图解Docker Compose 架构设计分析与全攻略：构建、扩展和管理你的容器（第一部分）

Docker Compose 是 Docker 官方编排工具，它允许用户通过简洁的 YAML 文件定义多容器的 Docker 应用程序。无论是开发者、系统管理员还是 DevOps 工程师，Docker Compose 都能帮助轻松地管理复杂的服务堆栈。通过本文，将深入了解 Docker Compose 的强大功能和使用场景，探索如何利用它来简化开发、测试和部署流程。无论是初学者还是希望优化现有工作流的高级用户，本文都将为提供实用的指导和技巧。让我们开始这段精彩的 Docker Compose 实战之旅吧！

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1、docker-compose 架构设计

设计说明:

• 用户: 这是使用 Docker Compose 的用户。
• Docker Compose CLI: 这是 Docker Compose 的命令行界面，用户通过它来运行命令。
• docker-compose.yml: Docker Compose 的配置文件，定义了服务、网络、卷等。
• 服务1、服务2、服务3: 这些是配置文件中定义的服务。
• Docker Engine: Docker 的后台守护进程，负责管理 Docker 对象。
• 容器: Docker Engine 创建和管理容器。
• 网络: Docker Engine 管理网络，使容器可以相互通信。
• 卷: Docker Engine 管理卷，用于数据持久化。
• 镜像: Docker Engine 管理镜像，服务基于镜像启动。
  

2、docker-compose 工作流程

流程说明:

1. 运行 docker-compose up: 用户在命令行中执行 docker-compose up 命令，开始整个工作流程。
2. Docker Compose: Docker Compose 工具开始处理。
3. 解析 docker-compose.yml: Docker Compose 解析位于当前目录的 docker-compose.yml 文件，理解服务、网络和卷的配置。
4. 构建服务镜像: 根据配置文件中的指令，构建服务所需的 Docker 镜像。
5. 每个服务: Docker Compose 逐个处理配置文件中定义的每个服务。
6. 启动容器: 对于每个服务，Docker Compose 启动相应数量的容器实例。
7. 容器运行中: 容器启动并运行服务。
8. 服务健康检查: Docker Compose 对每个服务执行健康检查，确保服务正常运行。
9. 服务健康? : Docker Compose 检查服务是否通过健康检查。
10. 继续监视: 如果服务健康，Docker Compose 继续监视服务状态。
11. 报告错误并退出: 如果服务不健康，Docker Compose 报告错误并退出。
12. 所有服务运行完毕: 所有服务都成功启动并运行后，工作流程结束。

3、docker-compose 功能介绍

3.1. 服务定义

使用 YAML 文件定义多个服务（容器），每个服务可以基于不同的镜像或使用构建指令从 Dockerfile 构建。Docker Compose 允许通过 docker-compose.yml 文件定义服务。以下是定义服务时可以使用的所有主要语法选项

以下是完整的 docker-compose.yml 文件：

version: '3.8'  # 指定 docker-compose.yml 文件的版本
services:  # 定义服务列表
  webapp:  # 服务名称，唯一
    image: my-webapp:latest  # 使用指定的镜像来启动容器
    build:  # 指定一个上下文路径和 Dockerfile 来构建镜像
      context: ./dir  # 构建镜像时的上下文路径
      dockerfile: Dockerfile.dev  # 指定构建镜像的 Dockerfile 名称
      args:  # 构建镜像时传递的变量
        - buildno=1
    command: python app.py  # 覆盖容器启动后默认执行的命令
    entrypoint: /code/entrypoint.sh  # 覆盖容器的入口点
    environment:  # 设置环境变量
      - DEBUG=1
    env_file:  # 从文件中读取环境变量
      - env_vars.env
    ports:  # 映射端口到宿主机
      - "5000:5000"
    volumes:  # 挂载卷到容器
      - "/var/www:/var/www"
      - "data_volume:/var/data"
    networks:  # 指定服务连接的网络
      - webnet
    depends_on:  # 定义服务依赖，确保按顺序启动
      - db
    deploy:  # 使用 Docker Swarm 部署配置
      replicas: 3
      resources:  # 定义服务资源限制
        limits:
          cpus: '0.50'
          memory: 50M
    healthcheck:  # 定义健康检查指令
      test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost"]
      interval: 1m30s
      timeout: 10s
      retries: 3
    logging:  # 配置日志记录选项
      driver: syslog
      options:
        tag: "webapp-{{.Name}}"
    isolation: "hyperv"  # 设置容器的隔离模式
    extra_hosts:  # 添加额外的 host 映射
      - "host1:192.168.1.1"
      - "host2:192.168.1.2"
    domainname: webapp.example.com  # 为容器设置域名
    hostname: webapp  # 设置容器的 hostname
    ipc: "host"  # 设置 IPC 模式
    mac_address: 02:42:ac:11:00:04  # 为容器设置 MAC 地址
    shm_size: '2gb'  # 设置 /dev/shm 的大小
    sysctls:  # 为 Linux 容器设置内核参数
      - net.core.somaxconn=1024
    tmpfs: /run  # 在容器内挂载临时文件系统
    init: true  # 使用 tini 作为容器的 init 进程
    oom_score_adj: 500  # 设置容器的 OOM 分数
    pids_limit: 50  # 限制容器内的 PID 数量
    restart: on-failure:3  # 设置容器的重启策略
    stop_signal: SIGINT  # 设置容器停止时发送的信号
    stop_grace_period: 1m  # 设置容器停止前的宽限期
    read_only: true  # 将容器的文件系统设置为只读
    userns_mode: "host"  # 设置用户命名空间模式
    cache_from:  # 构建镜像时使用缓存
      - my-base-image:latest
    update_config:  # 定义服务更新的配置
      parallelism: 2
      delay: 10s
      failure_action: continue
      order: start-first
    rollback_config:  # 定义服务回滚的配置
      parallelism: 1
      delay: 10s
      failure_action: pause
      order: stop-first
    status: inactive  # 设置服务的状态（如：inactive）
    cpuset: "0,1"  # 设置容器可以使用的 CPU 核心
    placement:  # 定义服务在 Swarm 集群中的放置策略
      constraints: [node.role == manager]
    configs:  # 挂载配置到服务容器
      - myconfig
    network_mode: "host"  # 设置网络模式
    cap_add:
      - ALL  # 添加 Linux 内核能力
    cap_drop:
      - NET_ADMIN  # 移除 Linux 内核能力
    security_opt:  # 设置容器的安全性选项
      - label:user:USER
      - label:role:ROLE

  db:
    image: postgres:latest  # 使用指定的镜像来启动容器
    volumes:  # 定义要挂载的卷
      - db_data:/var/lib/postgresql/data

volumes:  # 定义卷
  data_volume:
  db_data:

networks:  # 定义网络
  webnet:

configs:  # 定义配置
  myconfig:
    file: ./config.txt
    name: my_config

2. 一键启动和停止

• 通过 docker-compose up 和 docker-compose down 命令，可以一键启动和停止所有服务。

3. 依赖管理

可以定义服务之间的依赖关系，确保服务按照正确的顺序启动和停止。

图解释:

• docker-compose.yml: Docker Compose 的配置文件，定义了所有服务、网络和卷。
• 服务A、服务B、服务C: 这些是配置文件中定义的服务。
• 网络: 由 Docker Compose 管理的网络，用于连接所有服务，使它们能够互相通信。
• 依赖: 服务之间的依赖关系，确保服务按照正确的顺序启动和停止。例如，服务B 依赖于 服务C，服务C 依赖于 服务D。

version: '3.8'  # 指定 Docker Compose 文件的版本

services:
  db:
    image: postgres:13  # 使用 PostgreSQL 13 镜像
    environment:
      POSTGRES_USER: user
      POSTGRES_PASSWORD: password
      POSTGRES_DB: dbname
    volumes:
      - db-data:/var/lib/postgresql/data  # 定义一个卷，并挂载到容器的 PostgreSQL 数据目录

  web:
    image: nginx:alpine  # 使用 Nginx 的 alpine 版本镜像
    depends_on:  # 定义依赖关系
      - db  # Web 服务依赖于 db 服务
    ports:
      - "80:80"  # 将容器的 80 端口映射到宿主机的 80 端口

volumes:
  db-data:  # 定义一个命名卷

networks:
  default:  # 默认网络配置
    driver: bridge  # 使用桥接网络

配置说明

• db 服务：这是一个数据库服务，使用 postgres:13 镜像。环境变量 POSTGRES_USER、POSTGRES_PASSWORD 和 POSTGRES_DB 用于初始化数据库配置。一个命名卷 db-data 被挂载到容器的 PostgreSQL 数据目录，用于数据持久化。
• web 服务：这是一个 Web 服务，使用 nginx:alpine 镜像。它定义了对 db 服务的依赖，使用 depends_on 关键字。这意味着在启动 Web 服务之前，Docker Compose 会确保先启动数据库服务。
• volumes：
  • db-data：这是一个命名卷，用于持久化数据库服务的数据。
• networks：
  • default：定义了一个默认的桥接网络，所有服务都会连接到这个网络，从而实现服务间的通信。

如何工作

1. 启动服务：运行 docker-compose up 命令时，Docker Compose 会根据 depends_on 关键字来决定服务的启动顺序。在这个例子中，db 服务会首先启动。
2. 服务发现：一旦 db 服务启动，web 服务就可以通过服务名称 db 来访问数据库服务。
3. 端口映射：web 服务的 80 端口被映射到宿主机的 80 端口，使得可以通过宿主机的 IP 地址或域名来访问 Web 应用。

4. 网络管理

在 Docker Compose 中，网络管理是一个关键特性，它允许不同容器之间相互发现和通信。Docker Compose 提供了强大的网络功能，可以自动配置服务之间的网络，使得容器像在同一个主机上一样轻松通信。

4.1. 默认网络

当运行 Docker Compose 时，它会自动创建一个默认网络，所有服务都会连接到这个网络，除非明确指定了其他网络。默认网络允许服务之间通过服务名称进行通信。

4.2. 自定义网络

除了默认网络，还可以创建自定义网络，以实现更复杂的网络拓扑结构或隔离特定的服务。

创建自定义网络

在 docker-compose.yml 文件中，定义一个或多个网络：

version: '3.8'  # 指定 Docker Compose 文件的版本

services:
  web:
    image: "nginx:alpine"  # 使用 Nginx 的 Alpine 版本镜像
    ports:
      - "80:80"  # 将容器的 80 端口映射到宿主机的 80 端口
    networks:
      - webnet  # 将 Web 服务连接到 webnet 网络

  db:
    image: "postgres:alpine"  # 使用 PostgreSQL 的 Alpine 版本镜像
    environment:
      POSTGRES_DB: mydatabase  # 设置数据库名
      POSTGRES_USER: user  # 设置数据库用户
      POSTGRES_PASSWORD: password  # 设置数据库密码
    networks:
      - dbnet  # 将 DB 服务连接到 dbnet 网络

networks:
  webnet:  # 定义 webnet 网络
  dbnet:  # 定义 dbnet 网络

此例子中，我们定义了两个网络 webnet 和 dbnet。web 服务连接到了 webnet 网络，而 db 服务连接到了 dbnet 网络。

使用网络

服务可以通过网络名称来发现和访问其他服务。例如，如果 web 服务需要访问 db 服务，它可以通过网络名称来实现：

services:
  web:
    image: "nginx:alpine"
    networks:
      - webnet
      - dbnet
    # Web 服务可以使用 dbnet 网络来访问 db 服务

  db:
    image: "postgres:alpine"
    networks:
      - dbnet

networks:
  webnet:
  dbnet:

在这个修改后的例子中，web 服务同时连接到了 webnet 和 dbnet 网络，因此它可以通过 db 服务的名称来访问数据库。

DATABASE_URL=db:5432/mydatabase

这里的 db 是数据库服务的名称，5432 是 PostgreSQL 的默认端口，mydatabase 是数据库名。

4.3. 网络模式

Docker Compose 支持多种网络模式，包括桥接、宿主机、覆盖和 Macvlan。每种模式都有其特定的用例：

• 桥接（bridge） ：默认模式，创建一个虚拟的网络环境，容器可以通过网络地址相互通信。
• 宿主机（host） ：容器将使用宿主机的网络栈。
• 覆盖（overlay） ：用于跨多个 Docker 守护进程的容器通信，常见于 Docker Swarm 模式。
• Macvlan：将容器直接连接到物理网络，使容器拥有物理网络上的真实 MAC 地址。

4.4. 网络的动态发现

Docker Compose 允许服务动态发现其他服务，只需通过服务名称即可实现通信。这种发现机制简化了服务间的连接和通信。

4.5. 网络的持久性

定义的网络在 Docker Compose 栈的生命周期内是持久的，即使容器停止或重启，网络依然存在。

其他内容在第二篇文章《图解Docker Compose 架构设计分析与全攻略：构建、扩展和综合案例（第二部分）》中。。。

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