全面图解Docker架构设计：掌握Docker全链路思维/实战/优化(小白到大师篇[3])

Docker 是一个革命性的开放平台，用于开发、交付和运行应用程序。通过使用 Docker，开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个轻量级、可移植的容器中，然后发布到任何支持 Docker 的环境中，在不同环境中实现一致的运行。无论是在虚拟机、物理服务器、数据中心还是云平台，Docker 都能确保应用的快速、可靠地部署和运行。

Docker 提供的不仅仅是容器，它还构建了一个庞大的生态系统，包括 Docker Hub、Docker Compose、Docker Swarm 等工具，这些工具涵盖了从开发到生产、从单一容器到容器编排的全方位需求。Docker 还支持多种编程语言、框架和中间件，使其成为现代应用开发和部署的首选工具。

本节内容

8、Docker网络配置

8.1 网络类型

Docker 网络配置是 Docker 容器化技术的重要组成部分，它允许容器与外部世界进行通信。Docker 提供了多种网络驱动来满足不同的网络需求

图解释:

• Docker Daemon: Docker 守护进程，负责管理 Docker 容器和网络。
• Containers: Docker 容器，运行用户的应用。
• Networks: Docker 网络，管理容器的网络连接。

网络类型:

• Bridge (Docker0) : Docker 默认的网络类型，创建一个虚拟网桥，使得容器之间以及容器与外部网络之间可以通信。
• Overlay: 用于 Docker Swarm 模式的跨主机通信，使得不同物理主机上的容器可以互相发现和通信。
• Host: 将容器的网络堆栈直接与宿主机相连，容器将使用宿主机的网络。
• Macvlan: 使得容器拥有独立的 MAC 地址，可以像物理设备一样在网络中表现。

网络详细:

• 虚拟网桥 (Docker0) : Docker 安装后自动创建的虚拟网桥，容器通过这个网桥与外部通信。
• 隔离: 每个容器都有自己独立的网络接口和 IP 地址，实现网络隔离。
• 跨主机通信: Overlay 网络允许 Swarm 模式下的不同主机上的容器进行通信。
• 直接使用宿主机网络: 使用 Host 网络的容器将直接使用宿主机的网络接口和 IP 地址。
• 虚拟接口: Macvlan 网络为容器创建虚拟接口，使其看起来像物理网络设备。
• 分配子网: Macvlan 网络为容器分配独立的子网。

8.2 网络详解

1. 默认网络

• bridge: Docker 默认的网络驱动，创建一个虚拟的以太网桥，每个容器都会连接到这个虚拟网络并分配一个 IP 地址。
• docker0: Docker 安装后自动创建的虚拟网桥，容器会连接到这个网桥并从网桥分配 IP 地址。

容器数据流转

2. 网络命名空间

• network namespace: Linux 网络命名空间，它提供了网络环境的隔离，每个容器都有自己的网络命名空间。

3. 容器网络接口

• eth0: 容器内部的网络接口，通常会连接到虚拟网桥。
• veth: 一对虚拟网络接口，用于容器与宿主机之间的通信。

4. 自定义网络

• user-defined networks: 用户可以创建自定义网络，这些网络可以是 bridge、overlay 或 host 类型。

5. 网络配置命令

• docker network create: 创建一个新的 Docker 网络。
• docker network ls: 列出现有的 Docker 网络。
• docker network connect: 将容器连接到一个网络。
• docker network disconnect: 将容器从网络断开。
• docker network inspect: 查看网络的详细信息。

8.3 网络创建方式

1. Bridge 网络

Bridge 网络是 Docker 默认的网络类型，适合大多数容器化应用。

创建 Bridge 网络:

docker network create --driver bridge my-bridge-network

• my-bridge-network 是您要创建的网络名称。
• 此命令创建了一个新的 Bridge 网络。

应用到容器:

docker run -d --name container1 --network my-bridge-network nginx

• 运行一个 Nginx 容器，并将其连接到 my-bridge-network 网络。

2. Overlay 网络

Overlay 网络用于多宿主机之间的容器通信，常见于 Docker Swarm 模式。

创建 Overlay 网络 (在 Docker Swarm 模式下):

docker swarm init
docker network create --driver overlay my-overlay-network

• 首先初始化 Docker Swarm 模式。
• my-overlay-network 是您要创建的网络名称。
• Overlay 网络允许不同物理主机上的容器进行通信。

应用到容器 (在 Docker Swarm 模式下):

docker service create --replicas 3 --name my-service --network my-overlay-network nginx

• 创建一个包含 3 个副本的 Nginx 服务，并将其连接到 my-overlay-network 网络。

3. Host 网络

Host 网络将容器的网络堆栈直接连接到宿主机，使得容器共享宿主机的网络命名空间。

应用到容器 (不需要创建，使用时指定):

docker run -d --name container1 --network host nginx

• 运行一个 Nginx 容器，并将其网络堆栈直接绑定到宿主机。

4. Macvlan 网络

Macvlan 网络允许容器拥有独立的 MAC 地址，看起来就像物理主机一样。

创建 Macvlan 网络:

docker network create --driver macvlan --subnet=192.168.1.0/24 --gateway=192.168.1.1 my-macvlan-network

• --driver macvlan 指定网络驱动为 Macvlan。
• --subnet 指定子网。
• --gateway 指定网关。
• my-macvlan-network 是您要创建的网络名称。

应用到容器:

docker run -d --name container1 --network my-macvlan-network nginx

• 运行一个 Nginx 容器，并将其连接到 my-macvlan-network 网络。

使用场景：

• Bridge: 适用于大多数单主机容器通信。
• Overlay: 适用于多主机容器通信，如 Docker Swarm。
• Host: 适用于需要访问宿主机网络接口的容器。
• Macvlan: 适用于需要独立网络接口的容器，如网络服务或测试。

9、DockerFile

Dockerfile 是一个文本文件，它包含了用于构建 Docker 镜像的一系列指令和参数。以下是 Dockerfile 的常见结构和组成部分：

完整案例

# 使用基础镜像，这是构建新镜像的起点
FROM ubuntu:20.04 AS base

# 维护者信息（使用 LABEL 替代 MAINTAINER）
LABEL maintainer="Name <email>"

# 设置环境变量，这会影响后续的RUN指令以及容器运行时的环境
ENV MY_ENV_VAR="my_value"
ENV PATH="/usr/local/bin:${PATH}"

# RUN 指令执行命令并创建一个新的镜像层，用于安装软件包
RUN apt-get update && apt-get install -y \
    curl \
    git \
    vim

# 工作目录 ：WORKDIR 设置工作目录，后续的RUN、CMD、ENTRYPOINT指令都会基于这个工作目录
WORKDIR /app

# 复制当前目录内容到容器内的 /app 目录下，COPY 从构建上下文（通常为Dockerfile所在的目录）复制新文件或目录到镜像中
COPY . /app

# 添加额外的文件到镜像中：ADD 与COPY类似，但可以处理tar压缩文件，并且可以执行一些特殊操作
ADD ./files/* /app/files/

# 定义一个挂载点：VOLUME 定义一个挂载点，用于数据持久化或容器间数据共享
VOLUME /var/log/myapp

# EXPOSE 声明容器运行时监听的端口
EXPOSE 8000

# 指定容器启动时执行的命令：CMD 指令提供容器启动时执行的默认命令，可以被docker run的参数覆盖
CMD ["python", "/app/main.py"]

# 构建阶段：编译应用，使用多阶段构建来减小最终镜像的大小
FROM base AS builder
RUN apt-get update && apt-get install -y build-essential
COPY --from=base /app /app
RUN make /app

# 生产阶段：运行应用，使用基础镜像作为构建产物的运行环境
FROM base AS production
COPY --from=builder /app/bin /app/bin
CMD ["/app/bin/myapp"]

# 健康检查： HEALTHCHECK 定义容器的健康检查命令，提高容器的可靠性
HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=30s --retries=3 \
  CMD curl -f http://localhost:8000 || exit 1

# 用户：USER 指定运行命令的用户和用户组，提高安全性
USER 1000:1000

# 构建缓存：ARG 定义构建缓存的变量，可以用于构建过程中的参数传递
ARG BUILD_DATE
LABEL org.label-schema.build-date=$BUILD_DATE

# 停止信号：STOPSIGNAL 配置停止容器的信号，可以是任何POSIX停止信号或数字
STOPSIGNAL SIGTERM

# 使用 SHELL 指令 ：SHELL 指定用于执行指令的shell，可以是bash、sh等
SHELL ["/bin/bash", "-c"]

解释

1. 基础镜像: 使用 ubuntu:20.04 作为基础镜像。
2. 维护者信息: 使用 LABEL 替代已废弃的 MAINTAINER。
3. 环境变量: 设置环境变量 MY_ENV_VAR 和更新 PATH。
4. 更新和安装软件: 使用 RUN 安装软件包。
5. 工作目录: 设置工作目录为 /app。
6. 复制文件: 使用 COPY 和 ADD 将文件添加到镜像中。
7. 挂载点: 定义一个挂载点。
8. 暴露端口: 声明容器运行时监听的端口。
9. 默认命令: 设置容器启动时执行的默认命令。
10. 构建阶段: 使用 builder 阶段编译应用。
11. 生产阶段: 使用 production 阶段运行应用。
12. 健康检查: 定义容器的健康检查命令。
13. 用户: 指定运行命令的用户。
14. 构建缓存: 使用 ARG 定义构建时的变量。
15. 停止信号: 配置停止容器的信号。
16. SHELL: 指定用于执行指令的 shell。

命令详细说明

1. 基础镜像指令 (FROM)

FROM ubuntu:20.04

• FROM 指令指定了基础镜像，这是构建新镜像的基础。

2. 维护者指令 (MAINTAINER) (可选，已废弃，建议使用 LABEL)

LABEL maintainer="name <email>"

• LABEL 用于添加元数据，替代了以前的 MAINTAINER 指令。

3. 环境变量指令 (ENV)

ENV PATH /usr/local/bin:$PATH

• ENV 用于设置环境变量。

4. 工作目录指令 (WORKDIR)

WORKDIR /app

• WORKDIR 设置容器内的当前工作目录。

5. 复制指令 (COPY 和 ADD)

COPY . /app

• COPY 从构建上下文复制新文件或目录到容器的文件系统。
• ADD 与 COPY 类似，但处理归档文件时有额外的功能。

6. 运行指令 (RUN)

RUN apt-get update && apt-get install -y nginx

• RUN 指令用于执行命令，并将其结果（如安装的软件）作为新的镜像层保存。

7. 暴露指令 (EXPOSE)

EXPOSE 80

• EXPOSE 指令通知 Docker 守护进程容器运行时监听的端口。

8. 启动命令指令 (CMD)

CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

• CMD 指令指定了容器启动时执行的默认命令。

9. 健康检查指令 (HEALTHCHECK)

HEALTHCHECK --interval=30s --timeout=30s --retries=3 CMD curl -f http://localhost || exit 1

• HEALTHCHECK 指令用于指定如何检查容器健康状况。

10. 构建缓存指令 (ARG)

ARG VERSION=latest

• ARG 指令用于定义构建过程中的变量。

11. 多阶段构建 (FROM 在 Dockerfile 中多次使用)

# 第一阶段: 构建阶段
FROM golang:1.16 AS builder
WORKDIR /app
COPY go.* ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN go build -o /my-go-app

# 第二阶段: 生产环境
FROM alpine:latest
RUN apk add --no-cache ca-certificates
WORKDIR /root
COPY --from=builder /my-go-app .
CMD ["./my-go-app"]

• 使用多阶段构建可以减小最终镜像的大小，将构建产物从构建阶段复制到生产环境镜像。

10、DockerFile实战案例

第一个案例是Spring Boot应用，第二个案例是一个使用Spring Boot和MyBatis的多模块项目。

10.1 案例1：Spring Boot应用

项目结构

假设我们的Spring Boot应用结构如下：

springbootapp/
├── src/
│   ├── main/
│   │   ├── java/com/
│   │   │   └── example/
│   │   │       ├── controller/
│   │   │       │   └── HelloController.java
│   │   │       └── Application.java
│   │   └── resources/
│   │       └── application.properties
├── pom.xml
└── Dockerfile

• HelloController.java 是Spring Boot控制器。
• Application.java 是Spring Boot应用的主程序。
• application.properties 包含应用配置。
• pom.xml 是Maven构建配置文件。

Dockerfile

# 使用官方Java基础镜像，带有Maven环境，用于构建项目
FROM maven:3.8.1-jdk-11 AS build
# 设置工作目录
WORKDIR /app
# 复制项目文件到容器中
COPY src ./src
COPY pom.xml .
# 使用Maven构建项目
RUN mvn -f pom.xml clean package

# 使用官方Java基础镜像，用于运行应用
FROM openjdk:11-jre-slim
# 设置工作目录
WORKDIR /app
# 从构建阶段复制已构建的jar文件到运行阶段
COPY --from=build /app/target/*.jar ./app.jar
# 暴露端口
EXPOSE 8080
# 运行Spring Boot应用
CMD ["java", "-jar", "app.jar"]

构建和运行Docker镜像

1. 构建镜像：

docker build -t springbootapp .

1. 运行容器：

docker run -p 8080:8080 springbootapp

10.2 案例2：Spring Boot和MyBatis多模块项目

项目结构

多模块Spring Boot和MyBatis应用结构如下：

multimoduleapp/
├── pom.xml
├── Dockerfile
└── app/
    ├── common/
    │   ├── pom.xml
    │   └── src/
    │       ├── main/
    │       └── java/
    │           └── com/
    │               └── example/
    │                   └── common/
    │                       └── CommonService.java
    ├── api/
    │   ├── pom.xml
    │   └── src/
    │       ├── main/
    │       │   ├── java/
    │       │   │   └── com/
    │       │   │       └── example/
    │       │   │           └── api/
    │       │   │               └── ApiController.java
    │       │   └── resources/
    │       └── application.properties
    └── service/
        ├── pom.xml
        ├── src/
        │   ├── main/
        │   │   ├── java/
        │   │   │   └── com/
        │   │   │       └── example/
        │   │   │           └── service/
        │   │   │               └── BusinessService.java
        │   │   └── resources/
        └── src/
            └── main/
                └── resources/
                    └── mapper/
                        └── UserMapper.xml

• CommonService.java 是一个通用服务。
• ApiController.java 是Spring Boot控制器。
• BusinessService.java 是业务逻辑服务。
• UserMapper.xml 是MyBatis映射文件。
• pom.xml 是Maven构建配置文件。

Dockerfile

# 使用官方Java基础镜像，带有Maven环境，用于构建项目
FROM maven:3.8.1-jdk-11 AS build
# 设置工作目录
WORKDIR /app
# 复制项目文件到容器中
COPY . .
# 使用Maven构建项目
RUN mvn -f pom.xml clean package

# 使用官方Java基础镜像，用于运行应用
FROM openjdk:11-jre-slim
# 设置工作目录
WORKDIR /app
# 从构建阶段复制已构建的jar文件到运行阶段
COPY --from=build /app/api/target/*.jar ./app.jar
# 暴露端口
EXPOSE 8080
# 运行Spring Boot应用
CMD ["java", "-jar", "app.jar"]

构建和运行Docker镜像

1. 构建镜像：

docker build -t multimoduleapp .

1. 运行容器：

docker run -p 8080:8080 multimoduleapp