工程化Docker最佳实践：确保应用程序的可靠性、可扩展性和可维护性

引言

Docker 是一种虚拟化技术的产品，属于一种 容器。容器是将软件打包成标准化单元，以用于开发、交付和部署。Docker镜像是用来启动容器的，也用来创建新的容器，类似于虚拟机的快照。

每个Docker镜像可以实例化出来多个容器

Docker的作用有很多，比如:提高开发效率、简化部署流程、降低运维成本等等。

为什么需要工程化？

采用工程化的方法来开发和管理Docker应用程序有很多好处。首先，Docker可以将应用程序打包成标准化单元，以用于开发、交付和部署，从而提高了开发效率 。其次，Docker可以简化部署流程，降低了运维成本 。此外，Docker还支持多平台、支持自动化部署、支持微服务架构等等 。

Docker镜像

打包Docker镜像需要Dockerfile,这是构建镜像的必需。

Dockerfile文件包含了构建镜像所需的指令和步骤。在Dockerfile中指定基础镜像、安装依赖项、复制应用程序文件等步骤，最后使用docker build命令来构建镜像。

示例:

# 使用基础镜像
FROM node:14

# 设置工作目录
WORKDIR /usr/src/app

# 复制 package.json 和 package-lock.json 文件到工作目录
COPY package*.json ./

# 安装依赖项
RUN npm install

# 复制应用程序代码到工作目录
COPY . .

# 暴露端口号
EXPOSE 8080

# 启动应用程序
CMD [ "node", "app.js" ]

我们使用了Node.js作为基础镜像，并将应用程序代码复制到了容器中的/usr/src/app目录下。然后，我们使用npm install命令来安装应用程序的依赖项，并使用CMD指令来启动应用程序。最后，我们使用EXPOSE指令来暴露应用程序所使用的端口号

docker build -t myapp:latest .来构建镜像。

其中，myapp是镜像的名称，latest是标签名，.表示Dockerfile所在的当前目录。

如何构建最小化镜像，避免包含不必要的文件

1. 减少镜像层数：在Dockerfile中，一个RUN会在镜像上构建一层，因此需要将多个RUN合并执行，减少镜像层数。
2. 移除不必要的文件：在Dockerfile中，可以使用COPY和ADD指令来复制应用程序代码和依赖项到容器中。在复制之前，需要先判断该文件是否是应用程序所必需的，如果是则复制到容器中，否则不复制。
3. 使用多阶段构建：多阶段构建可以将构建过程分为多个阶段，每个阶段只编译应用程序所需的部分代码，从而减小最终镜像的大小。

Docker容器编排

Docker容器编排是指对Docker容器的配置和管理。

Docker Compose是Docker官方的开源项目，负责实现对Docker容器集群的快速编排。Compose 是 Docker 公司推出的一个工具软件，可以管理多个 Docker 容器组，定义和运行多容器的应用，可以一条命令启动多个容器 。我们开源的项目是基于docker-compose来进行管理的,主要优点是方便易用。

Docker Swarm是Kubernetes的前身之一，是Google开发的一个开源容器编排引擎。Swarm可以将多个Docker主机组成一个集群，对集群中的容器进行管理和编排。

Kubernetes是一个开源的容器编排平台，可以自动完成在部署、管理和扩展容器化应用过程中涉及的许多手动操作。它是Google 2014年创建管理的，是Google 10多年大规模容器管理技术Borg的开源版本 。

Kubernetes可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。它可以将运行Linux容器的多组主机聚集在一起，由Kubernetes帮助您轻松高效地管理这些集群。 Kubernetes集群可跨本地、公共云、私有云或混合云部署主机。因此，对于要求快速扩展的云原生应用而言(例如借助Apache Kafka进行的实时数据流处理),Kubernetes是理想的托管平台 。

容器网络配置

Docker容器网络配置有以下几种模式：

1. Bridge模式：这是默认的网络模式，它将容器连接到一个虚拟的bridge网络上，该网络由宿主机上的docker0桥接器创建。这种模式下，容器之间可以直接通信，但是无法访问外部网络。

2. Host模式：在这种模式下，容器共享宿主机的网络栈，可以使用宿主机的IP地址和端口号。这种模式下，容器可以直接访问外部网络。

3. Overlay模式：这种模式下，Docker使用Linux内核中的overlay协议来创建容器网络。这种模式下，容器之间的通信需要通过overlay网络进行，因此可以实现更高效的网络通信。

4. Macvlan模式：这种模式下，Docker使用Macvlan驱动程序来创建虚拟网卡，并将其绑定到指定的物理网卡上。这种模式下，容器可以直接访问外部网络。

5. None模式：这种模式下，容器没有自己的网络接口，也不能访问外部网络。如果需要访问外部网络，必须使用其他容器作为代理 。

我们开源项目目前的网络模式是bridge模式。预先新建一个docker网络。提供给compose内所有容器使用。在容器之间是可以直接通信的。

docker network create  --subnet=1.1.38.0/24 \
--ip-range=1.1.38.0/24 \
--gateway=1.1.38.254 \
docker_netaxe

在compose中，引入预先创建的docker网络，并配置external:true

external是Docker网络模式之一，它允许容器使用宿主机的网络堆栈，从而可以直接访问外部网络。在external模式下，Docker会为容器创建一个虚拟网卡，并将其绑定到宿主机的一个网络接口上。这样，容器就可以直接使用该网络接口来发送和接收数据包，从而实现与外部网络的通信。这并不是必须的。

存储管理

Docker卷 是Docker容器生产和使用持久化数据的首选机制。与绑定挂载相比，卷更容易备份或迁移。您可以使用Docker CLI命令或Docker API来管理卷。在Linux和Windows容器上都可以使用卷，而且可以更安全地在多个容器之间共享。 目前我们Kubernetes上的容器存储都是采用绑定数据挂载的。相比较单机而言，Kubernetes是集群部署的，数据挂载也是在专用的数据盘，会更安全更稳定。

要使用Docker卷或持久化存储来管理应用程序的数据，您需要执行以下步骤：

1. 创建一个Docker卷。您可以使用docker volume create命令来创建一个新的卷。例如，要创建一个名为mydata的卷，您可以运行以下命令：

   docker volume create mydata

2. 将Docker卷挂载到容器中。您可以使用-v选项将卷挂载到容器中。例如，要将名为mydata的卷挂载到名为/app/data的目录中，您可以运行以下命令：

   docker run -v mydata:/app/data myimage

3. 在容器中访问数据。现在，您可以在容器中访问/app/data目录中的数据了。

4. 或直接在docker-compose.yml文件中指定绑定卷

volumes:
          - ./victoriametrics:/victoriametrics

当前也可以定期备份数据、使用加密存储等手段。

日志和监控

使用Docker日志和监控工具来追踪应用程序的运行情况，并及时发现和解决问题。

基础用法

将容器内部的app日志映射到宿主机，排查故障时候可以直接在宿主机进行日志信息查询。

高级用法

将docker容器的日志打到日志组件，并在grafana或者kibana上进行日志可视化展示

docker容器可以配置日志驱动，--log-driver=logstash或者--log-driver=loki

安全性考虑

Docker容器的安全性主要包括以下几个方面：

1. 容器漏洞管理：选择信任的基础镜像，定期更新镜像以获取最新的安全补丁，避免使用未经验证的第三方镜像。借助安全扫描工具，对容器镜像进行漏洞扫描和分析，及时发现并修复潜在的安全风险 。

2. 容器权限管理：确保容器运行所需的权限，避免不必要的权限开放。例如，如果您只需要读取某个目录下的文件，则不要将该目录设置为可写。

3. 容器网络隔离：使用隔离网络来隔离容器之间的通信，避免恶意攻击者通过网络渗透到您的系统。

4. 容器日志管理：记录容器的日志信息，并对其进行监控和分析。这有助于及时发现异常情况并采取相应措施。

5. 容器安全扫描工具：使用容器安全扫描工具对容器进行全面扫描，及时发现并修复潜在的安全风险 。

限制容器访问

1. 仅在容器中运行必要的服务，像ssh等服务绝对不能开启。
2. Docker远程API访问控制，至少应该限制外网访问。
3. 限制流量流向，使用iptables过滤器显示docker容器的源IP地址范围和外界通信。
4. 使用普通用户启动Docker。

使用安全的镜像源

1. 使用官方镜像源。
2. 使用第三方镜像源时，应该选择可信的镜像源，并定期更新镜像以获取最新的安全补丁。

持续集成与交付(CI/CD)

Docker和CI/CD工具结合使用可以实现自动化的构建、测试和部署应用程序，提高开发效率和软件交付质量。以下是使用Docker进行CI/CD的一般步骤：

1. 准备Docker镜像：在CI环境中，可以使用Docker镜像来构建和测试应用程序。首先，根据项目的要求选择合适的基础镜像，例如包含特定编程语言和工具的镜像。然后，编写Dockerfile文件，该文件定义了如何构建应用程序的容器。最后，使用docker build命令构建Docker镜像。

2. 注册Runner服务器：为项目注册执行部署任务的Runner服务器。

3. 提交更新，自动部署：提交代码到git master分支，等待Job任务完成。

4. 测试结果：查看测试结果并进行必要的调整。

总结

本文介绍了在使用Docker进行应用程序开发和部署时采用一系列工程化的最佳实践。通过使用Dockerfile、多阶段构建、容器编排工具、持久化存储和健康检查等技术，可以确保应用程序的可靠性、可扩展性和可维护性 。

这些最佳实践包括：

• 使用Dockerfile来定义应用程序的构建过程。
• 使用多阶段构建来减小镜像大小并提高构建速度。
• 使用容器编排工具来管理容器集群。
• 使用持久化存储来保存数据，以便在容器重启后仍然可用。
• 使用健康检查来检测容器是否正常运行。

最后:检验真理最佳的途径是实践，鼓励大家在实践中不断尝试不断学习新的技术，来提高应用程序稳定和可靠性。