張瑞林　吳學(xué)敏

摘要：龐雜而版本升級(jí)頻繁的互聯(lián)網(wǎng)后端服務(wù)系統(tǒng)，需要一種內(nèi)部耦合性低的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活開(kāi)發(fā)、便捷部署。該文分析了Docker容器的特點(diǎn)及其核心技術(shù)，然后通過(guò)實(shí)例來(lái)說(shuō)明把一個(gè)復(fù)雜的后端服務(wù)拆分為多個(gè)微服務(wù)子系統(tǒng)，在Docker官方公布的OpenJDK、MySql等基礎(chǔ)鏡像之上構(gòu)建新鏡像，并運(yùn)行這些鏡像作為微服務(wù)，以此來(lái)提供整體后端服務(wù)的基本方法，最后總結(jié)了本方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： Docker技術(shù);后端服務(wù);微服務(wù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）13-0281-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，一些系統(tǒng)變得更加龐大復(fù)雜，后端系統(tǒng)給前端Web或應(yīng)用程序提供的服務(wù)越來(lái)越大，功能越來(lái)越多。因此，這些臃腫的后端系統(tǒng)帶來(lái)一系列問(wèn)題：開(kāi)發(fā)者難以掌握整個(gè)大系統(tǒng)全部細(xì)節(jié)，修BUG或者增加新功能都不容易;無(wú)論修改多小的功能都要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更新，帶來(lái)潛在未知風(fēng)險(xiǎn);每次版本更新時(shí)，重新啟動(dòng)也要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間等等。為了解決上述問(wèn)題，把復(fù)雜的后端系統(tǒng)分割為多個(gè)微小系統(tǒng)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因此本文提出了一種在后端服務(wù)中應(yīng)用Docker容器作為載體來(lái)提供微服務(wù)的解決方法。

1 Docker容器及其核心技術(shù)

Docker技術(shù)是dotCloud 公司在2013年發(fā)布的基于Go語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的云開(kāi)源項(xiàng)目，與已有的傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)相比，Docker技術(shù)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，比如輕量級(jí)、自由度更大、啟動(dòng)快等特點(diǎn)，并且Docker技術(shù)可以按照所需的服務(wù)和應(yīng)用打包起來(lái)建立執(zhí)行的環(huán)境。

Docker有3個(gè)核心概念，鏡像、容器以及倉(cāng)庫(kù)。其中Docker鏡像是一個(gè)由一層層只讀層構(gòu)成的模板文件。Docker容器使用了Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的命名空間（Namespace）、控制組（Control Group）、聯(lián)合文件系統(tǒng)（Union File System）等三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。Docker容器使用Linux內(nèi)核的Namespace特性進(jìn)行各個(gè)容器之間的隔離，通過(guò)內(nèi)核的Control Groups進(jìn)行使用資源的限制和監(jiān)控，通過(guò)高性能分層文件系統(tǒng)Union File System使得鏡像可以通過(guò)分層實(shí)現(xiàn)和繼承。圖1是Docker容器技術(shù)的架構(gòu)圖。

1.1 命名空間Namespace技術(shù)

Namespace技術(shù)是容器的隔離性的基礎(chǔ)，Namespace將容器的進(jìn)程、網(wǎng)絡(luò)、消息、文件系統(tǒng)、UTS等系統(tǒng)資源和用戶空間隔離開(kāi)。使用了Namespace之后，進(jìn)程在Namespace之外展示為一個(gè)普通用戶，但是在Namespace內(nèi)則展現(xiàn)為root用戶（uid=0）。也就是進(jìn)程在這個(gè)Namespace里擁有root權(quán)限，在Namespace外面只有普通用戶的權(quán)限。通過(guò)Namespace特性，每個(gè)Docker容器都有自己的獨(dú)立的命名空間，運(yùn)行在該Docker中的應(yīng)用程序和運(yùn)行中獨(dú)立的操作系統(tǒng)中類(lèi)似，這種隔離性保證了容器之間彼此互不影響。

1.2 控制組Control Groups技術(shù)

Control Groups技術(shù)對(duì)進(jìn)程起了限制資源的作用。這些資源包括CPU，內(nèi)存，存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)等。通過(guò)Control Groups還可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控進(jìn)程的監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)信息。比如在啟動(dòng)Docker容器時(shí)，可以指定允許使用的內(nèi)存大小，Docker 會(huì)自動(dòng)為容器在目錄/sys/fs/cgroup/memory/Docker/<容器的完整長(zhǎng)ID>中創(chuàng)建相應(yīng) Cgroup 配置文件。Control Groups技術(shù)為Docker容器限定使用資源提供了技術(shù)支持。

1.3 聯(lián)合文件系統(tǒng)Union File System技術(shù)

聯(lián)合文件系統(tǒng)Union File System是一種輕量級(jí)高性能的分層文件系統(tǒng)，能把不同物理位置的目錄合并一起掛載到同一個(gè)虛擬目錄下。Docker容器使用了聯(lián)合文件系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鏡像的分層。在該文件系統(tǒng)中，每次修改都可以看作創(chuàng)建了一個(gè)新的層Layer，Docker鏡像就是由一層或多層這樣的Layer所構(gòu)成。鏡像層都是只讀的，但是鏡像啟動(dòng)成為容器，在容器層是可寫(xiě)的。Docker鏡像之間有順序關(guān)系，最下面一層為基礎(chǔ)鏡像，其他層都會(huì)有一個(gè)指針指向下一層，上層鏡像依賴于下層鏡像。

2 使用Docker容器構(gòu)建后端微服務(wù)

2.1 后端服務(wù)整體架構(gòu)

下文以某公司的信息服務(wù)后端系統(tǒng)為例，介紹把該后端系統(tǒng)分割為多個(gè)微服務(wù)子系統(tǒng)，再以Docker容器作為載體創(chuàng)建后端服務(wù)的方法。先按照業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行劃分后端微服務(wù)，分為生產(chǎn)部后端應(yīng)用服務(wù)、生產(chǎn)部數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、MQTT消息發(fā)送服務(wù)、售后后端應(yīng)用服務(wù)、售后數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等5個(gè)微服務(wù)，這些微服務(wù)都以Docker容器的方式獨(dú)立運(yùn)行于一個(gè)主機(jī)里，主機(jī)的操作系統(tǒng)是UBUNTU 16.04。圖2是以Docker為載體的后端服務(wù)系統(tǒng)，Docker1～5分別承載了上面的五個(gè)微服務(wù)，各個(gè)微服務(wù)的Docker以“IP：Port”的方式對(duì)外提供后端服務(wù)，即要訪問(wèn)某個(gè)服務(wù)，需要知道該服務(wù)的IP和端口號(hào)。

2.2 Docker容器微服務(wù)組建步驟

該后臺(tái)系統(tǒng)分割為5個(gè)Docker微服務(wù)后，需要Docker1和Docker4提供JAVA環(huán)境來(lái)運(yùn)行JAR包，需要Docker3提供MQTT代理服務(wù)器broker（作用是接受發(fā)布者發(fā)布的所有消息再按訂閱規(guī)則發(fā)給不同的消息訂閱者），需要Docker2和Docker5提供MySql數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。下面是這5個(gè)Docker容器微服務(wù)的組建步驟：

（1）去Docker官方倉(cāng)庫(kù)去獲取這3種鏡像（JAVA運(yùn)行環(huán)境、MQTT代理服務(wù)器、MySql數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境）。具體地是，安裝好Docker后，使用“Docker pull openjdk”命令從倉(cāng)庫(kù)里拉取openjdk這個(gè)Docker鏡像到本地，這鏡像提供了JAVA運(yùn)行環(huán)境;使用“Docker pull toke/mosquitto”命令拉mosquitto鏡像（MQTT服務(wù)鏡像）;使用“Docker pull mysql”命令拉取MySql鏡像。

（2）把生產(chǎn)部后端服務(wù)的JAVA JAR包放到JDK鏡像后生成新的鏡像。具體地是，新建Dockerfile，使用Docker build命令按照Dockerfile里設(shè)定的規(guī)則來(lái)創(chuàng)建Docker鏡像。在這個(gè)基礎(chǔ)鏡像之上，把生產(chǎn)部后端服務(wù)的JAVA JAR包拷貝到新鏡像里，再設(shè)定該容器啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)運(yùn)行該JAR包即可。

（3）使用Docker run命令運(yùn)行第2步生成的鏡像來(lái)創(chuàng)建Docker容器，以此提供生產(chǎn)部后端微服務(wù)，運(yùn)行時(shí)需要指定容器端口和映射到宿主機(jī)的端口，因?yàn)樽罱K是需要通過(guò)“IP：端口”的形式來(lái)提供后端服務(wù)，每個(gè)Docker容器都會(huì)自動(dòng)獲取一個(gè)內(nèi)網(wǎng)IP。

（4）把售后后端服務(wù)的JAVA JAR包放到JDK鏡像后生成新的鏡像。這一步的和第2步類(lèi)似，使用的JAR包換成售后后端的JAR包即可。

（5）運(yùn)行第4步生成的鏡像來(lái)創(chuàng)建Docker容器，以此提供售后后端微服務(wù)，這一步和第3步類(lèi)似，注意，指定的宿主機(jī)映射端口號(hào)要不同。

（6）運(yùn)行第1步獲得的MySql鏡像創(chuàng)建生產(chǎn)部數(shù)據(jù)庫(kù)容器。運(yùn)行時(shí)也指定容器端口和映射到宿主機(jī)的端口。采用數(shù)據(jù)卷（Volume）的方式把MySql容器內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫(kù)目錄/var/lib/mysql掛載到宿主機(jī)的目錄（比如新建一個(gè)目錄/host/mysql_data/）下，這樣，容器內(nèi)的MySql數(shù)據(jù)文件就會(huì)持久化保存到宿主機(jī)，即使容器本身被刪除，我們也可以在宿主機(jī)上的掛載目錄里找到數(shù)據(jù)庫(kù)文件。

（7）運(yùn)行第1步獲得的MQTT鏡像來(lái)提供MQTT代理服務(wù)器。運(yùn)行時(shí)要指定映射到宿主機(jī)的端口和MQTT的端口。

3 Docker容器作為后端服務(wù)載體的優(yōu)缺點(diǎn)分析

在采用Docker容器作為后端微服務(wù)的載體后，主要有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）Docker容器可以打包了整個(gè)運(yùn)行環(huán)境，確保了開(kāi)發(fā)環(huán)境、測(cè)試環(huán)境以及生產(chǎn)環(huán)境的一致性。這樣就不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)發(fā)環(huán)境運(yùn)行良好，到生產(chǎn)環(huán)境就發(fā)生異常等問(wèn)題。生產(chǎn)環(huán)境出現(xiàn)問(wèn)題，也可以方便地把生產(chǎn)環(huán)境的鏡像拿到開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行問(wèn)題重現(xiàn)和調(diào)查。

（2）Docker鏡像占用硬盤(pán)空間比傳統(tǒng)虛擬機(jī)小，傳統(tǒng)虛擬機(jī)鏡像通常以G字節(jié)為單位，Docker鏡像通常只有幾M到幾百M(fèi)字節(jié)。尺寸的減小不僅僅降低了硬盤(pán)資源占用，在傳輸文件時(shí)也更加快捷。

（3）Docker容器在對(duì)硬件要求較傳統(tǒng)虛擬機(jī)低，因?yàn)镈ocker容器之間共用了宿主機(jī)的操作系統(tǒng)資源。一臺(tái)主機(jī)上可以運(yùn)行幾十、幾百甚至更多的Docker容器。

Docker容器作為后端微服務(wù)的載體也存在一些不足之處，主要有下面幾點(diǎn)：

（1）Docker容器之間跟宿主機(jī)共用一些系統(tǒng)資源，隔離性不徹底，會(huì)存在安全上的未知風(fēng)險(xiǎn)。

（2）Docker基于64位Linux內(nèi)核特性，所以在其他操作系統(tǒng)比如windows或MAC上不能直接使用Docker。

（3）在Docker里的程序調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)時(shí)會(huì)有一些不便，比如，使用系統(tǒng)定時(shí)任務(wù)crontab，用法和普通的主機(jī)里的crontab不一樣。

4 結(jié)語(yǔ)

Docker官方提供了很多流行應(yīng)用的鏡像文件，比如本文用到OpenJDK、MySql、MQTT等鏡像，我們可以在這些基礎(chǔ)鏡像之上創(chuàng)建自己的應(yīng)用鏡像。采用這些鏡像為載體，把復(fù)雜的后端系統(tǒng)劃分為多個(gè)小系統(tǒng)，可以充分利用Docker隔離性、系統(tǒng)資源要求相對(duì)低、部署方便等特性，特別適合模塊多，版本更新頻繁的后端系統(tǒng)，在實(shí)際工程應(yīng)用中已經(jīng)取得了良好效果。

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