一、引言

隨著云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，軟件系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜和龐大，傳統(tǒng)的單體架構(gòu)已經(jīng)難以滿足業(yè)務(wù)需求和技術(shù)挑戰(zhàn)。這也促使了軟件系統(tǒng)架構(gòu)從單體架構(gòu)到SOA架構(gòu)再到微服務(wù)架構(gòu)的變革與演變。在現(xiàn)階段越來(lái)越多的企業(yè)和開發(fā)者為了提高系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性、可靠性和用戶體驗(yàn)，已經(jīng)大量采用微服務(wù)架構(gòu)，將一個(gè)大型的應(yīng)用程序拆分為多個(gè)小的、自治的服務(wù)，每個(gè)服務(wù)可以獨(dú)立地部署、升級(jí)和擴(kuò)展。

但是，微服務(wù)架構(gòu)也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，如何快速地開發(fā)、測(cè)試、部署和運(yùn)維多個(gè)服務(wù)？如何保證服務(wù)之間的協(xié)調(diào)和通信？如何保證服務(wù)的性能和安全性？如何管理服務(wù)之間的依賴關(guān)系？如何監(jiān)控和調(diào)試服務(wù)？

為了解決這些問(wèn)題和挑戰(zhàn)，我們需要一種工具或平臺(tái)，可以讓我們更方便地創(chuàng)建、運(yùn)行和管理多個(gè)服務(wù)。這就是 Docker 與K8S的作用。Docker 是一個(gè)開源的應(yīng)用容器引擎，可以讓開發(fā)者打包他們的應(yīng)用以及依賴包到一個(gè)輕量級(jí)、可移植的容器中，然后發(fā)布到任何流行的 Linux 機(jī)器上，也可以實(shí)現(xiàn)虛擬化。Docker 可以提高開發(fā)效率和可預(yù)測(cè)性，簡(jiǎn)化部署和運(yùn)維，提升系統(tǒng)的性能和安全性。

本文將介紹如何在微服務(wù)架構(gòu)下使用 Docker 來(lái)實(shí)現(xiàn)工程化地開發(fā)、測(cè)試、部署和運(yùn)維多個(gè)服務(wù)。

二、Docker概念和原理

Docker是一個(gè)開源的引擎，可以輕松的為任何應(yīng)用創(chuàng)建一個(gè)輕量級(jí)的、可移植的、自給自足的容器。開發(fā)者在筆記本上編譯測(cè)試通過(guò)的容器可以批量地在生產(chǎn)環(huán)境中部署，包括VMs（虛擬機(jī)）、 bare metal、OpenStack 集群和其他的基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)。

1、Docker核心概念

• 鏡像（Image）：鏡像是一個(gè)只讀的模板，包含了一個(gè)應(yīng)用程序及其依賴環(huán)境所需的所有文件。鏡像可以通過(guò) Dockerfile 來(lái)構(gòu)建，也可以從 Docker Hub 或其他倉(cāng)庫(kù)中下載。鏡像可以被復(fù)用和共享，也可以被分層和緩存，以提高效率和節(jié)省空間。
• 容器（Container）：容器是一個(gè)運(yùn)行時(shí)的實(shí)例，是鏡像的一個(gè)可讀寫的副本。容器可以通過(guò)鏡像來(lái)創(chuàng)建，也可以通過(guò)命令或文件來(lái)配置。容器可以被啟動(dòng)、停止、刪除、暫停、恢復(fù)等操作。容器之間可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)卷來(lái)通信和共享數(shù)據(jù)。
• 倉(cāng)庫(kù)（Repository）：倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)存儲(chǔ)和分發(fā)鏡像的地方，可以是公開的或私有的。倉(cāng)庫(kù)可以由多個(gè)標(biāo)簽（Tag）組成，標(biāo)簽是鏡像的一個(gè)版本或別名。倉(cāng)庫(kù)可以從 Docker Hub 或其他注冊(cè)中心（Registry）中拉取或推送鏡像。
• 網(wǎng)絡(luò)（Network）：網(wǎng)絡(luò)是一種連接容器之間或容器與外部網(wǎng)絡(luò)的方式。Docker 支持多種網(wǎng)絡(luò)模式，如橋接（Bridge）、主機(jī)（Host）、無(wú)（None）、覆蓋（Overlay）等。Docker 還支持自定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)插件，以滿足不同的需求和場(chǎng)景。
• 數(shù)據(jù)卷（Volume）：數(shù)據(jù)卷是一種在容器之間或容器與宿主機(jī)之間共享數(shù)據(jù)的方式。數(shù)據(jù)卷可以在容器創(chuàng)建時(shí)或運(yùn)行時(shí)掛載到容器中，也可以被其他容器引用或復(fù)制。數(shù)據(jù)卷可以保證數(shù)據(jù)的持久性和一致性，也可以提高數(shù)據(jù)的訪問(wèn)速度。
• 服務(wù)（Service）：服務(wù)是一種在多個(gè)容器之間抽象出一個(gè)邏輯單元的方式。服務(wù)可以定義容器的數(shù)量、規(guī)模、更新策略、負(fù)載均衡等屬性。服務(wù)可以通過(guò) Docker Compose 或 Docker Swarm 等工具來(lái)編排和管理。

2、Docker應(yīng)用場(chǎng)景

• web應(yīng)用的自動(dòng)化打包和發(fā)布；
• 自動(dòng)化測(cè)試和持續(xù)集成、發(fā)布；
• 在服務(wù)型環(huán)境中部署和調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)或其他的后臺(tái)應(yīng)用；
• 從頭編譯或者擴(kuò)展現(xiàn)有的OpenShift或Cloud Foundry平臺(tái)來(lái)搭建自己的PaaS環(huán)境。

3、Docker主要優(yōu)勢(shì)

• 輕量級(jí)：Docker 容器不需要運(yùn)行一個(gè)完整的操作系統(tǒng)，只需要共享宿主機(jī)的內(nèi)核，因此可以節(jié)省資源和提高性能。
• 可移植性：Docker 容器可以在任何支持 Docker 的 Linux 機(jī)器上運(yùn)行，無(wú)論是物理機(jī)、虛擬機(jī)、云服務(wù)還是其他平臺(tái)，都可以保證一致的運(yùn)行環(huán)境。
• 隔離性：Docker 容器之間是相互隔離的，每個(gè)容器都有自己的文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)程空間等，不會(huì)相互干擾和影響。
• 可擴(kuò)展性：Docker 容器可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求和負(fù)載情況，快速地創(chuàng)建、銷毀、啟動(dòng)、停止、遷移和擴(kuò)展。
• 可管理性：Docker 容器可以通過(guò)一些工具和平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)容器的統(tǒng)一管理、監(jiān)控、日志、安全等功能。

三、Docker安裝和配置

Docker有很多種安裝的選擇，我們推薦您在Ubuntu下面安裝，因?yàn)閐ocker是在Ubuntu下面開發(fā)的，安裝包測(cè)試比較充分，可以保證軟件包的可用性。Mac, windows和其他的一些linux發(fā)行版本無(wú)法原生運(yùn)行Docker，可以使用虛擬軟件創(chuàng)建一個(gè)ubuntu的虛擬機(jī)并在里面運(yùn)行docker。

以下是 Docker中文社區(qū)站安裝手冊(cè)：

https://www.docker.org.cn/book/install/install-docker-under-ubuntu-precise-20.html。

四、Docker基本操作

以下是Docker的基本操作：

查看Docker版本：

docker --version

拉取鏡像：

docker pull image_name[:tag]

列出本地鏡像：

docker images

運(yùn)行容器：

docker run [options] image_name[:tag] [command]

顯示容器列表：

#正在運(yùn)行的容器
docker ps
#列出所有容器（包括已停止的）
docker ps -a

停止容器：

docker stop container_id/container_name

啟動(dòng)已停止的容器：

docker start container_id/container_name

刪除容器：

docker rm container_id/container_name

查看容器日志：

docker logs container_id/container_name

進(jìn)入容器內(nèi)部終端：

docker exec -it container_id/container_name bash

五、Docker網(wǎng)絡(luò)管理

Docker的網(wǎng)絡(luò)管理是非常重要的，它允許容器之間進(jìn)行通信，并與外部網(wǎng)絡(luò)交互。Docker提供了幾種網(wǎng)絡(luò)模式，可以根據(jù)需求選擇不同的網(wǎng)絡(luò)配置。以下是Docker的網(wǎng)絡(luò)管理相關(guān)內(nèi)容：

• 橋接網(wǎng)絡(luò)（Bridge Network）： 默認(rèn)情況下，Docker容器使用橋接網(wǎng)絡(luò)模式。在橋接網(wǎng)絡(luò)中，Docker守護(hù)進(jìn)程會(huì)創(chuàng)建一個(gè)名為"docker0"的虛擬網(wǎng)橋，每個(gè)容器都會(huì)連接到這個(gè)網(wǎng)橋，并分配一個(gè)IP地址。容器之間可以直接通過(guò)IP地址進(jìn)行通信。如果沒(méi)有指定網(wǎng)絡(luò)，Docker會(huì)自動(dòng)將容器連接到默認(rèn)的橋接網(wǎng)絡(luò)。
• 主機(jī)網(wǎng)絡(luò)（Host Network）： 在主機(jī)網(wǎng)絡(luò)模式下，容器與宿主機(jī)共享網(wǎng)絡(luò)棧，即容器與宿主機(jī)使用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口和IP地址。這樣容器的網(wǎng)絡(luò)性能更高，但缺乏隔離性，容器的端口與宿主機(jī)的端口是一致的，因此可能出現(xiàn)端口沖突的問(wèn)題。
• 容器網(wǎng)絡(luò)（Container Network）： 容器網(wǎng)絡(luò)允許多個(gè)容器共享同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)棧，這樣這些容器之間可以直接通過(guò)localhost進(jìn)行通信。這種網(wǎng)絡(luò)模式適用于需要共享網(wǎng)絡(luò)命名空間的應(yīng)用場(chǎng)景。

六、Docker數(shù)據(jù)管理

Docker的數(shù)據(jù)管理是非常重要的，它涉及到容器內(nèi)部數(shù)據(jù)的持久化、備份和恢復(fù)等操作。Docker提供了幾種方式來(lái)管理容器內(nèi)的數(shù)據(jù)，以便確保數(shù)據(jù)的安全性和持久性。以下是Docker的數(shù)據(jù)管理相關(guān)內(nèi)容：

數(shù)據(jù)卷（Volume）： 數(shù)據(jù)卷是Docker中最常用的數(shù)據(jù)管理方式之一，它允許將宿主機(jī)上的目錄或文件映射到容器中的指定路徑。這樣，容器內(nèi)的數(shù)據(jù)就可以持久化保存在宿主機(jī)上，即使容器被刪除或重啟，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)卷并將其掛載到容器中：

docker volume create my_data_volume
docker run -d --name my_container -v my_data_volume:/path/to/container/data image_name

綁定掛載（Bind Mount）： 綁定掛載是將宿主機(jī)上的目錄或文件直接掛載到容器中的指定路徑，與數(shù)據(jù)卷不同，綁定掛載沒(méi)有額外的管理功能，但是更為靈活，可以直接使用宿主機(jī)上的文件。運(yùn)行一個(gè)容器并使用綁定掛載：

七、Docker服務(wù)編排

Docker 的服務(wù)編排是指通過(guò)一系列定義好的配置來(lái)管理多個(gè) Docker 容器的部署和運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的高可用性、彈性伸縮和負(fù)載均衡等功能。Docker 提供了多種工具和機(jī)制來(lái)進(jìn)行服務(wù)編排，其中最常用的有 Docker Compose 和 Docker Swarm。

• Docker Compose： Docker Compose 是 Docker 官方提供的用于定義和管理多個(gè)容器的工具。通過(guò)編寫一個(gè) YAML 文件，您可以定義多個(gè)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、卷等信息，以描述整個(gè)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)和配置。Docker Compose 可以幫助您快速創(chuàng)建和管理復(fù)雜的多容器應(yīng)用，并通過(guò)一條命令來(lái)啟動(dòng)、停止、查看容器的日志等操作。
• Docker Swarm： Docker Swarm 是 Docker 內(nèi)置的原生容器編排和集群管理工具。它允許將多個(gè) Docker 主機(jī)組成一個(gè) Swarm 集群，使容器可以跨多個(gè)主機(jī)進(jìn)行部署和運(yùn)行。Docker Swarm 提供了高可用性、負(fù)載均衡和容器彈性伸縮等功能，可以將多個(gè)容器組織成一個(gè)統(tǒng)一的服務(wù)，并根據(jù)需要進(jìn)行自動(dòng)擴(kuò)展或縮減。

八、容器的現(xiàn)狀與對(duì)比

目前，容器技術(shù)在云計(jì)算和應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，并且有幾種主要的容器技術(shù)，如Docker、Podman、Containerd等。

以下是幾個(gè)項(xiàng)目Github數(shù)據(jù)對(duì)比

Docker 項(xiàng)目的源代碼倉(cāng)庫(kù)之所以是https://github.com/moby/moby，是因?yàn)樵谶^(guò)去 Docker 公司的產(chǎn)品名稱就是 Docker，因此項(xiàng)目的源代碼倉(cāng)庫(kù)也叫作 Docker。然而，后來(lái) Docker 公司將其核心技術(shù)移交給了開源社區(qū)，這個(gè)過(guò)程中，由于 Docker 這個(gè)名稱被注冊(cè)為商標(biāo)，因此不能再作為開源項(xiàng)目的名稱。
為了避免商標(biāo)沖突，Docker 項(xiàng)目在2017年將其源代碼倉(cāng)庫(kù)遷移到了 GitHub，并將倉(cāng)庫(kù)名稱改為了 "moby"。這個(gè)名稱是受到了 Herman Melville 的小說(shuō) "Moby-Dick" 的啟發(fā)，其中的白鯨 "Moby Dick" 以其龐大和復(fù)雜而聞名。這個(gè)名稱也象征著 Docker 項(xiàng)目的開放性、復(fù)雜性和多樣性。

1、Docker

• 現(xiàn)狀：Docker 是最早并且最為流行的容器技術(shù)，擁有龐大的用戶和社區(qū)支持。它提供了簡(jiǎn)單易用的命令行工具和圖形界面，使得容器的創(chuàng)建、管理和部署變得非常簡(jiǎn)單。
• 優(yōu)點(diǎn)：Docker 提供了完善的生態(tài)系統(tǒng)，擁有大量的鏡像倉(cāng)庫(kù)（如 Docker Hub）供用戶分享和下載公共鏡像。它具有跨平臺(tái)性，支持在多種操作系統(tǒng)上運(yùn)行容器。
• 缺點(diǎn)：Docker Daemon 的設(shè)計(jì)相對(duì)龐大，有時(shí)會(huì)占用較多的系統(tǒng)資源。此外，Docker 使用 root 權(quán)限來(lái)運(yùn)行容器，可能導(dǎo)致安全性問(wèn)題。

2、Podman

• 現(xiàn)狀：Podman 是一種與 Docker 類似的容器技術(shù)，不需要后臺(tái)守護(hù)進(jìn)程（Docker Daemon），因此更輕量級(jí)，并可以避免一些 Docker 的安全問(wèn)題。它兼容 Docker CLI，可以直接替代 Docker 使用。
• 優(yōu)點(diǎn)：Podman 提供了和 Docker 一樣的用戶體驗(yàn)，但在安全性和資源消耗方面更優(yōu)。它可以運(yùn)行在不同的容器運(yùn)行時(shí)（如 containerd 或 runc）上，具有更大的靈活性。
• 缺點(diǎn)：Podman 的生態(tài)系統(tǒng)相對(duì) Docker 還不夠豐富，雖然可以使用 Docker Hub 的鏡像，但在一些特定的場(chǎng)景下可能會(huì)遇到兼容性問(wèn)題。

3、Containerd

• 現(xiàn)狀：Containerd 是一個(gè)面向生產(chǎn)環(huán)境的容器運(yùn)行時(shí)，是 Docker 的核心組件之一。它提供了容器的基本功能，但通常需要和其他工具（如 Docker 或 Kubernetes）結(jié)合使用。
• 優(yōu)點(diǎn)：Containerd 的設(shè)計(jì)注重穩(wěn)定性和性能，適用于大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境。它支持 OCI（Open Container Initiative）標(biāo)準(zhǔn)，與多個(gè)容器管理工具兼容。
• 缺點(diǎn)：Containerd 只提供了最基本的容器運(yùn)行時(shí)功能，缺乏直接操作容器的用戶接口。通常需要和其他工具配合使用，不適合直接用于開發(fā)者的日常使用。

Docker 是最為流行和成熟的容器技術(shù)，擁有豐富的生態(tài)系統(tǒng)和用戶基礎(chǔ)。Podman 提供了更輕量級(jí)和安全的替代方案，尤其在需要避免 Docker 安全問(wèn)題或在不需要 Docker Daemon 的場(chǎng)景下較為合適。Containerd 則是一個(gè)面向生產(chǎn)環(huán)境的容器運(yùn)行時(shí)，更適合在底層與其他工具集成使用。選擇合適的容器技術(shù)取決于具體的使用場(chǎng)景和需求。