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tags: 1082, lsa
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# Week8

- Book mode https://hackmd.io/@ncnu-opensource/By4H6JLNW

# Docker

## 虛擬機器 vs 容器

### 虛擬機器（以作業系統為中心）


:::info
透過選擇不同的 Guest OS，虛擬機器的技術就可以確保只要我的程式在該 Guest OS 上可以正常運作，那放到你的電腦上跑時，可以不管你的 Host OS 是什麼，只要在你的 Host OS 上先裝上我的 Guest OS，我的程式就可以正常在你的電腦上運作。
:::

### 容器（以應用程式為中心）


:::info
容器是在作業系統層上虛擬化，透過 Container Manager 直接將一個應用程式所需的程式碼、函式庫打包，建立資源控管機制隔離各個容器，並分配 Host OS 上的系統資源。透過容器，應用程式不需要再另外安裝作業系統（Guest OS）也可以執行。
因為不需要另外安裝作業系統，建立容器所需要的硬碟容量可以大幅降低，且啟動速度可以更快，不需要等待 Guest OS 的開機時間。
:::

## Container manager（底層實做）

- rkt (appc)
- **docker** (runc)
- LXC/LXD

## 管理工具

- docker compose
- docker swarm (stack)
- k8s

## 為什麼要用 Container

### 更輕鬆的遷移和擴展 (why not baremetal)

||baremetal|container|
|-|---------|---------|
|遷移|人工處理|指令一鍵處理|
|擴展|再來一台|指令一鍵處理|

### 更簡單的管理 (why not baremetal)

|baremetal|container|
|---------|---------|
|無內建 |指令一鍵處理|

### 更快速的交付和部署 (wht not vm)

- container只需要將你的code的部屬即可
- container不需管理跟你服務無關的東西（軟體）
- container不需關心相依性

### 更有效率的虛擬化 (why not vm)

- container 只須將你的 process 、 network 虛擬化
- 其他東西與host共用

### 對比傳統虛擬機總結

|特性||虛擬機|
|-|-|-|
|啟動|秒級|分鐘級|
|硬碟容量|一般為 MB|一般為 GB|
|效能|接近原生|比較慢|
|系統支援量|單機支援上千個容器|一般幾十個|

## 各種container

- 其都具備
- 容器標準化
- 具有可攜式性
- 高效地利用伺服器
- ~~透過namespace and cgroup 來分配不同軟體容器的可用硬體資源~~(有不是的)

### LXC/LXD

- Linux Containers的縮寫
- 內含服務本身的程式碼，以及所需要的作業系統核心和函式庫
- 使用上可取代 VM 部分功能，但是更輕量
- [try it](https://linuxcontainers.org/lxd/try-it/)

### docker

- 通常只內含服務本身的程式碼
- 通常為一次性使用
- 免洗 container

### rkt

- 跟 docker 差不多
- 因應 docker 背離 CoreOS 創辦人期望而研發
- CoreOS 的期望是每個工具就專注做一項技術
- EOL
- [official doc](https://coreos.com/rkt/docs/latest/rkt-vs-other-projects.html)

### kata container


## Why choose docker

- docker 比較多人用
- 知名度高
- 社群支援度高

## 實現方式與演進

- Docker一開始就是dotCloud的內部專屬專案，
- Docker的開發者是：
- Solomon Hykes
- Andrea Luzzardi
- Francois-Xavier Bourlet
- Jeff Lindsay
- 專案如果只用在公司內部，實在是太可惜了
- Docker成為Open Source的專案
- 透過namespace and cgroup 來分配不同軟體容器的可用硬體資源
- 0.9版前其使用lxc，之後是使用runc
- 0.9版前是基於很多東西造就docker，既然來如此自己寫一個
- 支援windows

## Docker 3 + 1 元素

### 映像檔 Image

- 一個映像檔裡只包含運行該服務所需的檔案
- 建造方式：
- 利用 dockerfile 建造
- 儲存執行中 container 狀態

### 容器 Container

- 用映像檔建立出來後執行
- 可以被啟動、開始、停止、刪除
- 每個容器都是相互隔離、相對安全的平台
- 包含該映像檔加上一層讀寫層
- 映像檔為唯牘

### 倉庫 Repository

- 集中存放映像檔檔案
- 倉庫註冊伺服器 (Registry)
- 存放著多個倉庫
- 最大的公開倉庫註冊伺服器是 Docker Hub

### Volume

- 永久存放資料的地方

## 生命週期


- 資料會於 killed 時刪除
- 資料長期儲存要掛 volume

## namespace

- 隔離 Process ID 命名空間
- 不同 PID 命名空間 可以擁有相同的 PID
- PID 命名空間 容許 containers 提供：
- 暫停 / 恢復 container 中的一組 processes
- 將 container 遷移到新主機，container 的 process 保持相同的 PID
- [Linux Programmer's Manual](http://man7.org/linux/man-pages/man7/pid_namespaces.7.html#top_of_page)

## Network Mode

- bridge (預設使用的 mode)
- Docker 會分配一個內網 ip 給 container
- overlay
- 不同的實體主機內的 Container 之間可以互相的溝通
- macvlan
- 允許你在主機的一個網路卡上配置多個虛擬的網路卡
- container 的網路和Host 都在同一個網段中
- none
- container 沒有網路

## docker install

- [docker install docs](https://docs.docker.com/engine/install/ubuntu/)
- install

sudo apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
sudo add-apt-repository \
   "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu \
   $(lsb_release -cs) \
   stable"
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

- Verify that Docker Engine is installed correctly
`sudo docker run hello-world`

## 操作映像檔

### 一般操作

- 取得映像檔
`docker pull ubuntu:18.04`
- 列出映像檔
`docker images`
- 刪除 image
`docker rmi lsa/nginx`


:::info
如果沒有指定 `TAG`，預設使用 `latest`

- repository: 來自於哪個倉庫，比如 ubuntu
- tag: 映像檔的標記，比如 14.04
- image id: 它的 ID 號（唯一）
- create: 建立時間
- size: 映像檔大小
:::

### 建立映像檔

#### 儲存執行中 container 狀態

sudo docker run -it ubuntu:18.04 /bin/bash
touch a
exit
sudo docker commit -m "add file" <container name> lsa/ubuntu
sudo docker run -it lsa/ubuntu /bin/bash

- 得到 Container 狀態(Container name)

sudo docker ps -a 

#### 利用 dockerfile 建造

- 使用 docker commit 擴展一個映像檔比較簡單，但是不方便在一個團隊中分享
- 使用 docker build 來建立一個新的映像檔
- 需要建立一個 Dockerfile，裡面包含一些用來建立映像檔的指令

curl https://raw.githubusercontent.com/HcwXd/docker-tutorial/master/docker-demo-app/docker.html > index.html
vim Dockerfile

FROM nginx:latest
ADD index.html /usr/share/nginx/html

- 使用`#`來註釋
- `FROM` 指令告訴 Docker 使用哪個映像檔作為基底
- `RUN` 開頭的指令會在建立中執行，比如安裝一個套件
- `ADD` 命令複製本地檔案到映像檔([補充](https://nickjanetakis.com/blog/docker-tip-2-the-difference-between-copy-and-add-in-a-dockerile))
- `EXPOSE` 命令向外部開放埠號
- `CMD` 描述容器啟動後自動呼叫的程序

docker build -t="lsa/nginx" .
docker run -p 8000:80 -d --name lsa lsa/nginx

`用瀏覽器打開主機的IP加:8000`[範例](http://localhost:8000)

- `-t` 標記添加 tag
- 注意一個映像檔不能超過 127 層

#### 存出和載入

- 想讓對方知道你做了什麼

docker save -o <name>.tar <image name>
docker load -i <name>.tar

- 單純deploy(歷史會不見)

docker export -o <name>.tar <container name>
docker import <name>.tar 

- layer image hash會對應不到(save and load)`docker image history`

原本的：

IMAGE               CREATED             CREATED BY                                      SIZE                COMMENT
ca4502c36302        10 seconds ago      /bin/sh -c #(nop) ADD file:a0c534257e73fab40…   7.48kB              
ed21b7a8aee9        2 weeks ago         /bin/sh -c #(nop)  CMD ["nginx" "-g" "daemon…   0B                  
<missing>           2 weeks ago         /bin/sh -c #(nop)  STOPSIGNAL SIGTERM           0B                  
<missing>           2 weeks ago         /bin/sh -c #(nop)  EXPOSE 80                    0B       
...

load後：

IMAGE               CREATED             CREATED BY                                      SIZE                COMMENT
ca4502c36302        5 minutes ago       /bin/sh -c #(nop) ADD file:a0c534257e73fab40…   7.48kB              
<missing>           2 weeks ago         /bin/sh -c #(nop)  CMD ["nginx" "-g" "daemon…   0B                  
<missing>           2 weeks ago         /bin/sh -c #(nop)  STOPSIGNAL SIGTERM           0B        
...

- export and import`docker image history`

import後：

IMAGE               CREATED             CREATED BY          SIZE                COMMENT
7d6e3f6dc970        39 seconds ago                          125MB               Imported from -

## 操作容器

### 一般操作

- 建立容器
`docker run -it --name myubuntu -P 8000:22
ubuntu bash`
- 終止
`docker stop myubuntu`
- 啟動容器
`docker start -it myubuntu bash`
- 重新啟動
`docker restart myubuntu`
- 查看容器訊息
`docker ps -a`

#### behind the scenes

- 檢查本地是否存在指定的映像檔，不存在就從公有倉庫下載
- 利用映像檔建立並啟動一個容器
- **分配一個檔案系統，並在唯讀的映像檔層外面掛載一層可讀寫層**
- 從宿主主機設定的網路橋界面中橋接一個虛擬埠到容器中去
- 從位址池中設定一個 ip 位址給容器
- 執行使用者指定的應用程式
- 執行完畢後容器被終止

### 進入容器

- exec 命令
exec 是在 container 裡呼叫或執行 process
`docker exec [OPTIONS] CONTAINER`
- attach 命令
原本在建立一個 container 時就有包含 `-it` 就代表包含一個 tty(包含 input & output 的 terminal )只是是在背景執行，而 attach 則是把這個執行搬到前景來
`docker attach [OPTIONS] CONTAINER`
- 按下 `ctrl` + `P` 然後 `ctrl` + `Q` 跳離容器，讓它繼續在背景執行。

:::warning
但是使用 attach 命令有時候並不方便。當多個窗口同時 attach 到同一個容器的時候，所有窗口都會同步顯示。當某個窗口因命令阻塞時，其他窗口也無法執行操作了。
:::

#### lab

:::danger
這是為了lab測試用，平常不建議用 -itd
:::
- start container
`sudo docker run -idt --name lsa ubuntu`
- exec
`sudo docker exec -it lsa bash`
- attach
`sudo docker attach lsa`

## 倉庫 (Repository)

- 指令查詢
`docker search [OPTIONS] TERM`
- 網頁查詢
[docker hub](https://hub.docker.com)

## 資料卷 (Volume)

- 資料長時間保存
- 資料卷可以在容器之間共享和重用
- 對資料卷的修改會立馬生效
- 對資料卷的更新，不會影響映像檔

:::info
資料卷的使用，類似於 Linux 下對目錄或檔案進行 mount。
:::

- 使用自建 volume

docker volume create --name <name>
docker volume ls
docker run -d --name web -v <name>:/webapp nginx

- 使用系統目錄

docker run -d --name web -v ./log:/var/log/nginx nginx

## 網路連線

- 使用 ip 直接連接
- 利用`docker inspect`來取得ip
- 外部存取容器
- `-p ip:hostPort:containerPort`
- 容器互聯
`--link name`
- `name` 是要連接的容器名稱

sudo docker run -d --name web --link db -p 8000:80 nginx

## docker compose

version: '3'
services:
  db:
    container_name: postgres
    image: postgres
    # build: ./postgres
    restart: always # 自動重新使用
    environment:
      <name>: <value>
    volumes:
      ...
    # depends_on:
    #   - <some container>

volumes: # 有使用到的
# networks:
#   default:
#     external: #  join a pre-existing network,
#         name: im-pub

- Container name 是獨一無二的，如果不是確定其唯一性，就不用去設定
- 若要永久儲存，要設定 volumes
- server name 可以直接被 ping 到
- network 設定網路
- link 用在手動起 container
### install

sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/1.25.4/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

https://github.com/yiyu0x/ncnu-course-api
https://github.com/vincentinttsh/docker-compose-test

## Docker swarm

### Why need it

- Scaling
- 自動修復
- 當 container 的 host 死後，自動於其他台重啟
- Load balancing
- Rolling updates(慢慢更新)

### 優缺點（ V.S. k8s ）

- 優點
- 完備的相關技術文檔
- 快速簡單的配置
- 缺點
- 不提供存儲選項
- 監控不良
- Docker Swarm只提供關於容器的基本訊息

### How

- Cluster 主要由 Master Node 與 Worker Node 兩種角色所組成
- Manager Node 負責管理 Node Worker 與協調 Container 的部署工作
- 可以由一群 Manager Node 所組成 Manager Cluster(應付單點失效)
- 由單數數量的 Node 節點來組成。
- 透過一種去中心化的 [Raft 驗算法](http://thesecretlivesofdata.com/raft/)
- Worker Node
- 付責執行 Container
- 透過 Stack Network建立虛擬網路，並且透過加密的方式進行連線。

### Use it

- 修改docker-compose.yml
- 增加設定 `deploy`
- [doc](https://docs.docker.com/compose/compose-file/#deploy)

### [play with docker](https://labs.play-with-docker.com/)
## 參考資料

[Docker 基礎教學與介紹 ](https://medium.com/unorthodox-paranoid/docker-tutorial-101-c3808b899ac6)
[Docker —— 從入門到實踐](https://philipzheng.gitbook.io/docker_practice/)
[CoreOS 实战：CoreOS 及管理工具介绍](https://www.infoq.cn/article/what-is-coreos/)

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