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当Node.js遇见Docker

Node.js Best Practices - How to Become a Better Developer in 2017提到的几点,我们Fundebug深有同感:

  • 使用ES6
  • 使用Promise
  • 使用LTS
  • 使用Docker

想必大家都知道ES6,Promise以及LTS,那Docker是啥玩意啊?翻遍Node文档也没见踪迹啊!



GitHub仓库: Fundebug/nodejs-docker

什么是Docker?

Docker是最流行的的容器工具,没有之一。本文并不打算深入介绍Docker,不过可以从几个简单的角度来理解Docker。

从进程的角度理解Docker

在Linux中,所有的进程构成了一棵树。可以使用pstree命令进行查看:

pstree
init─┬─VBoxService───7*[{VBoxService}]
├─acpid
├─atd
├─cron
├─dbus-daemon
├─dhclient
├─dockerd─┬─docker-containe─┬─docker-containe─┬─redis-server───2*[{redis-server}]
│ │ │ └─8*[{docker-containe}]
│ │ ├─docker-containe─┬─mongod───16*[{mongod}]
│ │ │ └─8*[{docker-containe}]
│ │ └─11*[{docker-containe}]
│ └─13*[{dockerd}]
├─6*[getty]
├─influxd───9*[{influxd}]
├─irqbalance
├─puppet───{puppet}
├─rpc.idmapd
├─rpc.statd
├─rpcbind
├─rsyslogd───3*[{rsyslogd}]
├─ruby───{ruby}
├─sshd─┬─sshd───sshd───zsh───pstree
│ ├─sshd───sshd───zsh
│ └─sshd───sshd───zsh───mongo───2*[{mongo}]
├─systemd-logind
├─systemd-udevd
├─upstart-file-br
├─upstart-socket-
└─upstart-udev-br

可知,init进程为所有进程的根(root),其PID为1。

Docker将不同应用的进程隔离了起来,这些被隔离的进程就是一个个容器。隔离是基于两个Linux内核机制实现的,Namesapce和Cgroups。

Namespace可以从UTD、IPC、PID、Mount,User和Network的角度隔离进程。比如,不同的进程将拥有不同PID空间,这样容器中的进程将看不到主机上的进程,也看不到其他容器中的进程。这与Node.js中模块化以隔离变量的命名空间的思想是异曲同工的。

通过Cgroups,可以限制进程对CPU,内存等资源的使用。简单地说,我们可以通过Cgroups指定容器只能使用1G内存。

从进程角度理解Docker,那每一个Docker容器就是被隔离的进程及其子进程。上文pstree的输出中可以分辨出2个容器: mongodb和redis。

从文件的角度理解Docker

基于Namespace与Cgroups的容器工具其实早已存在,例如Linux-VServerOpenVZLXC。然而,真正引爆容器技术的却是后来者Docker。为什么呢?个人觉得是因为Docker镜像以及Dockerfile

在Linux中,一切皆文件,进程的运行离不开各种各样的文件。跑一个简单的Node.js程序,传统的做法是手动安装各种依赖然后运行;而Docker则是将所有依赖(包括操作系统,Node,NPM模块,源代码)打包到一个Docker镜像中,然后基于这个镜像运行容器。

Docker镜像可以通过Docker仓库共享给其他人,这样他们只需要下载镜像即可运行程序。想象一下,当我们需要在另一台主机(比如生产服务器,新同事的机器)上运行一个Node.js应用,仅仅需要下载对应的Docker镜像就可以了,是不是很方便呢?

Docker镜像可以通过文本文件,即Dockerfile进行定义。不妨看一个简单的例子(由于不可抗力,这个Dockerfile构建大概会失败,仅作为参考):

# 基于Ubuntu
FROM ubuntu
# 安装Node.js与NPM
RUN apt-get update && apt-get -y install nodejs npm
# 安装NPM模块:Express
RUN npm install express
# 添加源代码
ADD app.js /

其中,FROMRUNADD为Dockerfile命令。结合注释,该Dockerfile的含义非常直白。基于这个Dockerfile,使用docker build命令就可以构建对应的Docker镜像。基于这个Docker镜像,就可以运行Docker容器来执行app.js:

var express = require("express");
var app = express();
app.get("/", function(req, res)
{
res.send("Hello Fundebug!\n");
});
app.listen(3000);

Dockerfile实际上是将Docker镜像代码化了,另一方面也是将安装依赖的过程代码化了,于是我们就可以像管理源码一样使用git对Dockerfile进行版本管理。

为啥用Docker?

当你的系统越来越复杂的时候,你会发现Docker的价值。

从应用架构角度理解Docker

刚开始,你只需要写一个Node.js程序,挂载一个静态网站;然后,你做了一个用户账号系统,这时需要数据库了,比如说MySQL; 后来,为了提升性能,你引入了Memcached缓存;终于有一天,你决定把前后端分离,这样可以提高开发效率;当用户越来越多,你又不得不使用Nginx做反向代理; 对了,随着功能越来越多,你的应用依赖也会越来越多…总之,你的应用架构只会越来越复杂。不同的组件的安装,配置与运行步骤各不相同,于是你不得不写一个很长的文档给新同事,只为了让他搭建一个开发环境

使用Docker的话,你可以为不同的组件逐一编写Dockerfile,分别构建镜像,然后运行在各个容器中。这样做,将复杂的架构统一了,所有组件的安装和运行步骤统一为几个简单的命令:

  • 构建Docker镜像: docker build
  • 上传Docker镜像: docker push
  • 下载Docker镜像: docker pull
  • 运行Docker容器: docker run
从应用部署角度理解Docker

通常,你会有开发测试生产服务器,对于某些应用,还会需要进行构建。不同步骤的依赖会有一些不同,并且在不同的服务器上执行。如果手动地在不同的服务器上安装依赖,是件很麻烦的事情。比如说,当你需要为Node.js应用添加一个新的npm模块,或者升级一下Node.js,是不是得重复操作很多次?友情提示一下,手动敲命令是极易出错的,有些失误会导致致命的后果(参考最近Gitlab误删数据库与AWS的S3故障)。

如果使用Docker的话,开发构建测试生产将全部在Docker容器中执行,你需要为不同步骤编写不同的Dockerfile。当依赖变化时,仅需要稍微修改Dockerfile即可。结合构建工具Jenkins,就可以将整个部署流程自动化。

另一方面,Dockerfile将Docker镜像描述得非常精准,能够保证很强的一致性。比如,操作系统的版本,Node.js的版本,NPM模块的版本等。这就意味着,在本地开发环境运行成功的镜像,在构建测试生产环境中也没有问题。还有,不同的Docker容器是依赖于不同的Docker镜像,这样他们互不干扰。比如,两个Node.js应用可以分别使用不同版本的Node.js。

从集群管理角度理解Docker

架构规模越来越大的时候,你有必要引入集群了。这就意味着,服务器由1台变成了多台,同一个应用需要运行多个备份来分担负载。当然,你可以手动对集群的功能进行划分: Nginx服务器,Node.js服务器,MySQL服务器,测试服务器,生产服务器…这样做的好处是简单粗暴;也可以说财大气粗,因为资源闲置会非常严重。还有一点,每次新增节点的时候,你就不得不花大量时间进行安装与配置,这其实是一种低效的重复劳动。

下载Docker镜像之后,Docker容器可以运行在集群的任何一个节点。一方面,各个组件可以共享主机,且互不干扰;另一方面,也不需要在集群的节点上安装和配置任何组件。至于整个Docker集群的管理,业界有很多成熟的解决方案,例如MesosKubernetesDocker Swarm。这些集群系统提供了调度服务发现负载均衡等功能,让整个集群变成一个整体。

如何用Docker?

编写Dockerfile

正确的Dockerfile是这样的:

# 使用DaoCloud的Ubuntu镜像
FROM daocloud.io/library/ubuntu:14.04
# 设置镜像作者
MAINTAINER Fundebug <help@fundebug.com>
# 设置时区
RUN sudo sh -c "echo 'Asia/Shanghai' > /etc/timezone" && \
sudo dpkg-reconfigure -f noninteractive tzdata
# 使用阿里云的Ubuntu镜像
RUN echo '\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty main restricted universe multiverse\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-security main restricted universe multiverse\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-updates main restricted universe multiverse\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-proposed main restricted universe multiverse\n\
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-backports main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-security main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-updates main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-proposed main restricted universe multiverse\n\
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ trusty-backports main restricted universe multiverse\n'\
> /etc/apt/sources.list
# 安装node v6.10.1
RUN sudo apt-get update && sudo apt-get install -y wget
# 使用淘宝镜像安装Node.js v6.10.1
RUN wget https://npm.taobao.org/mirrors/node/v6.10.1/node-v6.10.1-linux-x64.tar.gz && \
tar -C /usr/local --strip-components 1 -xzf node-v6.10.1-linux-x64.tar.gz && \
rm node-v6.10.1-linux-x64.tar.gz
WORKDIR /app
# 安装npm模块
ADD package.json /app/package.json
# 使用淘宝的npm镜像
RUN npm install --production -d --registry=https://registry.npm.taobao.org
# 添加源代码
ADD . /app
# 运行app.js
CMD ["node", "/app/app.js"]

有几点值得注意的地方:

  • 使用国内DaoCloud的Docker仓库,阿里云的ubuntu镜像以及淘宝的npm镜像,否则会出事情的;
  • 将时区设为Asia/Shanghai,否则日志的时间会不大对劲;
  • 使用.dockerignore忽略不需要添加到Docker镜像的文件和目录,其语法与.gitigore一致;

更重要的一点是,package.json需要单独添加。Docker在构建镜像的时候,是一层一层构建的,仅当这一层有变化时,重新构建对应的层。如果package.json和源代码一起添加到镜像,则每次修改源码都需要重新安装npm模块,这样木有必要。所以,正确的顺序是: 添加package.json;安装npm模块;添加源代码。

构建Docker镜像

使用docker build命令构建Docker镜像

sudo docker build -t fundebug/nodejs .

其中,-t选项用于指定镜像的名称。

使用docker images命令查看Docker镜像

sudo docker images
REPOSITORY TAG IMAGE ID CREATED SIZE
fundebug/nodejs latest 64530ce811a1 32 minutes ago 266.4 MB
daocloud.io/library/ubuntu 14.04 b969ab9f929b 9 weeks ago 188 MB

可知,fundebug/nodejs镜像的大小为266.4MB,在ubuntu镜像的基础上增加了80MB左右。

运行Docker容器

使用docker run命令运行Docker容器

sudo docker run -d --net=host --name=hello-fundebug fundebug/nodejs

其中,-d选项表示容器在后台运行;–net选项指定容器的网络模式,host表示与主机共享网络;–name指定了容器的名称。

使用docker ps命令查看Docker容器

sudo docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
e8eb5473970c fundebug/nodejs "node /app/app.js" 37 minutes ago Up 37 minutes hello-

可知,COMMAND为”node /app/app.js”,表示容器中运行的命令。这是我们再Dockerfile中使用CMD指定的。不妨使用docker exec命令在容器内执行ps命令查看容器内的进程

sudo docker exec hello-fundebug ps -f
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
root 1 0 0 15:14 ? 00:00:00 node /app/app.js

可知,容器内的1号进程即为node进程node /app/app.js。在Linux中,PID为1进程按说是唯一的,即init进程。但是,容器使用了内核的Namespace机制,为容器创建了独立的PID空间,因此容器中也有1号进程。

测试

使用curl命令访问:

curl localhost:3000
Hello Fundebug!

是否用Docker?

一方面,使用Docker能够带来很大益处;另一方面,引入Docker必然会有很多挑战,需要熟悉Docker才能应对自如。想必这是一个艰难的决定。如果从长远的角度来看,Docker正在成为应用开发,部署,发布的标准技术,也许我们不得不用开放的心态对待它。

作为Node.js开发者,真正理解Docker可能需要一些时间,但是它可以给你带来很多便利。欢迎加入我们FundebugNode.js技术交流群,老司机带你玩转酷炫的Docker技术。



参考链接