Docker
Info ja eeldused
Autor: Üllar Seerme
Rühm: A31
Artikkel on mõeldud kõigile, kes valdavad GNU/Linuxit vähemalt algaja tasemel, st käsurea enesekindlat kasutamist. Kirjatöö raames tehtu viidi ellu IT Kolledži kauglabori süsteemis i-Tee[1], kus olid kasutuses erinevad virtuaalmasinad. Virtuaalmasinat "klientarvuti" kasutati SSH ühenduse loomiseks virtuaalmasinasse "rakendusserver". Järgnevad tehnilised andmed kasutatud distributsioonide kohta.
Selleks, et saada ülevaade distributsioonist, sisestada järgnev käsk, kusjuures juurkasutaja õigustes tegutsemine ei ole eeldatud:
| cat /etc/*-release |
Rakendusserver:
DISTRIB_ID=Ubuntu DISTRIB_RELEASE=14.04 DISTRIB_CODENAME=trusty DISTRIB_DESCRIPTION="Ubuntu 14.04.1 LTS" NAME="Ubuntu" VERSION="14.04.1 LTS, Trusty Tahr" ...
Klientarvuti:
DISTRIB_ID=Ubuntu DISTRIB_RELEASE=14.04 DISTRIB_CODENAME=trusty DISTRIB_DESCRIPTION="Ubuntu 14.04.1 LTS" NAME="Ubuntu" VERSION="14.04.1 LTS, Trusty Tahr" ...
Edaspidi on kõik artiklis kirjeldatud käsud käivitatud juurkasutaja õigustes, justkui teisiti öeldud ei ole!
Konteineritest
Konteinerid on operatsioonisüsteemi (edaspidi OS) virtualiseerimise meetodi tulemus, mis võimaldavad efektiivsemat füüsiliste ressursside kasutust host seadmel ning madalamat ajakulu uue guest instantsi loomisel. Konteinerite aluseks on samuti füüsiline riistvara ja OS nagu traditsioonilise virtualiseerimise puhulgi, kuid edasine puudutab juba peamiselt GNU/Linuxi spetsiifilisi termineid nagu kernel, namespace ja cgroups. Selle asemel, et olemasoleva OS-i peale paigaldada hypervisor, mis looks virtuaalmasina koos uue guest OS-iga, kasutatakse ära OS-i tasemel virtualiseerimist kerneli moodulitega, mis tagab ilma hypervisor tarkvarata eraldiseisvad alad host OS-il ning lõppkasutaja jaoks tekib endiselt mulje, et tegemist on täiesti uue serveriga.
OS tasemel virtualiseerimine toimub läbi kerneli, või teisisõnu läbi tuumikprogrammi, mis haldab tarkvaralisi sisendeid ja väljundeid ning tõlgendab neid protsessorile ja teistele komponentidele mõistetavateks juhisteks. GNU/Linuxi põhistel kernelitel on sisseehitatud tugi mitmete namespace'ide jaoks. Namespace on isoleeritud kogum protsesse omaenda külgehaakimispunktidega, kasutajatega, võrgufunktsionaalsusega ja protsessidega ning see kõik töötab olemasoleva kerneli najal, mistõttu saab ka öelda, et toimub efektiivsem ressursside kasutus, kuna on jäetud ära tavapäraselt vahepeal asuvad hypervisori ja OS-i kihid ning suhtlus riistvaraga saab toimuda otsesemal moel. Selleks, et saaks kontrollida ressursside kasutust võetakse kasutusele cgroups[2], mis hõlpsustab grupeeritud protsesside, näiteks namespace, ressursside haldamist.
Dockeri omapära
Docker on töövahend rakenduste loomiseks, kokkupanemiseks ja paigaldamiseks kasutades konteinereid. Konteineri loomiseks võetakse aluseks mingit sorti tõmmis või image, mille peale hakatakse kihtidena laduma erinevad koostisosi, millest saab omakorda luua uue tõmmise. Näiteks saab tuua tõmmise, mis põhineb Ubuntu 14.04 LTS distributsioonil ning lisades sellele konteinerile rakendusi nagu Apache, MySQL ja PHP saab ühest konteinerist uue standardse konteineri, millel on töötav LAMP (Linux, Apache, MySQL, PHP/Python/Perl) tarkvarakogumik. Kuna see kõik on ühe konteineri raames üles seatud, siis kaovad probleemid, kus ühe rakenduse töötamine seisab erinevate sõltuvuste taga.
Paigaldus
Tavapärane
Dockeri paigaldus toimub rakendusserveril ning kuigi on võimalik tavapäraste käskudega Docker paigaldada:
| apt-get update
apt-get install docker.io |
siis seda tehes paigaldatakse vanem 1.0.1 versioon (artikli kirjutamise hetkel), mis on küll uusim, mida Ubuntu repositooriumitest saab, aga siiski vanem kui ametlik versioon. Artikli järgimiseks piisab ka sellest versioonist. Kontrollimaks, et kõik laabus, käivitada:
| docker version |
mis peaks tagastama analoogse väljundi:
Client version: 1.0.1 Client API version: 1.12 Go version (client): go1.2.1 Git commit (client): 990021a Server version: 1.0.1 Server API version: 1.12 Go version (server): go1.2.1 Git commit (server): 990021a
Uusim
Uusima versiooni paigaldamiseks tuleb esmalt veenduda, et apt toetab üle HTTPS protokolli pakkide allalaadimist. Juhul, kui:
| find /usr/lib/apt/methods/ -name 'https' |
tagastab järgneva, siis saab jätkata alapeatükiga:
/usr/lib/apt/methods/https
Juhul, kui ei tagasta midagi, siis tuleb käivitada järgnevad käsud, mis uuendab pakkide repositooriumid ja paigaldab apt-transport-https:
| apt-get update
apt-get install apt-transport-https |
Jätkamiseks tuleb lisada Dockeri repositooriumi võti:
| apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv-keys 36A1D7869245C8950F966E92D8576A8BA88D21E9 |
Misjärel lisada Dockeri repositoorium apt allikate nimekirja, repositooriumid uuendada ning paigaldada lxc-docker:
| sh -c "echo deb https://get.docker.com/ubuntu docker main\ > /etc/apt/sources.list.d/docker.list"
apt-get update apt-get install lxc-docker |
Kontrollimaks, et kõik laabus, käivitada:
| docker version |
mis peaks tagastama analoogse väljundi:
Client version: 1.3.2 Client API version: 1.15 Go version (client): go1.3.3 Git commit (client): 39fa2fa OS/Arch (client): linux/amd64 Server version: 1.3.2 Server API version: 1.15 Go version (server): go1.3.3 Git commit (server): 39fa2fa
Sissejuhatavad tegevused
Kirjutades käsureale niisama
| docker |
saab näha kõiki Dockeriga seotud käske:
... Commands: attach Attach to a running container build Build an image from a Dockerfile commit Create a new image from a container's changes cp Copy files/folders from a container's filesystem to the host path create Create a new container diff Inspect changes on a container's filesystem events Get real time events from the server exec Run a command in an existing container export Stream the contents of a container as a tar archive history Show the history of an image images List images import Create a new filesystem image from the contents of a tarball info Display system-wide information inspect Return low-level information on a container kill Kill a running container load Load an image from a tar archive login Register or log in to a Docker registry server logout Log out from a Docker registry server logs Fetch the logs of a container port Lookup the public-facing port that is NAT-ed to PRIVATE_PORT pause Pause all processes within a container ps List containers pull Pull an image or a repository from a Docker registry server push Push an image or a repository to a Docker registry server restart Restart a running container rm Remove one or more containers rmi Remove one or more images run Run a command in a new container save Save an image to a tar archive search Search for an image on the Docker Hub start Start a stopped container stop Stop a running container tag Tag an image into a repository top Lookup the running processes of a container unpause Unpause a paused container version Show the Docker version information wait Block until a container stops, then print its exit code ...
Alustame mõne tõmmise tõmbamisest kasutades
| docker pull phusion/baseimage |
käsku, mis laeb alla konteineri sees kasutamiseks mõeldud Ubuntu 14.04 LTS tõmmise. Kogu protsess oleneb suuresti ühenduse kiirusest, kuid peaks siiski jääma paari minuti piiresse. Eduka allalaadimise korral on väljundis viimasel real näha:
Status: Downloaded newer image for phusion/baseimage:latest
Käsuga
| docker images |
saab näha praegu host masinal olevaid tõmmiseid
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED VIRTUAL SIZE phusion/baseimage latest cf39b476aeec 10 weeks ago 289.4 MB phusion/baseimage 0.9.15 cf39b476aeec 10 weeks ago 289.4 MB
Nüüd on võimalik juba üks konteiner käivitada ja seal ringi uurida:
| docker run -t -i phusion/baseimage:latest /bin/bash |
Kus -t tekitab konteinerisse kasutatava terminali ja -i hoiab konteineri töötavana senikaua kuni kasutaja konteineri sulgeb, phusion/baseimage tähistab millise repositooriumi tõmmist kasutada, pärast semikoolonit järgneb tõmmisele omane tag ning /bin/bash alustab konteineris Bash shelli. Eduka käivitamise puhul viiakse kasutaja automaatselt juurkasutaja õigustes unikaalse identifikaatoriga konteinerisse, mida näitab ka prompt käsureal:
root@37ed3671ae25:/#
Kui avada uus terminali aken host masinas ja käivitada Dockerile omane ps käsk
| docker ps |
siis saab näha, et tõepoolest on praegu töötav konteiner olemas
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 37ed3671ae25 phusion/baseimage:0.9.15 "/bin/bash" 17 seconds ago Up 16 seconds pensive_mclean
Edaspidi on võimalik toimetada konteineris juba varasemast endale tuntud käskudega, seada üles toimivaid rakendusi ja palju muud, kuid praegu kirjutades exit ja konteinerist väljudes lakkab konteineri töötamast, mis võib olla ajutiste skriptide ja muu säärase testimiseks olla täiesti piisav, aga katsetamise eesmärgiks seame üles taustal töötava rakenduse.
Rakenduse ülesseadmine
Loomine ja käivitamine
Selleks, et luua omaenda tõmmiseid, mida teistega jagada, tuleb esmalt registreerida end Docker Hub keskkonnas. Registeerimine on võimalik nii läbi veebilehe, kui ka kasutades käsku
| docker login |
Pärast käsu käivitamist küsitakse kasutajanime, parooli ja meiliaadressi. Meilile saadetakse kinnituslink ning pärast sellele vajutamist on registreerimine lõpetatud ja juba on võimalik end äsja sisestatud käsuga sisse logida. Tõmmise loomiseks on soovituslik host masinas luua eraldi kataloog failide jaoks, mida tõmmise loomiseks vaja on
| mkdir rakendus
cd rakendus |
Nüüd uues kataloogis luua Dockerfile, mille põhjal hakatakse ehitama uut tõmmist ning avada see enda valitud tekstiredaktoriga (praegu on selleks Nano)
| touch Dockerfile
nano Dockerfile |
Dockerfile'is käskude kirjutamine toimub väga lihtsal põhimõttel, kus kirjutatakse esmalt Dockeripõhine juhis millele järgneb kas tavaline tekstijupp või erinevad shelli käsud, mida käivitatakse tõmmise loomisel. Järgneb artikli jaoks loodud Dockerfile ja selle selgitus:
FROM phusion/baseimage:latest RUN apt-get update && apt-get install -y apache2 RUN mkdir -p /rak && rm -fr /var/www/html && ln -s /rak /var/www/html ADD index.html /rak/ EXPOSE 80 WORKDIR /rak ENTRYPOINT ["/usr/sbin/apache2ctl", "-D", "FOREGROUND"]
FROM täpsustab, et kasutame tõmmise aluseks artiklis eelnevalt kasutatud phusion repositooriumi baseimage tõmmist tag'iga latest.
RUN määratleb käske, mida käivitatakse ja lisatakse alustõmmisele peale.
ADD'iga võimalik katalooge ja faile host masinalt konteinerisse ümber kopeerida.
EXPOSE määrab pordi, mida konteiner käivitumisel host masinale nähtavaks teeb
WORKDIR seab paika konteineri avamisel kataloogi, kus kasutaja paikneb.
ENTRYPOINT määrab vaikimisi rakenduse, mis konteineri käivitamisel esimese protsessina käima läheb
Hetkel on ADD juhisega lisatud index.html fail äärmiselt lihtsakoeline Hello World leht, millele saab peatselt host masinalt ka ligi pääseda. Nüüd saab seal samas kataloogis käivitada käsu
| docker build -t="<kasutajanimi>/<repositooriumi nimi>:<tag>" . |
mis hakkab koostama Dockerfile'is olevate juhiste põhjal uut tõmmist. Olenevalt sellest, kas aluseks kasutatav tõmmis on olemas ja käivitatavate käskude nagu apt-get update tulemuse olemasolu vahemälus, sõltub ka kogu protsessi kestvus, kuid üldiselt jääb see jällegi paari minuti piiresse. Pärast edukat koostamist on võimalik käsuga
| docker images |
näha uut lisandunud tõmmist
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED VIRTUAL SIZE <user>/<repo> <tag> 06ec11fddabb 11 minutes ago 321.2 MB phusion/baseimage latest cf39b476aeec 10 weeks ago 289.4 MB phusion/baseimage 0.9.15 cf39b476aeec 10 weeks ago 289.4 MB
Käivitame järgneva
| docker run -d -P <user>/<repo>:<tag> |
mis loob äsjaloodud tõmmise põhjal uue konteineri. Käsuga
| docker ps |
on näha hetkel taustal töötavat konteinerit ning temaga seonduvat infot. Hetkel huvitab meid enim veerus PORTS olev, kus kirjeldatakse, et host masina port 49170 on suunatud konteineri pordile 80
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 489817d4d8b2 <user>/<repo>:<tag> "/usr/sbin/apache2ct 5 seconds ago Up 5 seconds 0.0.0.0:49170->80/tcp hungry_wozniak
Nüüd, kui avada host masinas brauser ja aadressiribale sisestada kas localhost:49170 või <IP aadress>:49170, siis tervitab kasutajat väga algeline Hello World leht. Selleks, et ei peaks iga kord otsima üles spetsiifilist pordinumbrit, mida sisse tippida, saab kasutada käsku
| docker run -d -p 80:80 <user>/<repo>:<tag> |
mille kaudu saab kohe kas localhost või IP aadressi abil näha tervituslehte.
Täiendamine
Selleks, et olemasolevat rakendust täiendada või praegu näite puhul Hello World lehte muuta, saab haakida külge esialgsel konteineri käivitamisel host masina kataloogi kasutades käsku
| docker run -d -p 80:80 -v /host/kataloog:/konteiner/kataloog <user>/<repo>:<tag> |
mille tulemusena on nii konteineris, kui ka host masinas tehtavad muudatused seal kataloogis peegeldatud. Lisaks eelnevale on võimalik haakida külge ka spetsiifilisi faile, kui asendada kataloogi absoluutne rada mõne faili omaga. Veel saab kopeerida faile ja kaustu hetkel töötavasse konteinerisse, kui esialgu käivitada
| docker ps |
ning selle väljundis pidada silmas konteineri ID, kusjuures ei pea tervet teadma, vaid piisab esimestest tähtedest, et Tab-completion õigeni jõuaks.
Järgnevalt navigeerida kataloogi, kus asub fail, mida tahetakse ümber tõsta ja käivitada käsk
| cp <kopeeritav fail> /var/lib/docker/aufs/mnt/<konteineri ID> |
Enda järelt koristamine
Praegu on kõik teostatud tööd tehtud kooli virtuaalmasinas ning pidev tõmmiste allalaadimine ja loomine ning konteinerite jooksutamine nõuab ressursse, mida alati olla ei pruugi.
Kõik tööle pandud konteinerid on võimalik peatada käsuga
| docker stop $(docker ps -a -q) |
Kõik tööle pandud konteinerid on võimalik kustutada käsuga
| docker rm $(docker ps -a -q) |
Kõik allalaetud ja loodud tõmmised on võimalik kustutada käsuga
| docker rmi $(docker images -q) |
Kokkuvõte
Võrreldes traditsioonilise virtualiseerimisega on konteineritel, nii Dockeri omadel kui ka teistel lahendustel, parasjagu erinevusi ning nende mõistmine aitab aru saada, millises olukorras midagi kasutada. Sarnasustena saab peamiselt esile tuua migreerimisvõimaluse erinevatele riistvaradele, juurkasutaja ligipääsu olemasolu, veebipõhise kaughalduse teostamine ning tagavarakoopiate loomine kasvõi töötavatest instantsidest.[3] Kuna konteinerid võimaldavad luua mitmeid isoleeritud süsteeme, mille aluseks on olemasolev kernel, siis ei ole otsest vajadust mitmeteks mahukateks virtuaalmasinateks, millel on märgatavalt suurem mõju füüsilistele ressurssidele, aga juhul, kui ongi mitmeid erinevaid ja eraldiseisvaid OS-e vaja, siis konteineripõhine lahendus ei suuda neid tingimusi täita.
Konteinerite eelisteks on kordades efektiivsem ressursside kasutus, kuna suhtlus riistvaraga käib otsemat teedpidi. Virtuaalmasinad peavad lisaks guest OS-ile, elik virtuaalmasina OS-ile, pöörduma veel hypervisor poole, mis omakorda suhtleks läbi host OS-i ja sealt riistvaraga. Lühem tee riistvarani tähendab ka ühtlasi, et ühe füüsilise seadme peal on võimalik kasutada mitmetes kümnetes kui mitte sadu konteinereid, kusjuures virtuaalmasinate arv oleks tunduvalt madalam.
Uue instantsi, st uue konteineri või virtuaalmasina, ülesseadmine on ka oluliste erinevustega. Konteinerite ülesseadmise käigus saab kasutada ära üsna väikesemahulisi rakendusi ja tööriistu, mis ei koorma niivõrd riistvara ja tagavad olenevalt olukorrast (st kas on automatiseeritud protsess ja kompaktne konteiner) sekunditega uue instantsi. Virtuaalmasinate puhul tuleb tavaliselt mõelda nii hypervisor tarkvara paigaldamisele, guest OS-ide jaoks litsentside soetamine, terve OS-i paigaldamine ja palju muud sellega kaasnev. Kuigi virtuaalmasinate loomine on ka suures jaos automatiseeritav, siis sellegipoolest jääb ülesseadmine aeganõudvamaks protsessiks.
Kasutades konteinereid vähendatakse hallatavate OS-ide arvu, kuna kõik konteinerid töötavad ühe jagatud OS-i kerneli najal; toimub migratsioon kiiremini, sest mahud piirduvad megabaitidega, mitte gigabaitidega; lihtsustatakse OS-idel uuenduste tegemist ning palju muud[4] ja otsustades, mida millal kasutusele võtta tuleks läbi mõelda eelkõige, mida saavutada tahetakse.
Viited
- ↑ Kauglabori süsteem i-Tee: https://elab.itcollege.ee
- ↑ Red Hat Enterprise Linux: Resource Management and Linux Containers Guide: https://access.redhat.com/documentation/en-US/Red_Hat_Enterprise_Linux/7-Beta/html/Resource_Management_and_Linux_Containers_Guide/chap-Introduction_to_Control_Groups.html#sec-What_are_Control_Groups
- ↑ ServerNest - Comparison between OS virtualization and hypervisor-based virtualization: http://servernest.com/container-virtual-machine.html
- ↑ Cisco.com Linux Containers: http://www.cisco.com/c/dam/en/us/solutions/collateral/data-center-virtualization/dc-partner-red-hat/linux-containers-white-paper-cisco-red-hat.pdf#2
