四十二、Docker-虚拟化入门

1、虚拟化概述

通俗的说，虚拟化就是把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，以打破物理结构间的壁垒，计算元件运行在虚拟的基础上而不是真实的基础上，可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。
允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案。目前主流的虚拟化技术主要有：KVM、Xen、VMware Esxi、VirtualBox、Docker。

虚拟化原理：虚拟化解决方案的底部是要进行虚拟化的物理机器，这台机器可能直接支持虚拟化，也可能不会直接支持虚拟化，那么就需要系统管理程序层的支持。系统管理程序(Virtual machine monitor)，或称为 VMM，可以看作是平台硬件和操作系统的抽象化。在某些情况中，这个系统管理程序就是一个操作系统，此时它就称为主机操作系统。

完全虚拟化技术实际上是通过软件实现对操作系统的资源再分配，比较成熟，例如我们的KVM、VirtualBOX。
半虚拟化技术则是通过代码修改已有的系统，形成一种新的可虚拟化的系统，调用硬件资源去安装多个系统，整体速度上相对高一点，代表产品有Xen。
轻量级虚拟化，Docker虚拟化（介于完全虚拟化、半虚拟化之间），轻量级虚拟化；

2、Docker 虚拟化简介

Docker 是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux机器上，也可以实现虚拟化。Docker 自开源后受到广泛的关注和讨论，以至于 dotCloud 公司后来都改名为 Docker Inc。Redhat 已经在其 RHEL6.5 中支持 Docker，Google 也在其 PaaS 产品中广泛应用。Docker 项目的目标是实现轻量级的操作系统虚拟化解决方案。 Docker 的基础是 Linux 容器（LXC）等技术。在LXC的基础上 Docker 进行了进一步的封装，让用户不需要去关心容器的管理，使得操作更为简便。用户操作 Docker 的容器就像操作一个快速轻量级的虚拟机一样简单。

Docker虚拟化有三个概念需要理解，镜像、容器、仓库。

镜像：Docker的镜像其实就是模板，跟我们常见的ISO镜像类似，是一个样板。镜像中包含了各种应用程序、软件服务、数据等内容的模板文件，是静止、只读的，不能被修改，是用于启动Docker容器（轻量级的虚拟机）。
容器：使用镜像常见的应用或者系统，我们称之为一个容器。容器是基于镜像运行之后的实例，没有镜像就没有容器，容器是可读、可写的，容器启动之后一直需要底层镜像的支持，镜像文件不能删除。容器所需的数据、文件可以从镜像模板中读取和调用，镜像是容器系统的底层基石。
仓库：仓库是存放镜像的地方，分为公开仓库（Public）和私有仓库（Private）两种形式。

Docker 引擎架构图：

Server是一个常驻进程，REST API 实现了client和server间的交互协议，CLI 实现容器和镜像的管理，为用户提供统一的操作界面。
Docker使用C/S架构，Client 通过接口与Server进程通信实现容器的构建，运行和发布。client和server可以运行在同一台集群，也可以通过跨主机实现远程通信，架构如图所示：

Docker 与传统VM比较：
优点：操作启动快、轻量级虚拟化、开源免费
缺点：目前知道的人比较少、相关的中文技术资料欠缺、Go语言还未完全成熟

为什么使用 Docker?
更快速的交付和部署：Docker在整个开发周期都可以完美的辅助你实现快速交付。Docker允许开发者在装有应用和服务本地容器做开发。可以直接集成到可持续开发流程中。开发者可以使用一个标准的镜像来构建一套开发容器，开发完成之后，运维人员可以直接使用这个容器来部署代码。 Docker 可以快速创建容器，快速迭代应用程序，并让整个过程全程可见，使团队中的其他成员更容易理解应用程序是如何创建和工作的。 Docker 容器很轻很快！容器的启动时间是秒级的，大量地节约开发、测试、部署的时间。
高效的部署和扩容：Docker容器几乎可以在任意的平台上运行，包括物理机、虚拟机、公有云、私有云、个人电脑、服务器等。这种兼容性可以让用户把一个应用程序从一个平台直接迁移到另外一个。
Docker的兼容性和轻量特性可以很轻松的实现负载的动态管理。你可以快速扩容或方便的下线的你的应用和服务，这种速度趋近实时。
更高的资源利用率：Docker 对系统资源的利用率很高，一台主机上可以同时运行数千个 Docker 容器。容器除了运行其中应用外，基本不消耗额外的系统资源，使得应用的性能很高，同时系统的开销尽量小。传统虚拟机方式运行 10 个不同的应用就要起 10 个虚拟机，而Docker 只需要启动 10 个隔离的应用即可。
更简单的管理和使用：使用 Docker，只需要小小的修改，就可以替代以往大量的更新工作。所有的修改都以增量的方式被分发和更新，从而实现自动化并且高效的管理。

3、Docker 镜像原理

一个完整的Docker镜像可以支撑一个Docker容器的运行，在Docker容器运行过程中主要提供文件系统数据支撑。Docker镜像作为docker中最基本的概念，有以下几个特性：

镜像分层，每个镜像都由一个或多个镜像层组成；
可通过在某个镜像加上一定的镜像层得到新镜像（此过程可通过编写dockerfile或基于容器Commit实现；
每个镜像层拥有唯一镜像ID；
镜像在存储和使用时共享相同的镜像层（根据ID），所以在pull镜像时，已有的镜像层会自动跳过下载；
每个镜像层都是只读，即使启动成容器，也无法对其真正的修改，修改只会作用于最上层的容器层。

Docker容器，可以理解为一个或多个运行进程，而这些运行进程将占有相应的内存，相应的CPU计算资源，相应的虚拟网络设备以及相应的文件系统资源。而Docker容器所占用的文件系统资源，则通过Docker镜像的镜像层文件来提供。基于每个镜像的json文件，Docker可以通过解析Docker镜像的json的文件，获知应该在这个镜像之上运行什么样的进程，应该为进程配置怎么样的环境变量，Docker守护进程实现了静态向动态的转变。

4、Docker 部署安装

Docker官方要求部署Docker平台的底层Linux系统对应的Linux内核版本（uname -a 指令查看内核版本）至少在3.8+，实际的企业生产环境中，推荐Linux内核版本：3.10+，对应企业Linux操作系统发行版本分别为：RHEL7.x、CentOS7.x、Ubuntu16.x 。

阿里源安装：

# 安装阿里docker-ce源
[root@localhost ~]# yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
[root@localhost ~]# yum install -y docker-ce*

epel-release 源安装

# 安装第三方扩展源 epel-release
[root@localhost ~]#  yum install -y epel-release
[root@localhost ~]# ll /etc/yum.repos.d/ |grep -w epel
-rw-r--r--. 1 root root  664 5月  11 2018 epel.repo
-rw-r--r--  1 root root 1050 9月  18 2019 epel.repo.rpmnew
-rw-r--r--  1 root root 1149 9月  18 2019 epel-testing.repo# yum 安装docker软件包
[root@localhost ~]# yum install -y docker*# 启动
[root@localhost ~]# systemctl start docker.service# 查看版本
[root@localhost ~]# docker version
Client:Version:         1.13.1API version:     1.26Package version: docker-1.13.1-109.gitcccb291.el7.centos.x86_64Go version:      go1.10.3Git commit:      cccb291/1.13.1Built:           Tue Mar  3 17:21:24 2020OS/Arch:         linux/amd64Server:Version:         1.13.1API version:     1.26 (minimum version 1.12)Package version: docker-1.13.1-109.gitcccb291.el7.centos.x86_64Go version:      go1.10.3Git commit:      cccb291/1.13.1Built:           Tue Mar  3 17:21:24 2020OS/Arch:         linux/amd64Experimental:    false

5、Docker 更新仓库源

Docker默认连接的国外官方镜像，通常根据网络情况不同，访问时快时慢，大多时候获取速度非常慢，为了提示效率可以自建仓库或者先修改为国内仓库源，提升拉取镜像的速度。
Docker可以配置的国内镜像有很多可供选择，例如：Docker中国区官方镜像、阿里云、网易蜂巢、DaoCloud等，这些都是国内比较快的镜像仓库。
修改方式如下：

[root@localhost ~]# vim /etc/docker/daemon.json
{
"registry-mirrors":["https://registry.docker-cn.com"]
}
[root@localhost ~]# systemctl restart docker.service

修改完重启Docker服务即可，修改仓库地址为国内仓库后，获取镜像速度快很多。

6、Docker 常用命令

docker search    在docker hub中搜索镜像;
docker pull     从docker镜像源服务器拉取指定镜像或者库镜像;
docker push 推送指定镜像或者库镜像至docker源服务器;
docker history  展示一个镜像形成历史;
docker images   列出系统当前镜像;
docker run      创建一个新的容器并运行一个命令;
docker start    启动容器;
docker stop 停止容器;
docker attach   当前shell下attach连接指定运行镜像;
docker build    通过Dockerfile定制镜像;
docker commit   提交当前容器为新的镜像;
docker cp       从容器中拷贝指定文件或者目录到宿主机中;
docker create   创建一个新的容器，同run，但不启动容器;
docker diff     查看docker容器变化;
docker events   从docker服务获取容器实时事件;
docker exec 在已存在的容器上运行命令;
docker export   导出容器的内容流作为一个tar归档文件[对应import];
docker import   从tar包中的内容创建一个新的文件系统映像[对应export];
docker info     显示系统相关信息;
docker inspect  查看容器详细信息;
docker kill     指定docker容器;
docker load 从一个tar包中加载一个镜像[对应save];
docker login    注册或者登陆一个docker源服务器;
docker logout   Dockerregistry退出;
docker logs     输出当前容器日志信息;
docker port 查看映射端口对应的容器内部源端口;
docker pause    暂停容器;
docker ps       列出容器列表;
docker restart  重启运行的容器;
docker rm       移除一个或者多个容器;
docker rmi      移除一个或多个镜像；
docker save 保存一个镜像为一个tar包[对应load];
docker tag      给源中镜像打标签;
docker top      查看容器中运行的进程信息;
docker unpause  取消暂停容器;
docker version   查看docker版本号;
docker wait      截取容器停止时的退出状态值;

7、Docker 部署Nginx容器

方式一：官网下载

# 仓库搜索nginx镜像
[root@localhost ~]# docker search nginx
INDEX       NAME                                         DESCRIPTION                                     STARS     OFFICIAL   AUTOMATED
docker.io   docker.io/nginx                              Official build of Nginx.                        12861     [OK]
docker.io   docker.io/jwilder/nginx-proxy                Automated Nginx reverse proxy for docker c...   1755                 [OK]
docker.io   docker.io/richarvey/nginx-php-fpm            Container running Nginx + PHP-FPM capable ...   760                  [OK]
docker.io   docker.io/linuxserver/nginx                  An Nginx container, brought to you by Linu...   98
docker.io   docker.io/bitnami/nginx                      Bitnami nginx Docker Image                      79                   [OK]
docker.io   docker.io/tiangolo/nginx-rtmp                Docker image with Nginx using the nginx-rt...   66                   [OK]
docker.io   docker.io/jc21/nginx-proxy-manager           Docker container for managing Nginx proxy ...   46
docker.io   docker.io/nginxdemos/hello                   NGINX webserver that serves a simple page ...   43                   [OK]
docker.io   docker.io/nginx/unit                         NGINX Unit is a dynamic web and applicatio...   36
docker.io   docker.io/jlesage/nginx-proxy-manager        Docker container for Nginx Proxy Manager        35                   [OK]
docker.io   docker.io/nginx/nginx-ingress                NGINX Ingress Controller for Kubernetes         28
docker.io   docker.io/privatebin/nginx-fpm-alpine        PrivateBin running on an Nginx, php-fpm & ...   23                   [OK]
docker.io   docker.io/schmunk42/nginx-redirect           A very simple container to redirect HTTP t...   18                   [OK]
docker.io   docker.io/nginxinc/nginx-unprivileged        Unprivileged NGINX Dockerfiles                  13
docker.io   docker.io/centos/nginx-112-centos7           Platform for running nginx 1.12 or buildin...   12
docker.io   docker.io/centos/nginx-18-centos7            Platform for running nginx 1.8 or building...   12
docker.io   docker.io/raulr/nginx-wordpress              Nginx front-end for the official wordpress...   12                   [OK]
docker.io   docker.io/nginx/nginx-prometheus-exporter    NGINX Prometheus Exporter                       10
docker.io   docker.io/sophos/nginx-vts-exporter          Simple server that scrapes Nginx vts stats...   7                    [OK]
docker.io   docker.io/mailu/nginx                        Mailu nginx frontend                            6                    [OK]
docker.io   docker.io/bitnami/nginx-ingress-controller   Bitnami Docker Image for NGINX Ingress Con...   4                    [OK]
docker.io   docker.io/pebbletech/nginx-proxy             nginx-proxy sets up a container running ng...   2                    [OK]
docker.io   docker.io/ansibleplaybookbundle/nginx-apb    An APB to deploy NGINX                          1                    [OK]
docker.io   docker.io/centos/nginx-110-centos7           Platform for running nginx 1.10 or buildin...   0
docker.io   docker.io/wodby/nginx                        Generic nginx                                   0                    [OK]# 仓库下载nginx镜像
[root@localhost ~]# docker pull docker.io/nginx

方式二：手动导入

# 将nginx.tar上传到服务器任一目录然后执行导入命令即可
[root@localhost ~]# ll nginx.tar
-rw-r--r-- 1 root root 129809408 3月  23 13:30 nginx.tar
[root@localhost ~]# docker load < nginx.tar
1c95c77433e8: Loading layer [==================================================>] 72.47 MB/72.47 MB
002a63507c1c: Loading layer [==================================================>] 57.31 MB/57.31 MB
12fdf55172df: Loading layer [==================================================>] 3.584 kB/3.584 kB
Loaded image: nginx:latest
[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
nginx               latest              5a3221f0137b        7 months ago        126 MB

启动两个实例80和81

[root@localhost ~]# docker run -itd -p 80:80 nginx
ccdfec8b3752ac1bc131767f33b61e281f8e1b8995ae596e16b91294c441ed28
[root@localhost ~]# docker run -itd -p 81:80 nginx
05aa29d3caacf423b552e45524813e4c45bf40b1575c2e7cdba755fa61263cfb
[root@localhost ~]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                NAMES
05aa29d3caac        nginx               "nginx -g 'daemon ..."   35 seconds ago      Up 34 seconds       0.0.0.0:81->80/tcp   zealous_booth
ccdfec8b3752        nginx               "nginx -g 'daemon ..."   40 seconds ago      Up 39 seconds       0.0.0.0:80->80/tcp   goofy_kowalevski#查看Nginx容器IP
[root@localhost ~]# docker inspect 05aa29d3caac|grep -i  ipaddr|tail -1"IPAddress": "172.17.0.3",# docker run -itd -p -v /var/html:/usr/share/html/ 80:80 nginx 参数 -v 可以将宿主机目录映射到容器中目录，这样就可以直接将网站发布到本地宿主机目录，容器一样可以使用

部署100台Nginx

# 启动100台Nginx应用容器
for i in `seq 0 99`;do docker run -itd -p 80$i:80 nginx  ;done#查看100台Nginx容器的ip
echo "容器ID,容器IP";for i in $(docker ps|awk 'NR>1 {print $1}');do echo $i; docker inspect $i|grep -i ipaddr|tail -1|awk -F\" '{print $4}' ;done|sed 'N;s/\n/ /g'|sed 's/ /,/g' >>docker_list.csv容器ID,容器IP
05aa29d3caac,172.17.0.3
ccdfec8b3752,172.17.0.2

进入 Nginx 容器

[root@localhost ~]# docker exec -it 05aa29d3caac /bin/bash
root@05aa29d3caac:/# ls
bin  boot  dev  etc  home  lib  lib64  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  usr  var
root@05aa29d3caac:/# ls /etc/nginx/conf.d/
default.conf
[root@localhost ~]# docker exec 05aa29d3caac ls /usr/share/nginx/html/
50x.html
index.html# 从容器拷贝文件到宿主机
[root@localhost ~]#  docker cp 05aa29d3caac:/etc/nginx/conf.d/default.conf .# 从宿主机拷贝文件到容器
[root@localhost ~]#  docker cp default.conf  05aa29d3caac:/etc/nginx/conf.d/# 重启容器
[root@localhost ~]# docker restart 05aa29d3caac

8、Docker 部署 CentOS7 容器

[root@localhost ~]# docker search centos
INDEX       NAME                                         DESCRIPTION                                     STARS     OFFICIAL   AUTOMATED
docker.io   docker.io/centos                             The official build of CentOS.                   5896      [OK]
docker.io   docker.io/ansible/centos7-ansible            Ansible on Centos7                              128                  [OK]
docker.io   docker.io/jdeathe/centos-ssh                 OpenSSH / Supervisor / EPEL/IUS/SCL Repos ...   114                  [OK]
docker.io   docker.io/consol/centos-xfce-vnc             Centos container with "headless" VNC sessi...   111                  [OK][root@localhost ~]# docker pull docker.io/ansible/centos7-ansible
Using default tag: latest
Trying to pull repository docker.io/ansible/centos7-ansible ...
latest: Pulling from docker.io/ansible/centos7-ansible
45a2e645736c: Pull complete
1c3acf573616: Pull complete
edcb61e55ccc: Pull complete
cbae31bad30a: Pull complete
aacbdb1e2a62: Pull complete
fdeea4fb835c: Pull complete
Digest: sha256:39eff7d56b96530d014083cd343f7314c23acbd1ecf37eb75a71a2f6584d0b02
Status: Downloaded newer image for docker.io/ansible/centos7-ansible:latest
[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY                          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
nginx                               latest              5a3221f0137b        7 months ago        126 MB
docker.io/ansible/centos7-ansible   latest              688353a31fde        3 years ago         447 MB# 启动
[root@localhost ~]# docker run -itd -p 6022:22 --privileged docker.io/ansible/centos7-ansible
06af4d90b48a2876ead2485a05a03e42e4c2d827494ba861e2343df52faefa66
[root@localhost ~]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE                               COMMAND                  CREATED             STATUS              PORTS                  NAMES
06af4d90b48a        docker.io/ansible/centos7-ansible   "/bin/bash"              50 seconds ago      Up 48 seconds       0.0.0.0:6022->22/tcp   confident_ptolemy
05aa29d3caac        nginx                               "nginx -g 'daemon ..."   2 hours ago         Up About an hour    0.0.0.0:81->80/tcp     zealous_booth
ccdfec8b3752        nginx                               "nginx -g 'daemon ..."   2 hours ago         Up 2 hours     # 进入容器
[root@localhost ~]# docker exec -it 06af4d90b48a /bin/bash
[root@06af4d90b48a ansible]# ls
CHANGELOG.md          COPYING               Makefile      ROADMAP.rst               bin      docs-api  hacking    setup.py       ticket_stubs
CODING_GUIDELINES.md  MANIFEST.in           README.md     VERSION                   contrib  docsite   lib        shippable.yml  tox.ini
CONTRIBUTING.md       MODULE_GUIDELINES.md  RELEASES.txt  ansible-core-sitemap.xml  docs     examples  packaging  test# 查看容器IP
[root@06af4d90b48a ansible]# exit
exit
[root@localhost ~]# docker inspect 06af4d90b48a|grep -i ipaddr|tail -1|grep -oE "([0-9]{1,3}\.){3}[0-9]{1,3}"
172.17.0.4

官方提供的 CentOS 是非常精简的，许多软件需要自己进行安装。

sshd 安装方法：

# 进入容器
[root@localhost ~]# docker exec -it 8d72d4b21cd4 /bin/bash# 安装openssh 服务端
[root@8d72d4b21cd4 ansible]# yum install -y openssh-server# 宿主机拷贝相关文件到容器
[root@localhost ssh]# pwd
/etc/ssh
[root@localhost ssh]# ls
moduli       ssh_host_ecdsa_key      ssh_host_ed25519_key.pub
ssh_config   ssh_host_ecdsa_key.pub  ssh_host_rsa_key
sshd_config  ssh_host_ed25519_key    ssh_host_rsa_key.pub
[root@localhost ssh]# docker cp ssh_host_rsa_key 8d72d4b21cd4 :/etc/ssh/
[root@localhost ssh]# docker cp ssh_host_ed25519_key 8d72d4b21cd4 :/etc/ssh/
[root@localhost ssh]# docker cp ssh_host_ecdsa_key 8d72d4b21cd4 :/etc/ssh/# 启动sshd
[root@localhost ~]# docker exec -it 8d72d4b21cd4 /bin/bash
[root@8d72d4b21cd4 ansible]# /usr/sbin/sshd

通过Xshell 可以连接上虚拟机了。