Что такое Docker, и как его использовать? Подробно рассказываем

Разберем по косточкам, ведь Docker – это мощный инструмент, и огромное количество информации по работе с ним вряд ли уместится в брошюрку.

Что такое Docker?

Это ПО с открытым кодом, принцип работы которого проще всего сравнить с транспортными контейнерами. Только подумайте, ведь когда-то транспортные компании сталкивались с похожими проблемами:

1. Как перевозить разные (несовместимые) типы товаров вместе (например, продукты питания с химикатами или стекло с кирпичом)?
2. Как обрабатывать пакеты разных размеров одним и тем же транспортным средством?

С введением контейнеров стало возможным перевозить вместе кирпичи и стекло, химикаты и еду, а также многое другое. Груз разного размера может быть распределен по стандартизированным контейнерам, которые загружаются/выгружаются одним и тем же транспортным средством.

Но вернемся же к контейнерам. Когда вы разрабатываете приложение, вам нужно предоставить код вместе со всеми его составляющими, такими как библиотеки, сервер, базы данных и т. д. Вы можете оказаться в ситуации, когда приложение работает на вашем компьютере, но отказывается включаться на устройстве другого пользователя.

Эта проблема решается через создание независимости ПО от системы.

В чем отличие от виртуализации?

Изначально виртуализация была призвана избавить от подобных проблем, но в ней есть существенные недостатки:

• медленная загрузка;
• возможная плата за предоставление дополнительного пространства;
• не все виртуальные машины (VM) поддерживают совместимое использование;
• поддерживающие VM часто требуют сложной настройки;
• образ может быть слишком большим, так как «дополнительная ОС» добавляет гигабайт пространства в проект поверх операционной системы, а в большинстве случаев на сервер ставится несколько VM, которые занимают еще больше места.

Докер же просто разделяет ядро ОС на все контейнеры (Docker container), работающие как отдельные процессы. Это не единственная подобная платформа, но, бесспорно, одна из самых популярных и востребованных.

Какие очевидные плюсы?

К его преимуществам относятся:

1. Ускоренный процесс разработки. Нет необходимости устанавливать вспомогательные инструменты вроде PostgreSQL, Redis, Elasticsearch: их можно запускать в контейнерах.
2. Удобная инкапсуляция приложений.
3. Понятный мониторинг.
4. Простое масштабирование.

Поддерживаемые платформы

Докер работает не только на его родной ОС, Linux, но также поддерживается Windows и macOS. Единственное отличие от взаимодействия с Linux в том, что на macOS и Windows платформа инкапсулируется в крошечную виртуальную машину. На данный момент Докер для macOS и Windows достиг значительного уровня удобства в использовании.

Кроме того, существует множество дополнительных приложений, таких как Kitematic или Docker Machine, которые помогают устанавливать и использовать Докер на платформах, отличных от Linux.

Установка

Здесь можно посмотреть подробную инструкцию по установке. Если вы работаете с Докером на ОС Linux, вам нужно выполнить несколько несложных действий и повторно войти в систему:

sudo usermod -aG docker $(whoami)

Терминология

1. Контейнер – это исполняемый экземпляр, который инкапсулирует требуемое программное обеспечение. Он состоит из образов. Его можно легко удалить и снова создать за короткий промежуток времени.

2. Образ – базовый элемент каждого контейнера. В зависимости от образа, может потребоваться некоторое время для его создания.

3. Порт – это порт TCP/UDP в своем первоначальном значении. Чтобы все было просто, предположим, что порты могут быть открыты во внешнем мире или подключены к контейнерам (доступны только из этих контейнеров и невидимы для внешнего мира).

4. Том – описывается как общая папка. Тома инициализируются при создании контейнера и предназначены для сохранения данных, независимо от жизненного цикла контейнера.

5. Реестр – это сервер, на котором хранятся образы. Сравним его с GitHub: вы можете вытащить образ из реестра, чтобы развернуть его локально, и так же локально можете вносить в реестр созданные образы.

6. Docker Hub – публичный репозиторий с интерфейсом, предоставляемый Докер Inc. Он хранит множество образов. Ресурс является источником «официальных» образов, сделанных командой Докер или созданных в сотрудничестве с разработчиком ПО. Для официальных образов перечислены их потенциальные уязвимости. Эта информация открыта для любого зарегистрированного пользователя. Доступны как бесплатные, так и платные аккаунты.

Пример 1: Hello World

Пришло время запустить наш первый контейнер:

docker run ubuntu /bin/echo 'Hello world'

Консольный вывод:

Unable to find image 'ubuntu:latest' locally  
latest: Pulling from library/ubuntu  
d54efb8db41d: Pull complete  
f8b845f45a87: Pull complete  
e8db7bf7c39f: Pull complete  
9654c40e9079: Pull complete  
6d9ef359eaaa: Pull complete  
Digest: sha256:dd7808d8792c9841d0b460122f1acf0a2dd1f56404f8d1e56298048885e45535  
Status: Downloaded newer image for ubuntu:latest  
Hello world

• docker run – это команда запуска контейнера.
• ubuntu – образ, который вы запускаете (например, образ операционной системы Ubuntu). Когда вы его указываете, Докер сначала анализирует элемент в разрезе хоста.
• /bin/echo 'Hello world' – команда, которая будет запускаться внутри нового контейнера. Данный контейнер просто выводит «Hello world» и останавливает выполнение.

Теперь попробуем создать интерактивную оболочку внутри контейнера:

docker run -i -t --rm ubuntu /bin/bash

• -t присваивает псевдо-tty или терминал внутри нового контейнера.
• -i позволяет создавать интерактивное соединение, захватывая стандартный вход (STDIN) контейнера.
• --rm требуется для автоматического удаления контейнера при выходе из процесса. По умолчанию контейнеры не удаляются.

Если вы хотите, чтобы контейнер работал после окончания сеанса, вам необходимо его «демонизировать»:

docker run --name daemon -d ubuntu /bin/sh -c "while true; do echo hello world; sleep 1; done"

• --name daemon назначает имя новому контейнеру. Если вы его не укажете, имя сгенерируется и назначится автоматически.
• -d запускает контейнер в фоновом режиме («демонизирует» его).

Давайте посмотрим, какие контейнеры у нас есть на данный момент:

docker ps -a

Консольный вывод:

CONTAINER ID  IMAGE   COMMAND                 CREATED             STATUS                         PORTS  NAMES  
1fc8cee64ec2  ubuntu  "/bin/sh -c 'while..."  32 seconds ago      Up 30 seconds                         daemon  
c006f1a02edf  ubuntu  "/bin/echo 'Hello ..."  About a minute ago  Exited (0) About a minute ago         gifted_nobel

• docker ps – команда для перечисления контейнеров.
• -a показывает все контейнеры (без -a ps покажет только запущенные контейнеры).

ps показывает нам, что у нас есть два контейнера:

• gifted_nobel (имя для этого контейнера генерировалось автоматически) – первый контейнер, который мы создали с набранным «Hello world».
• daemon – третий контейнер, который мы создали и «демонизировали».

Примечание: второй контейнер (с интерактивной оболочкой) отсутствует, потому что мы устанавливаем параметр -rm, в результате чего этот контейнер автоматически удаляется после выполнения.

Давайте проверим журналы и посмотрим, что делает контейнер-демон прямо сейчас:

docker logs -f daemon

Консольный вывод:

...
hello world  
hello world  
hello world

• docker logs получают журналы контейнера.
• -f следит за выходом журнала.

Теперь давайте остановим контейнер-демон:

docker stop daemon

Проверяем его остановку:

docker ps -a

Консольный вывод:

CONTAINER ID  IMAGE   COMMAND                 CREATED        STATUS                      PORTS  NAMES  
1fc8cee64ec2  ubuntu  "/bin/sh -c 'while..."  5 minutes ago  Exited (137) 5 seconds ago         daemon  
c006f1a02edf  ubuntu  "/bin/echo 'Hello ..."  6 minutes ago  Exited (0) 6 minutes ago           gifted_nobel

Контейнер остановлен. Давайте запустим его снова:

docker start daemon

Убедимся, что он запущен:

docker ps -a  

Консольный вывод:

CONTAINER ID  IMAGE   COMMAND                 CREATED        STATUS                    PORTS  NAMES  
1fc8cee64ec2  ubuntu  "/bin/sh -c 'while..."  5 minutes ago  Up 3 seconds                     daemon  
c006f1a02edf  ubuntu  "/bin/echo 'Hello ..."  6 minutes ago  Exited (0) 7 minutes ago         gifted_nobel

Теперь остановим его и удалим все контейнеры вручную:

docker stop daemon  
docker rm <your first container name>  
docker rm daemon

Чтобы удалить все контейнеры, мы можем использовать следующую команду:

docker rm -f $(docker ps -aq)

• docker rm – команда удаления контейнера.
• -f (для rm) должен остановить контейнер, если он работает (принудительное удаление).
• -q (для ps) – это вывод только идентификаторов контейнера.

Пример 2: Nginx

Начиная с этого примера, вам понадобятся дополнительные файлы, которые вы можете найти в репозитории GitHub. Как вариант, загрузите образцы файлов по ссылке.

Пришло время создать и запустить более важный контейнер, такой как Nginx.

Измените каталог на examples/nginx:

docker run -d --name test-nginx -p 80:80 -v $(pwd):/usr/share/nginx/html:ro nginx:latest

Консольный вывод:

Unable to find image 'nginx:latest' locally  
latest: Pulling from library/nginx  
693502eb7dfb: Pull complete  
6decb850d2bc: Pull complete  
c3e19f087ed6: Pull complete  
Digest: sha256:52a189e49c0c797cfc5cbfe578c68c225d160fb13a42954144b29af3fe4fe335  
Status: Downloaded newer image for nginx:latest  
436a602273b0ca687c61cc843ab28163c720a1810b09005a36ea06f005b0c971

• -p – отображение портов HOST PORT: CONTAINER PORT.
• -v отвечает за HOST DIRECTORY:CONTAINER DIRECTORY.

Теперь проверьте этот URL-адрес в своем веб-браузере.

Еще мы можем попробовать изменить /example/nginx/index.html (который добавляется в каталог /usr/share/nginx/html внутри контейнера) и обновить страницу.

Получим информацию о контейнере test-nginx:

docker inspect test-nginx

Эта команда отображает системную информацию об установке Докер. Она включает версию ядра, количество контейнеров и образов, открытые порты и т. д.

Пример 3: запись Dockerfile

Чтобы создать образ, сперва вам нужно создать Dockerfile: это текстовый файл с инструкциями и аргументами. Краткое описание инструкций, которые мы собираемся использовать в примере:

• FROM – задать базовый образ
• RUN – выполнить команду в контейнере
• ENV – задать переменную среды
• WORKDIR – установить рабочий каталог
• VOLUME – создать точку монтирования для тома
• CMD – установить исполняемый файл для контейнера

Более подробная информация здесь.

Давайте создадим образ, который получит содержимое сайта и сохранит его в текстовом файле. Нам нужно передать URL-адрес через переменную SITE_URL. Результирующий файл будет помещен в каталог, установленный как том:

FROM ubuntu:latest  
RUN apt-get update  
RUN apt-get install --no-install-recommends --no-install-suggests -y curl  
ENV SITE_URL https://google.com/  
WORKDIR /data  
VOLUME /data  
CMD sh -c "curl -L $SITE_URL > /data/results"

Dockerfile готов, пришло время создать образ.

Создание образа

Перейдите к examples/curl и выполните следующую команду:

docker build . -t test-curl  

Консольный вывод:

Sending build context to Docker daemon 3.584 kB  
Step 1/7 : FROM ubuntu:latest  
 ---> 0ef2e08ed3fa
Step 2/7 : RUN apt-get update  
 ---> Running in 4aa839bb46ec
Get:1 http://archive.ubuntu.com/ubuntu xenial InRelease [247 kB]  
Get:2 http://archive.ubuntu.com/ubuntu xenial-updates InRelease [102 kB]  
...
Fetched 24.9 MB in 4s (5208 kB/s)  
Reading package lists...  
 ---> 35ac5017c794
Removing intermediate container 4aa839bb46ec  
Step 3/7 : RUN apt-get install --no-install-recommends --no-install-suggests -y curl  
 ---> Running in 3ca9384ecf8d
Reading package lists...  
Building dependency tree...  
Reading state information...  
The following additional packages will be installed...  
 ---> f3c6d26b95e6
Removing intermediate container 3ca9384ecf8d  
Step 4/7 : ENV SITE_URL https://google.com/  
 ---> Running in 21b0022b260f
 ---> 9a733ee39a46
Removing intermediate container 21b0022b260f  
Step 5/7 : WORKDIR /data  
 ---> c024301ddfb8
Removing intermediate container 3bc973e5584c  
Step 6/7 : VOLUME /data  
 ---> Running in a9594a8958fe
 ---> 6802707a7114
Removing intermediate container a9594a8958fe  
Step 7/7 : CMD sh -c "curl -L $SITE_URL > /data/results"  
 ---> Running in 37503bc4e386
 ---> 5ebb2a65d771
Removing intermediate container 37503bc4e386  
Successfully built 5ebb2a65d771

• docker build создает новый образ локально.
• -t устанавливает в образе метку имени.

Теперь у нас есть новый образ, и мы можем его увидеть в списке существующих:

docker images  

Консольный вывод:

REPOSITORY  TAG     IMAGE ID      CREATED         SIZE  
test-curl   latest  5ebb2a65d771  37 minutes ago  180 MB  
nginx       latest  6b914bbcb89e  7 days ago      182 MB  
ubuntu      latest  0ef2e08ed3fa  8 days ago      130 MB

Мы можем создавать и запускать контейнер из образа. Давайте попробуем сделать это с параметрами по умолчанию:

docker run --rm -v $(pwd)/vol:/data/:rw test-curl

Чтобы просмотреть результаты, сохраненные в файле:

cat ./vol/results  

Попробуем с facebook.com:

docker run --rm -e SITE_URL=https://facebook.com/ -v $(pwd)/vol:/data/:rw test-curl

Чтобы просмотреть результаты, сохраненные в файле:

cat ./vol/results

Рекомендации по созданию образов

• Избегайте установки ненужных пакетов – они будут потреблять дополнительное дисковое пространство.
• Используйте кэш.
• Будьте осторожны с объемами. Вы должны помнить, какие данные в томах. Поскольку тома являются постоянными и не «умирают» с контейнерами – следующий контейнер будет использовать данные из тома, которые были созданы предыдущим контейнером.
• Используйте переменные среды (в RUN, EXPOSE, VOLUME). Это сделает ваш Dockerfile более гибким.

Соединение между контейнерами

Docker compose - это единственный правильный способ подключения контейнеров друг к другу.

Пример 4: Python + Redis

В этом примере мы подключим контейнеры Python и Redis.

version: '2'  
services:  
  app:
    build:
      context: ./app
    depends_on:
      - redis
    environment:
      - REDIS_HOST=redis
    ports:
      - "5000:5000"
  redis:
    image: redis:3.2-alpine
    volumes:
      - redis_data:/data
volumes:  
  redis_data:

Перейдем к examples/compose и выполним команду:

docker-compose --project-name app-test -f docker-compose.yml up

Консольный вывод

Текущий пример увеличит счетчик просмотров в Redis. Откройте ссылку и убедитесь в этом.

Использование docker-compose – это тема для целого учебника. Чтобы начать работу, вы можете поиграться с некоторыми образами из Docker Hub, а если хотите создать свои собственные – следуйте рекомендациям, перечисленным выше. Единственное, что можно добавить с точки зрения использования docker-compose – всегда давайте явные имена вашим томам. Это простое правило избавит вас от проблемы в будущем.

version: '2'  
services:  
  ...
  redis:
    image: redis:3.2-alpine
    volumes:
      - redis_data:/data
volumes:  
  redis_data:

В этом случае redis_data будет именем внутри файла docker-compose.yml.

Смотрим выполнение тома:

docker volume ls  

Консольный вывод:

DRIVER              VOLUME NAME  
local               apptest_redis_data

Без явного имени тома будет UUID. И вот пример:

DRIVER              VOLUME NAME  
local               ec1a5ac0a2106963c2129151b27cb032ea5bb7c4bd6fe94d9dd22d3e72b2a41b  
local               f3a664ce353ba24dd43d8f104871594de6024ed847054422bbdd362c5033fc4c  
local               f81a397776458e62022610f38a1bfe50dd388628e2badc3d3a2553bb08a5467f  
local               f84228acbf9c5c06da7be2197db37f2e3da34b7e8277942b10900f77f78c9e64  
local               f9958475a011982b4dc8d8d8209899474ea4ec2c27f68d1a430c94bcc1eb0227  
local               ff14e0e20d70aa57e62db0b813db08577703ff1405b2a90ec88f48eb4cdc7c19  
local               polls_pg_data  
local               polls_public_files  
local               polls_redis_data  
local               projectdev_pg_data  
local               projectdev_redis_data

В заключение

Докер стал одним из важнейших инструментов современного разработчика. Да, он имеет некоторые ограничения и требования в зависимости от архитектуры вашей системы, но немного усидчивости – и мир контейнеров обязательно будет приручен!

Также рекомендуем Вам посмотреть:

Более 100 полезных сервисов для разработки на все случаи жизни
164 крутых опенсорс проекта для новичков
Путь Python Junior-а в 2017
10 ресурсов для изучения Linux