當Node.js遇見Docker

farsun發表於2021-09-09

Node.jsDocker

Node.js Best Practices - How to Become a Better Developer in 2017提到的幾點，我們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文件也沒見蹤跡啊!

圖片描述

GitHub倉庫: Fundebug/nodejs-docker

什麼是Docker?

Docker是最流行的的容器工具，沒有之一。本文並不打算深入介紹Docker，不過可以從幾個簡單的角度來理解Docker。

從程式的角度理解Docker

在Linux中，所有的程式構成了一棵樹。可以使用pstree命令進行檢視:

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程式為所有程式的根(root)，其PID為1。

Docker將不同應用的程式隔離了起來，這些被隔離的程式就是一個個容器。隔離是基於兩個Linux核心機制實現的，Namesapce和Cgroups。

Namespace可以從UTD、IPC、PID、Mount，User和Network的角度隔離程式。比如，不同的程式將擁有不同PID空間，這樣容器中的程式將看不到主機上的程式，也看不到其他容器中的程式。這與Node.js中模組化以隔離變數的名稱空間的思想是異曲同工的。

通過Cgroups，可以限制程式對CPU，記憶體等資源的使用。簡單地說，我們可以通過Cgroups指定容器只能使用1G記憶體。

從程式角度理解Docker，那每一個Docker容器就是被隔離的程式及其子程式。上文pstree的輸出中可以分辨出2個容器: mongodb和redis。

從檔案的角度理解Docker

基於Namespace與Cgroups的容器工具其實早已存在，例如Linux-VServer，OpenVZ，LXC。然而，真正引爆容器技術的卻是後來者Docker。為什麼呢？個人覺得是因為Docker映象以及Dockerfile。

在Linux中，一切皆檔案，程式的執行離不開各種各樣的檔案。跑一個簡單的Node.js程式，傳統的做法是手動安裝各種依賴然後執行；而Docker則是將所有依賴（包括作業系統，Node，NPM模組，原始碼）打包到一個Docker映象中，然後基於這個映象執行容器。

Docker映象可以通過Docker倉庫共享給其他人，這樣他們只需要下載映象即可執行程式。想象一下，當我們需要在另一臺主機(比如生產伺服器，新同事的機器)上執行一個Node.js應用，僅僅需要下載對應的Docker映象就可以了，是不是很方便呢？

Docker映象可以通過文字檔案，即Dockerfile進行定義。不妨看一個簡單的例子(由於不可抗力，這個Dockerfile構建大概會失敗，僅作為參考):

# 基於Ubuntu
FROM ubuntu

# 安裝Node.js與NPM
RUN apt-get update && apt-get -y install nodejs npm

# 安裝NPM模組:Express
RUN npm install express

# 新增原始碼
ADD app.js /

其中，FROM，RUN與ADD為Dockerfile命令。結合註釋，該Dockerfile的含義非常直白。基於這個Dockerfile，使用docker build命令就可以構建對應的Docker映象。基於這個Docker映象，就可以執行Docker容器來執行app.js:

var express = require("express");
var app = express();

app.get("/", function(req, res)
{
    res.send("Hello Fundebug!\n");
});

app.listen(3000);

Dockerfile實際上是將Docker映象程式碼化了，另一方面也是將安裝依賴的過程程式碼化了，於是我們就可以像管理原始碼一樣使用git對Dockerfile進行版本管理。

為啥用Docker?

當你的系統越來越複雜的時候，你會發現Docker的價值。

從應用架構角度理解Docker

剛開始，你只需要寫一個Node.js程式，掛載一個靜態網站；然後，你做了一個使用者賬號系統，這時需要資料庫了，比如說MySQL; 後來，為了提升效能，你引入了Memcached快取；終於有一天，你決定把前後端分離，這樣可以提高開發效率；當使用者越來越多，你又不得不使用Nginx做反向代理; 對了，隨著功能越來越多，你的應用依賴也會越來越多...總之，你的應用架構只會越來越複雜。不同的元件的安裝，配置與執行步驟各不相同，於是你不得不寫一個很長的文件給新同事，只為了讓他搭建一個開發環境。

使用Docker的話，你可以為不同的元件逐一編寫Dockerfile，分別構建映象，然後執行在各個容器中。這樣做，將複雜的架構統一了，所有元件的安裝和執行步驟統一為幾個簡單的命令:

構建Docker映象: docker build
上傳Docker映象: docker push
下載Docker映象: docker pull
執行Docker容器: docker run

從應用部署角度理解Docker

通常，你會有開發，測試和生產伺服器，對於某些應用，還會需要進行構建。不同步驟的依賴會有一些不同，並且在不同的伺服器上執行。如果手動地在不同的伺服器上安裝依賴，是件很麻煩的事情。比如說，當你需要為Node.js應用新增一個新的npm模組，或者升級一下Node.js，是不是得重複操作很多次？友情提示一下，手動敲命令是極易出錯的，有些失誤會導致致命的後果（參考最近Gitlab誤刪資料庫與AWS的S3故障）。

如果使用Docker的話，開發、構建、測試、生產將全部在Docker容器中執行，你需要為不同步驟編寫不同的Dockerfile。當依賴變化時，僅需要稍微修改Dockerfile即可。結合構建工具Jenkins，就可以將整個部署流程自動化。

另一方面，Dockerfile將Docker映象描述得非常精準，能夠保證很強的一致性。比如，作業系統的版本，Node.js的版本，NPM模組的版本等。這就意味著，在本地開發環境執行成功的映象，在構建、測試、生產環境中也沒有問題。還有，不同的Docker容器是依賴於不同的Docker映象，這樣他們互不干擾。比如，兩個Node.js應用可以分別使用不同版本的Node.js。

從叢集管理角度理解Docker

架構規模越來越大的時候，你有必要引入叢集了。這就意味著，伺服器由1臺變成了多臺，同一個應用需要執行多個備份來分擔負載。當然，你可以手動對叢集的功能進行劃分: Nginx伺服器，Node.js伺服器，MySQL伺服器，測試伺服器，生產伺服器...這樣做的好處是簡單粗暴；也可以說財大氣粗，因為資源閒置會非常嚴重。還有一點，每次新增節點的時候，你就不得不花大量時間進行安裝與配置，這其實是一種低效的重複勞動。

下載Docker映象之後，Docker容器可以執行在叢集的任何一個節點。一方面，各個元件可以共享主機，且互不干擾；另一方面，也不需要在叢集的節點上安裝和配置任何元件。至於整個Docker叢集的管理，業界有很多成熟的解決方案，例如Mesos，Kubernetes與Docker Swarm。這些叢集系統提供了排程，服務發現，負載均衡等功能，讓整個叢集變成一個整體。

如何用Docker?

編寫Dockerfile

正確的Dockerfile是這樣的:

# 使用DaoCloud的Ubuntu映象
FROM daocloud.io/library/ubuntu:14.04

# 設定映象作者
MAINTAINER Fundebug <help@fundebug.com>

# 設定時區
RUN sudo sh -c "echo 'Asia/Shanghai' > /etc/timezone" && \
    sudo dpkg-reconfigure -f noninteractive tzdata

# 使用阿里雲的Ubuntu映象
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

# 安裝node v6.10.1
RUN sudo apt-get update && sudo apt-get install -y wget

# 使用淘寶映象安裝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

# 安裝npm模組
ADD package.json /app/package.json

# 使用淘寶的npm映象
RUN npm install --production -d --registry=https://registry.npm.taobao.org

# 新增原始碼
ADD . /app

# 執行app.js
CMD ["node", "/app/app.js"]

有幾點值得注意的地方：

使用國內DaoCloud的Docker倉庫，阿里雲的ubuntu映象以及淘寶的npm映象，否則會出事情的;
將時區設為Asia/Shanghai，否則日誌的時間會不大對勁;
使用.dockerignore忽略不需要新增到Docker映象的檔案和目錄，其語法與.gitigore一致;

更重要的一點是，package.json需要單獨新增。Docker在構建映象的時候，是一層一層構建的，僅當這一層有變化時，重新構建對應的層。如果package.json和原始碼一起新增到映象，則每次修改原始碼都需要重新安裝npm模組，這樣木有必要。所以，正確的順序是: 新增package.json；安裝npm模組；新增原始碼。

構建Docker映象

使用docker build命令構建Docker映象

sudo docker build -t fundebug/nodejs .

其中，-t選項用於指定映象的名稱。

使用docker images命令檢視Docker映象

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映象的大小為266.4MB，在ubuntu映象的基礎上增加了80MB左右。

執行Docker容器

使用docker run命令執行Docker容器

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

其中，-d選項表示容器在後臺執行；--net選項指定容器的網路模式，host表示與主機共享網路；--name指定了容器的名稱。

使用docker ps命令檢視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為"node /app/app.js"，表示容器中執行的命令。這是我們再Dockerfile中使用CMD指定的。不妨使用docker exec命令在容器內執行ps命令檢視容器內的程式：

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，容器內的1號程式即為node程式node /app/app.js。在Linux中，PID為1程式按說是唯一的，即init程式。但是，容器使用了核心的Namespace機制，為容器建立了獨立的PID空間，因此容器中也有1號程式。

測試

使用curl命令訪問:

curl localhost:3000
Hello Fundebug!

是否用Docker？

一方面，使用Docker能夠帶來很大益處；另一方面，引入Docker必然會有很多挑戰，需要熟悉Docker才能應對自如。想必這是一個艱難的決定。如果從長遠的角度來看，Docker正在成為應用開發，部署，釋出的標準技術，也許我們不得不用開放的心態對待它。

作為Node.js開發者，真正理解Docker可能需要一些時間，但是它可以給你帶來很多便利。歡迎加入我們Fundebug的Node.js技術交流群，老司機帶你玩轉酷炫的Docker技術。