Docker 工具深入解析與實務應用

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Docker 的核心功能在單機環境下執行良好，但實際應用中，我們需要更進階的工具來管理跨主機的容器和資料。本文將介紹 Docker 生態系中的關鍵工具，例如 Docker Machine、Docker Compose 和 Docker Swarm，並探討它們如何解決實際佈署中遇到的挑戰，例如單點故障、資料持久化和跨主機網路。我們將逐步說明如何在本地和雲端環境中使用 Docker Machine 建立和管理 Docker 主機，以及如何使用 Docker Compose 定義和執行多容器應用程式。此外，文章也涵蓋了 Docker Swarm 的基本概念，為讀者日後學習更進階的容器協調技術奠定基礎。

擴充套件 Docker 的介紹

在前面的範例中，我們啟動了兩個容器，每個容器都在我們（極為簡單）的程式碼函式庫上執行不同版本的 PHP。這雖然展示了啟動容器的簡便性，但也暴露了一些潛在的問題和單點故障。

現有的限制

首先，我們的程式碼函式庫儲存在主機的檔案系統上，這意味著我們只能在單一主機上執行容器。如果主機因任何原因宕機，會有什麼後果？

有多種方法可以解決這個問題，適用於原生的 Docker 安裝。其中一種方法是使用官方的 PHP 容器作為基礎，構建我們自己的自定義映像，以便將我們的程式碼與 PHP 一起封裝。要做到這一點，需要在 app1 目錄中新增一個名為 Dockerfile 的檔案，內容如下：

Dockerfile

FROM php:5.6-apache
MAINTAINER Russ McKendrick <russ@mckendrick.io>
ADD index.php /var/www/html/index.php

內容解密：

  1. FROM php:5.6-apache：使用官方的 PHP 5.6 Apache 映像作為基礎映像。
  2. MAINTAINER Russ McKendrick <russ@mckendrick.io>：指定維護者的資訊。
  3. ADD index.php /var/www/html/index.php：將本地的 index.php 檔案新增到容器中的 /var/www/html/index.php 位置。

我們也可以使用以下命令構建自定義映像：

docker build -t app1:php-5.6 .

執行建置命令後，您將看到以下輸出：

建置完成後，您可以將映像推播到 Docker Hub 或自己的私有倉函式庫，或者將自定義映像匯出為 .tar 檔案，然後複製到需要執行自定義 PHP 容器的每個例項上。

要匯出映像，請執行 Docker save 命令：

docker save app1:php-5.6 > ~/app1-php-56.tar

內容解密：

  1. docker save app1:php-5.6：將 app1:php-5.6 映像儲存為 tar 檔案。
  2. > ~/app1-php-56.tar：將儲存的映像輸出到 ~/app1-php-56.tar 檔案中。

現在我們有了映像的 tar 檔案，可以將其複製到其他主機。複製 tar 檔案後，需要在第二台主機上執行 Docker load 命令來匯入它：

docker load < ~/app1-php-56.tar

然後，可以透過執行以下命令啟動包含我們程式碼的容器：

docker run --name app1 -d -p 80:80 -it app1:php-5.6

內容解密：

  1. docker run：啟動一個新的容器。
  2. --name app1：將容器命名為 app1。
  3. -d：在後台執行容器。
  4. -p 80:80：將主機的 80 連線埠對映到容器的 80 連線埠。
  5. -it：分配一個虛擬終端給容器。
  6. app1:php-5.6：使用 app1:php-5.6 映像啟動容器。

資料函式庫容器的挑戰

雖然我們可以輕鬆地將程式碼函式庫新增到自定義映像中，並透過各種方式傳輸映像，但對於處理不斷變化的資料的容器（如資料函式庫），我們的選擇是什麼？

假設我們正在執行來自 https://hub.docker.com/_/mysql/ 的官方 MySQL 容器，我們可以掛載主機上儲存資料函式庫的資料夾（即 /var/lib/mysql/）。然而，這可能會導致檔案許可權問題。

為瞭解決這個問題，我們可以建立一個資料卷，包含 /var/lib/mysql/ 目錄的副本。這樣，我們就可以將資料函式庫與容器分開，從而可以在不破壞資料的情況下停止、啟動甚至替換 MySQL 容器。

圖示說明

圖表翻譯： 此圖表展示了主機檔案系統如何掛載到容器中，以及如何使用資料卷來儲存 MySQL 資料函式庫的資料。

然而，這種方法仍然將我們繫結在單一主機上執行 MySQL 容器，這是一個很大的單點故障。

未來解決方案

為瞭解決這個問題，我們需要擴充套件 Docker 的功能。雖然 Docker 原生不支援在主機之間移動卷，但我們可以插入檔案系統擴充套件，以便在主機之間遷移卷或從共用檔案系統（如 NFS）掛載卷。

如果我們為 MySQL 容器組態了這種功能，那麼即使主機出現問題，我們也可以輕鬆地將資料卷掛載到另一台主機上，從而實作無縫切換。

同樣，對於網路組態，我們也可以新增網路擴充套件，將容器的網路解除安裝到軟體定義網路（SDN），而不是讓 Docker 的核心使用 NAT 和主機上的 iptables 中的橋接介面來管理網路。

一旦我們在 Docker 的核心中引入了這種級別的功能，管理容器就會變得更加複雜。在理想情況下，我們不應該擔心容器在哪個主機上執行，或者如果容器/主機停止回應，容器是否會自動在容器網路中的其他主機上啟動並繼續執行。

擴充套件 Docker 的介紹

在接下來的章節中，我們將探討如何實作本章所討論的一些概念，並介紹由 Docker 開發的工具，這些工具旨在與核心 Docker 引擎一起執行。雖然這些工具的功能可能不如我們稍後將要討論的工具那麼全面，但它們為我們介紹了一些核心概念，這些概念將在建立 Docker 主機叢集和協調容器時發揮重要作用。

在探討了這些工具之後，我們將介紹卷和網路外掛。我們將涵蓋一些更為人所知的外掛，這些外掛為 Docker 核心增加了功能，使我們的平台更具冗餘性。

在親手操作了預先編寫的外掛之後，我們將探討編寫自己的外掛的最佳方法。

在本文的最後幾章中，我們將開始探討第三方工具，這些工具允許您組態、佈署和管理容器的整個生命週期。

介紹第一方工具

Docker 提供了多種工具來擴充套件核心 Docker 引擎的功能。在本章中，您將逐步瞭解如何安裝、組態和執行以下工具：

  • Docker Toolbox
  • Docker Machine
  • Docker Swarm
  • Docker Compose

這些工具雖然不像我們即將使用的一些更先進的工具那樣功能全面，但它們將為我們介紹如何為核心 Docker 引擎新增額外功能，以及如何佈署和協調容器等概念，這些內容將在本文的後面部分進行更深入的探討。

Docker Toolbox

在開始使用這三種其他工具之前，我們應該先看看如何在本地機器上安裝它們。在前一章中，我們下載了 Docker 提供的指令碼，並透過 bash 管道快速組態了官方的 Docker YUM 或 APT 儲存函式庫（取決於您執行的作業系統），我們執行的命令如下：

curl -sSL https://get.docker.com/ | sh

內容解密：

這條命令的作用是從 Docker 的官方網站下載一個指令碼，並透過管道傳遞給 sh 命令以執行該指令碼，從而快速安裝 Docker。這個指令碼會根據您的作業系統組態相應的軟體源（YUM 或 APT），並安裝 Docker。這種安裝方式適合已經擁有 Linux 伺服器的使用者。

這很有用，如果你已經在眾多的雲端服務之一或本地虛擬機器上執行了根據 Linux 的伺服器；然而，如果你想在非 Linux 的作業系統上安裝 Docker，例如 Mac OSX 或 Windows，該怎麼辦？

在我們檢視 Docker 提供的工具之前，我們應該回答一個問題：為什麼？

為什麼要在本地安裝 Docker？

那麼，為什麼我們要在非 Linux 機器上安裝 Docker Toolbox、Compose、Machine 和 Swarm？首先，你需要記住，Docker 在其核心是一個 API，用於根據 Linux 核心的技術，例如 run（https://github.com/opencontainers/runc）和 LXC（https://linuxcontainers.org），所以雖然你不能在 Mac OS X 或 Windows 機器上啟動容器，但你將能夠與 Linux 機器上的 Docker 安裝進行互動。

能夠從本地機器與 Docker 互動意味著你可以跨多個主機啟動和互動容器，這些主機可以託管在公共雲/託管服務上，也可以託管在本地虛擬機器上。

幸運的是，Docker 為在本地機器上安裝 Docker 和我們即將在本章中檢視的其他三個服務提供了支援。

安裝 Docker Toolbox

Docker 提供了一個全域安裝程式，稱為 Docker Toolbox，它使安裝以下軟體盡可能無痛：

  • Docker Client
  • Docker Machine
  • Docker Compose
  • Docker Kitematic
  • VM VirtualBox

內容解密：

Docker Toolbox 提供了一套完整的工具，使得在非 Linux 平台（如 Mac OS X 和 Windows）上安裝和組態 Docker 相關工具變得簡單。這些工具包括用於與 Docker 互動的客戶端、建立和管理虛擬機器的 Machine、用於定義和執行多容器應用程式的 Compose，以及用於管理容器的圖形介面 Kitematic。最後，它還包括 VirtualBox，用於執行虛擬機器。

要開始，你需要在執行 Mac OS X 10.8+ 或 Windows 7+ 的機器上。首先，你需要從 Docker 網站下載安裝程式。你可以在 https://www.docker.com/docker-toolbox/ 找到適合你作業系統的可執行檔下載連結。

下載安裝程式後，可以透過雙擊它來啟動。然後，你將看到一系列螢幕和安裝選項。第一個螢幕是歡迎頁面，它確認了你正在執行的 Toolbox 版本。如果你從前面的截圖中的頁面下載，那麼你總是會有最新版本。

點選「繼續」以進入安裝的下一步。

@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle

title Docker 工具深入解析與實務應用

package "Docker 架構" {
    actor "開發者" as dev

    package "Docker Engine" {
        component [Docker Daemon] as daemon
        component [Docker CLI] as cli
        component [REST API] as api
    }

    package "容器運行時" {
        component [containerd] as containerd
        component [runc] as runc
    }

    package "儲存" {
        database [Images] as images
        database [Volumes] as volumes
        database [Networks] as networks
    }

    cloud "Registry" as registry
}

dev --> cli : 命令操作
cli --> api : API 呼叫
api --> daemon : 處理請求
daemon --> containerd : 容器管理
containerd --> runc : 執行容器
daemon --> images : 映像檔管理
daemon --> registry : 拉取/推送
daemon --> volumes : 資料持久化
daemon --> networks : 網路配置

@enduml

圖表翻譯： 此圖示展示了安裝 Docker Toolbox 的基本流程。首先需要下載安裝程式，接著雙擊執行它。在歡迎頁面確認版本後，點選「繼續」以進入下一步。

下一螢幕會更詳細地介紹將要安裝的軟體包，以及它們將被安裝的位置。還有一個選項框，如果選中，將收集有關你正在安裝 Docker Toolbox 的機器的資訊，對其進行匿名處理，然後將其提交回 Docker。

點選「繼續」以進入下一步。對於大多數人來說，標準安裝就足夠了；然而，如果你不想安裝其中一個工具，可以點選「自定義」按鈕。唯一必須安裝的兩個工具是 Docker Client 和 Docker Machine。

Docker 工具安裝與設定

在安裝 Docker 工具時，您可以選擇標準安裝或自定義安裝。標準安裝將安裝所有必要的工具，而自定義安裝允許您選擇特定的工具。

執行安裝

  1. 選擇安裝型別後，點選「Install」按鈕以開始安裝。
  2. 安裝過程需要幾分鐘，並會顯示安裝進度。
  3. 安裝完成後，點選「Continue」按鈕。

設定 Docker Agent

在開始使用 Docker 工具之前，需要設定 Docker Agent。執行以下步驟：

  1. 執行 Docker Quickstart Terminal 應用程式。
  2. 如果有多個終端模擬器安裝，將彈出提示詢問要使用哪一個終端模擬器。
  3. 選擇偏好的終端模擬器後，將開啟新的終端視窗並設定 Docker。

Docker Machine

Docker Quickstart Terminal 應用程式使用 Docker Machine 建立虛擬機器並設定 Docker 環境。您可以檢查虛擬機器的狀態：

docker-machine active
docker-machine status default

連線虛擬機器

您可以使用以下命令 SSH 連線到虛擬機器：

docker-machine ssh default

這將連線到正在執行 Boot2Docker 發行版的虛擬機器。Boot2Docker 是一個極為輕量級的 Linux 發行版，專為執行 Docker 而設計。

測試 Docker

在虛擬機器上執行 Docker 命令：

docker run hello-world

內容解密：

此命令將下載並執行 hello-world 映象，驗證 Docker 是否正確安裝和設定。

Docker Machine 的雲端支援

Docker Machine 不僅可以用於本地虛擬機器，還支援多個雲端服務提供商，包括：

  • Amazon Web Services (AWS)
  • DigitalOcean
  • Microsoft Azure
  • Google Compute Engine
  • Rackspace
  • IBM SoftLayer
  • Exoscale
  • VMware vCloud Air

以及自託管平台，如：

  • OpenStack
  • Microsoft Hyper-V
  • VMware vSphere

在 DigitalOcean 上建立例項

要在 DigitalOcean 上建立例項，需要：

  1. 註冊 DigitalOcean 帳戶。
  2. 生成 API Token。

使用以下命令建立例項：

docker-machine create \
--driver digitalocean \
--digitalocean-access-token sdnjkjdfgkjb345kjdgljknqwetkjwhgoih314rjkwergoiyu34rjkherglkhrg0 \
dotest

內容解密：

此命令使用 Docker Machine 在 DigitalOcean 上建立名為 dotest 的例項。請將 sdnjkjdfgkjb345kjdgljknqwetkjwhgoih314rjkwergoiyu34rjkherglkhrg0 替換為您的實際 API Token。

使用Docker Machine管理雲端例項

Docker Machine是一個強大的工具，允許使用者在本地或雲端環境中建立、管理和維護Docker主機。本章節將介紹如何使用Docker Machine在DigitalOcean和Amazon Web Services（AWS）上佈署和管理Docker例項。

啟動和管理例項

首先，我們使用Docker Machine在本地和DigitalOcean上啟動了兩個例項。我們可以透過執行以下命令來確認這兩個例項的狀態：

docker-machine ls

這個命令將列出所有正在執行的機器，並確認它們的狀態、IP地址、Docker版本和名稱。同時，它還會顯示當前本地環境組態為與哪個例項進行通訊。

切換活動例項

預設情況下，本地Docker客戶端組態為與本地執行的default例項進行通訊。要切換到DigitalOcean上的dotest例項，我們需要更改一些本地環境變數。Docker Machine提供了一個簡單的方法來查詢和更改這些變數：

docker-machine env dotest
eval $(docker-machine env dotest)

執行上述命令後，本地Docker客戶端將組態為與dotest例項進行通訊。

測試例項連線

為了測試連線是否成功，我們可以執行一個hello-world容器：

docker run hello-world

然後，透過以下命令檢視容器的執行狀態：

docker ps -a

驗證命令執行位置

為了驗證我們在本地執行的Docker命令是否在DigitalOcean例項上執行，我們可以透過SSH登入到DigitalOcean例項並執行相同的docker ps -a和docker images命令。

Docker Machine的預設組態

Docker Machine有一些預設組態，例如：

  • digitalocean-image = ubuntu-15-10-x64
  • digitalocean-region = nyc3
  • digitalocean-size = 512mb

這些預設組態使得使用者可以快速啟動例項，而無需指定過多的引數。

自定義例項組態

如果需要更改例項的組態，例如更改地區或規格，可以透過新增額外的標誌來實作。首先，需要刪除舊的例項：

docker-machine rm dotest

然後，使用自定義的引數建立新的例項：

docker-machine create \
--driver digitalocean \
--digitalocean-access-token sdnjkjdfgkjb345kjdgljknqwetkjwhgoih314rjkwergoiyu34rjkherglkhrg0 \
--digitalocean-region lon1 \
--digitalocean-size 1gb \
douktest

查詢可用地區和規格

使用者可以透過查詢DigitalOcean API來取得各個地區的資訊和可用的機器型別：

curl -X GET -H "Content-Type: application/json" -H "Authorization: Bearer sdnjkjdfgkjb345kjdgljknqwetkjwhgoih314rjkwergoiyu34rjkherglkhrg0" "https://api.digitalocean.com/v2/regions" | python -mjson.tool

SSH金鑰管理

每次執行Docker Machine時，都會為新啟動的例項建立並上傳一個新的SSH金鑰。這些金鑰儲存在使用者主目錄下的.docker資料夾中。

Amazon Web Services（AWS）驅動程式

除了DigitalOcean之外，Docker Machine還支援AWS等其他雲端服務提供商。要使用AWS驅動程式，需要先註冊一個AWS帳戶，並閱讀AWS的入門。

使用AWS驅動程式建立例項

建立AWS例項的過程與DigitalOcean類別似，需要指定AWS存取金鑰和其他必要的引數。

玄貓 BlackCat

玄貓 BlackCat

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。