云原生技术系列 ---- 容器与镜像

大厂孕妈前端
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操作系统如何管理进程？

  1. 进程之间的关系：

    • 互相可见并且可以通信
    • 使用同一个文件系统，可对同一文件进行读写操作
    • 使用相同的系统资源

  2. 问题：

    • 安全问题：高级权限进程可能攻击其他进程
    • 文件系统问题：数据冲突、数据污染、依赖冲突
    • 资源抢占问题：资源争用导致其他应用无法正常提供服务

如何为进程提供独立运行环境？

chroot

  • 改变进程的根目录，实现文件系统视图隔离

Namespace

  • 实现资源视图上的隔离，使进程相互不可见，保证独立运行环境

Cgroup

  • 限制进程的资源使用率，如 CPU 和内存，实现资源控制

定义容器

  • 容器是具有以下特征的进程集合：
    • 视图隔离：只能看到部分进程，具有独立的主机名等
    • 独立的文件系统：仅包含容器运行所需的文件集合（如二进制文件、配置文件和依赖），不需要内核相关代码或工具
    • 资源限制：控制内存大小、CPU 使用个数等

容器提供了一个独立的运行环境，使得应用程序可以在不同的环境之间一致地运行。

容器的优势

  • 隔离性：保证进程之间互不影响，提高系统安全性和稳定性
  • 资源控制：防止资源抢占，提高资源利用率
  • 轻量级：只包含运行所需的必要文件，启动快速，占用空间较小

通过上述技术，容器为每个进程提供了一个独立、受控的运行环境，从而解决了操作系统进程管理中的安全、文件系统冲突和资源争用等问题。

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什么是镜像？

在容器化技术中，镜像（Image）是一个包含应用程序及其所有依赖项的只读模板，用于创建容器。镜像定义了容器所需的一切内容，包括操作系统组件、应用程序文件、库和配置文件等。

Docker 镜像的特性

  1. 分层结构：

    • Docker 镜像由多个只读层组成，每一层表示镜像的一个版本变化。分层结构允许镜像的各个部分复用，从而节省存储空间和加快下载速度。

  2. 不可变性：

    • 一旦创建，镜像是不可变的。无法直接修改镜像，所有的改动必须通过创建一个新层来完成。这保证了镜像的一致性和稳定性。

  3. 便携性：

    • 镜像可以通过 Docker Hub 或其他镜像仓库分发和共享，这使得应用程序和其环境能够在不同的系统和平台之间一致地运行。

镜像的基本概念

  1. 基础镜像（Base Image）：

    • 基础镜像是没有其他依赖的镜像，通常包括基础操作系统例如 ubuntu, alpine 或 centos。

  2. 父镜像（Parent Image）：

    • 每个镜像都有一个父镜像，构成镜像的层次结构。例如，一个 Node.js 应用的镜像可能以 node 镜像为父镜像。

  3. 子镜像（Child Image）：

    • 在基础镜像的基础上添加一些自定义层就形成了子镜像。每次对基础镜像进行修改或扩展，会形成一个新的子镜像。

构建镜像

  1. 创建 Dockerfile

首先，在项目根目录下创建一个名为 Dockerfile 的文件。

# 使用官方 Node.js 运行时镜像作为基础镜像
FROM node:18

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 将 package.json 和 package-lock.json 复制到工作目录
COPY package*.json ./

# 安装依赖包
RUN npm install

# 将应用源代码复制到容器
COPY . .

# 暴露应用程序监听的端口
EXPOSE 3000

# 定义容器启动时的命令
CMD ["node", "app.js"]
  1. 创建 .dockerignore 文件

为了避免将不必要的文件复制进镜像，可以创建 .dockerignore 文件，内容如下：

node_modules
npm-debug.log
  1. 构建 Docker 镜像

在项目根目录下打开终端，运行以下命令构建 Docker 镜像：

docker build -t my-node-app .

上述命令中，-t my-node-app 指定了镜像的名称为 my-node-app ，点号 . 表示 Dockerfile 所在的当前目录。

  1. 运行 Docker 容器

在终端中运行以下命令，以基于刚刚构建的镜像启动 Docker 容器：

docker run -p 3000:3000 my-node-app

上述命令中， -p 3000:3000 将容器中的端口 3000 映射到本地主机的端口 3000。

至此，你已经成功将本地的 Node.js Web 服务器生成 Docker 镜像并启动了容器。你应该可以通过在浏览器访问 http://localhost:3000 来查看你的 Web 应用程序。

除了自己构建镜像之外，常常从 docker register 下载镜像

docker pull ubuntu:latest
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