

-p8080:80

-v"$PWD/workspace":/var/www/hello.world

-v"$PWD/hello.world.conf":/etc/nginx/conf.d/hello.world.conf

nginx

使用docker run命令就能啟動一個實例了，其中-p表示將本機的 8080 端口映射到鏡像實例內(nèi)的 80 端口，而-v表示將本地的$PWD/workspace文件夾映射到鏡像實例里的/var/www/hello.world文件夾，后面的同理。最后再指定一下鏡像名稱，就能完成一次 Nginx 實例的啟動了。此時訪問http://hello.world:8080即可看到效果。

注：千萬不要在容器實例中存儲內(nèi)容，實例銷毀時實例內(nèi)的所有內(nèi)容都會被銷毀,下次啟動的時候又是全新的實例，內(nèi)容不會保存下來。如果需要存儲服務需要使用掛載卷或者外部存儲服務。

Dockerfile

Dockerfile 是 Docker 比較重要的概念。它是 Docker 創(chuàng)建鏡像的核心，它的出現(xiàn)給 Docker 提供了兩大好處：

文本化的鏡像生成操作讓其方便版本管理和自動化部署

每條命令對應鏡像的一層，細化操作后保證其可增量更新，復用鏡像塊，減小鏡像體積

Dockerfile 的一些編寫規(guī)則主要如下：

使用#來注釋

FROM 指令告訴 Docker 使用哪個鏡像作為基礎

RUN 開頭的指令會在創(chuàng)建中運行，比如安裝一個軟件包

COPY 指令將文件復制進鏡像中

WORKDIR 指定工作目錄

CMD/ENTRYPOINT 容器啟動執(zhí)行命令

RUN 和 CMD/ENTRYPOINT 都是執(zhí)行命令，區(qū)別在于 RUN 是在鏡像構建過程中執(zhí)行的，而 CMD/ENTRYPOINT 是在鏡像生成實例的時候執(zhí)行的，類似于 C/C++ 語言的頭文件的正常代碼的區(qū)別。而且后者在一個 Dockerfile 文件中只能有一個存在。CMD/ENTRYPOINT 的區(qū)別除了在寫法上有區(qū)別之外，還有在docker run命令后增加 CMD 參數(shù)的情況下有區(qū)別（CMD會被復寫）。一般建議使用 ENTRYPOINT 會更方便點。一個簡單的 Node 命令行腳本的 Dockerfile 文件如下：

FROM mhart/alpine-node:8.9.3LABEL maintainer="lizheming "

org.label-schema.name="Drone Wechat Notification"

org.label-schema.vendor="lizheming"

org.label-schema.schema-version="1.1.0"

WORKDIR/wechat

COPYpackage.json/wechat/package.json

RUN npm install--production--registry=https://registry.npm.taobao.org

COPY index.js/wechat/index.js

ENTRYPOINT["node","/wechat/index.js"]

這里我認為依賴是比較固定的，沒有代碼修改那么頻繁，所以將其提前了。最終保證了所以越穩(wěn)定的變化的命令至于上層，保證了每層打包出來的 Layer 能夠盡可能的復用，而不會徒增鏡像的大小。最后我們使用如下命令就可以完成一個 Docker 鏡像的構建了：

$ docker build lizheming/drone-wechat:latest

參數(shù)和docker run是一樣的。構建完成之后就可以開心的 push 到 Docker hub 上啦~

Docker Compose

以上我們說了下如何啟動一個服務，但是我們都明白一個完整的項目肯定是不止依賴一個服務的，而 Docker 鏡像的 ENTRYPOINT 只能設置一個，所以難道我們要使用docker run命令手動創(chuàng)建 N 個容器實例嗎？為了解決這個問題，Docker Compose 就瞬時出現(xiàn)了。Docker Compose 是一款容器編排程序，使用 YAML 配置的形式將你需要啟動的容器管理起來，免去我們需要多次執(zhí)行docker run命令的煩惱。

Docker Compose 是使用 Python 開發(fā)的，它的安裝非常的簡單，直接pip install docker-compose就好了。安裝完成之后分別使用up和stop命令可以啟動和停止服務。一個簡單的 docker-compose.yaml 配置文件大概如下：

version:"2"

services:

nginx:

depends_on:

-"php"

image:"nginx:latest"

volumes:

-"$PWD/src/docker/conf:/etc/nginx/conf.d"

-"$PWD:/home/q/system/m_look_360_cn"

ports:

-"8082:80"

container_name:"m.look.#-nginx"

php:

image:"lizheming/php-fpm-yaf"

volumes:

-"$PWD:/home/q/system/m_look_360_cn"

container_name:"m.look.#-php"

Docker Compose 的另外一個好處就是能夠幫我們處理容器的依賴關系，在每個容器中會將容器的 IP 和服務的名稱使用 hosts 的方式綁定，這樣我們就能在容器中直接使用服務名稱來接入對應的容器了。例如下面這個 Nginx 配置中的php:9000就是利用了這個原理。

server{

listen80;

server_namedev.m.look.#;

charsetutf-8;

root/home/q/system/m_look_360_cn/public;

indexindex.htmlindex.htmindex.php;

error_page500502503504/50x.html;

location=/50x.html{

roothtml;

}

# pass the PHP scripts to FastCGI server listening on 127.0.0.1:9000

#

location~.php${

fastcgi_passphp:9000;

#fastcgi_pass unix:/tmp/fcgi.sock;

fastcgi_indexindex.php;

}

}

Docker 相關

基于 Docker 容器虛擬化技術除了以上說的解決部署環(huán)境之外，還有一些其它的優(yōu)點，例如：

基于 Docker 的 CI 持續(xù)集成和 CD 持續(xù)支付

基于 Kubernetes, Docker Swarm 的集群彈性擴容和縮容

CI/CD 對于現(xiàn)在的敏捷開發(fā)是非常重要的，自動化任務幫助我們節(jié)省很多不必要的開發(fā)時間浪費，具體可查看我之間的文章《基于Docker的CI工具》④。而 k8s 和 Docker Swarm 帶來的彈性擴容和縮容讓業(yè)務不在為流量問題而頭疼。通過監(jiān)控報警設置當出現(xiàn)峰值的時候自動擴容抗壓，當出現(xiàn)低谷的時候自動去除多余的容器來節(jié)省成本，同時也將多余的資源給其它服務使用。