Docker网络实现原理

Docker使用Linux桥接，在宿主机虚拟一个Docker容器网桥(docker0)，Docker启动一个容器时会根据Docker网桥的网段分配给容器一个IP地址，称为Container-IP，同时Docker网桥是每个容器的默认网关。因为在同一宿主机内的容器都接入同一个网桥，这样容器之间就能够通过容器的 Container-IP 直接通信。

Docker网桥是宿主机虚拟出来的，并不是真实存在的网络设备，外部网络是无法寻址到的，这也意味着外部网络无法直接通过 Container-IP 访问到容器。如果容器希望外部访问能够访问到，可以通过映射容器端口到宿主主机（端口映射），即 docker run 创建容器时候通过 -p 或 -P 参数来启用，访问容器的时候就通过[宿主机IP]:[容器端口]访问容器。

端口映射

docker run -d --name 名字 -P 仓库名

docker run -d --name 名字 -p 43000:80 nginx

        -P         随机端口；从32768开始

        -p         指定端口

docker run -d --name test01 -P nginxdocker ps -a

docker run -d --name test02 -p 43000:80 nginxdocker ps -a

浏览器访问

http://192.168.67.23:43000/
http://192.168.67.23:32768/

查看容器的日志

docker logs 容器ID/名字

docker logs test01

Docker的网络模式

●Host：容器将不会虚拟出自己的网卡，配置自己的IP等，而是使用宿主机的IP和端口。
●Container：创建的容器不会创建自己的网卡，配置自己的IP，而是和一个指定的容器共享IP、端口范围。
●None：该模式关闭了容器的网络功能；相当于单机模式
●Bridge：默认为该模式，此模式会为每一个容器分配、设置IP等，并将容器连接到一个docker0虚拟网桥，通过docker0网桥以及iptables nat 表配置与宿主机通信。
●自定义网络  

安装Docker时，会自动创建三个网络，bridge（创建容器默认连接到此网络）、 none 、host

查看docker 网络列表

docker network ls
或
docker network list

指定容器的网络模式

使用docker run创建Docker容器时，可以用 --net 或 --network 选项指定容器的网络模式

●host模式：使用 --net=host 指定
●none模式：使用 --net=none 指定
●container模式：使用 --net=container:NAME_or_ID 指定
●bridge模式：使用 --net=bridge 指定，默认设置，可省略

网络模式详解

1.host模式

相当于Vmware中的桥接模式，与宿主机在同一个网络中，但没有独立IP地址。
Docker使用了Linux的Namespaces技术来进行资源隔离，如PID Namespace隔离进程，Mount Namespace隔离文件系统，Network Namespace隔离网络等。
一个Network Namespace提供了一份独立的网络环境，包括网卡、路由、iptable规则等都与其他的Network Namespace隔离。

一个Docker容器一般会分配一个独立的Network Namespace。 

host模式启动容器，容器和宿主机共用一个网络命名空间，并使用宿主机的IP和端口

以主机模式启动容器

格式：docker run -d --name 名字 --network host 仓库名:标签

docker run -d --name test --network host nginx:latest

报错：容器无法启动

原因：Container容器中没有前台运行的进程以后，容器就会自动退出，并返回状态码为0

解决：容器启动时，增加一个可以长运行的服务

使用docker run -t -d Image可以解决；或者设置守护进程

查找当前有多少个主机模式

docker ps --filter "network=host"

docker inspect test

监控查看80端口

lsof -i:80

2.container模式

container模式指定新创建的容器和已经存在的一个容器共享一个Network Namespace，而不是和宿主机共享。

新创建的容器不会创建自己的网卡和IP，而是和一个指定的容器共享IP、端口范围等。

同样，两个容器除了网络方面，其他的如文件系统、进程列表等还是隔离的。

两个容器的进程可以通过lo网卡设备通信。

创建并进入test1容器

docker run -itd --name test1 centos:7 /bin/bash

查看容器的进程号

docker start 3758fe1bd073

查看容器的进程、网络、文件系统等命名空间编号

ls -l /proc/24828/ns

创建并进入test2容器，并与test1容器使用相同的net命名空间

docker run -itd --name test2 --net=container:3758fe1bd073 centos:7 /bin/bash

#查看test2容器的进程号

docker inspect -f '{{.State.Pid}}' d64d46510c12
25566

 #查看test2容器的进程、网络、文件系统等命名空间编号

ls -l /proc/25566/ns

看一下网络模式

docker inspect test2

3.none模式

使用none模式，Docker容器拥有自己的Network Namespace，但是，并不为Docker容器进行任何网络配置。

也就是说，这个Docker容器没有网卡、IP、路由等信息。这种网络模式下容器只有lo回环网络，没有其他网卡。

这种类型的网络没有办法联网，封闭的网络能很好的保证容器的安全性。

设置none模式

docker run -itd --name test3 --network=none centos:7 /bin/bash

查看网络模式

docker inspect test3

过滤查看

docker inspect test3 | grep NetworkMode

4.bridge模式

bridge模式是docker的默认网络模式，不用 --net 参数，就是bridge模式

相当于Vmware中的 nat 模式，容器使用独立network Namespace，并连接到docker0虚拟网卡。通过docker0网桥以及iptables nat表配置与宿主机通信，此模式会为每一个容器分配Network Namespace、设置IP等，并将一个主机上的 Docker 容器连接到一个虚拟网桥上。  

（1）当Docker进程启动时，会在主机上创建 docker0 的虚拟网桥，此主机上启动的Docker容器会连接到这个虚拟网桥上。

虚拟网桥的工作方式和物理交换机类似，这样主机上的所有容器就通过交换机连在了一个二层网络中。

（2）从docker0子网中分配一个IP给容器使用，并设置docker0的IP地址为容器的默认网关。

在主机上创建一对虚拟网卡veth pair设备。veth设备总是成对出现的，它们组成了一个数据的通道，数据从一个设备进入，就会从另一个设备出来。因此，veth设备常用来连接两个网络设备。

（3）Docker将 veth pair 设备的一端放在新创建的容器中，并命名为 eth0（容器的网卡），另一端放在主机中， 以 * 这样类似的名字命名，并将这个网络设备加入到 docker0 网桥中。可以通过 brctl show 命令查看。veth

（4）使用 docker run -p 时，docker实际是在iptables做了DNAT规则，实现端口转发功能。可以使用iptables -t nat -vnL 查看。

查看所有的网桥

brctl show

5.自定义网路

#直接使用bridge模式，是无法支持指定IP运行docker的，例如执行以下命令就会报错

创建自定义网络—mynetwork

可以先定义网络，再使用指定IP运行docker

docker network create --subnet=172.18.0.0/16 --opt "com.docker.network.bridge.name"="docker1" mynetwork

----------------------------------------------------------------------------------------------------------
#docker1 为执行 ifconfig -a 命令时，显示的网卡名，如果不使用 --opt 参数指定此名称，那你在使用 ifconfig -a 命令查看网络信息时，看到的是类似 br-110eb56a0b22 这样的名字，这显然不怎么好记。
#mynetwork 为执行 docker network list 命令时，显示的bridge网络模式名称。
----------------------------------------------------------------------------------------------------------

通过指定ip运行docker

docker run -itd --name test5 --net mynetwork --ip 172.18.0.10 centos:7 /bin/bash

查看网络模式

docker inspect test5 | grep NetworkMode

资源控制

cup资源周期和分片

docker stats

1．CPU 资源控制

cgroups，是一个非常强大的linux内核工具，他不仅可以限制被 namespace 隔离起来的资源， 还可以为资源设置权重、计算使用量、操控进程启停等等。 所以 cgroups（Control groups）实现了对资源的配额和度量。

cgroups有四大功能：

●资源限制：可以对任务使用的资源总额进行限制
●优先级分配：通过分配的cpu时间片数量以及磁盘IO带宽大小，实际上相当于控制了任务运行优先级
●资源统计：可以统计系统的资源使用量，如cpu时长，内存用量等
●任务控制：cgroup可以对任务执行挂起、恢复等操作

1）设置CPU使用率上限

Linux通过CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）来调度各个进程对CPU的使用。CFS默认的调度周期是100ms。
我们可以设置每个容器进程的调度周期，以及在这个周期内各个容器最多能使用多少 CPU 时间。

使用 --cpu-period 即可设置调度周期；

使用 --cpu-quota 即可设置在每个周期内容器能使用的CPU时间。两者可以配合使用。
CFS 周期的有效范围是 1ms~1s，对应的 --cpu-period 的数值范围是 1000~1000000。 周期100毫秒 
而容器的 CPU 配额必须不小于 1ms，即 --cpu-quota 的值必须 >= 1000；1000=1ms

创建并运行class容器

docker run -itd --name class1 centos:7 /bin/bash
docker ps -a

 查看文件

cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/80cbb59d0562f1574a010cef2c1ba8d4b6b597c0a29ec40727c8d53fcat cpu.cfs_quota_us 
-1cat cpu.cfs_period_us 
100000

---------------------------------------------------------------------------------------------------------
#cpu.cfs_period_us：cpu分配的周期(微秒，所以文件名中用 us 表示），默认为100000。
#cpu.cfs_quota_us：表示该cgroups限制占用的时间（微秒），默认为-1，表示不限制。 如果设为50000，表示占用50000/100000=50%的CPU。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------

进行C PU压力测试

docker exec -it 80cbb59d0562 /bin/bash
yum -y install vim

vim /opt/test.sh

代码：

#!/bin/bash
i=0
while true
do
let i++
done

chmod +x /opt/test.sh
/opt/test.sh

top

#可以看到这个脚本占了很多的cpu资源

设置50%的比例分配CPU使用时间上限

①重新创建一个容器并设置限额

docker run -itd --name class2 --cpu-quota 50000 centos:7 /bin/bash

docker ps -a

docker exec -it 29bd879276f6 /bin/bash

编写并执行脚本，top查看

②修改容器的cpu.cfs_quota_us文件数值

echo 50000 > cpu.cfs_quota_us

docker exec -it 80cbb59d0562 /bin/bash

/opt/cpu.sh

top查看

#可以看到cpu占用率接近50%，cgroups对cpu的控制起了效果

2）设置CPU资源占用比（设置多个容器时才有效）

Docker 通过 --cpu-shares 指定 CPU 份额，默认值为1024，值为1024的倍数。

设置容器权重

#创建两个容器为 c1 和 c2，若只有这两个容器，设置容器的权重，使得c1和c2的CPU资源占比为1/3和2/3。

docker run -itd --name c1 --cpu-shares 512 centos:7 /bin/bash
docker run -itd --name c2 --cpu-shares 1024 centos:7 /bin/bashdocker ps -a

分别进入容器，进行压力测试

进入c1容器并安装epel和stress服务

docker exec -it c1 /bin/bashyum -y install epel-release
yum -y install stress

压力测试

cpu的使用率与你给这台虚拟机配的核数和大小有关；配置2核4G，总用为200%

#产生4个进程，每个进程都反复不停的计算随机数的平方根
stress -c 4

查看容器运行状态（动态更新）

docker stats

因为配的2核所以总占用为200%

3）设置容器绑定指定的CPU

先分配虚拟机4个CPU核数

#四核cpu，1，3表示只用1和3核
docker run -itd --name class3 --cpuset-cpus 1,3 centos:7 /bin/bash

#进入容器，进行压力测试

yum install -y epel-release
yum install stress -y
stress -c 4

top

报错：修改后重启虚拟机，xshell无法连接虚拟机了

原因：发现是虚拟机无法联网了

解决：最后systemctl stop NetworkManager，然后重启网络解决了

退出容器，执行 top 命令再按 1 查看CPU使用情况。

2．对内存使用的限制

// -m(--memory=) 选项用于限制容器可以使用的最大内存

docker run -itd --name test1 -m 512m centos:7
docker stats

//限制可用的 swap 大小， --memory-swap

强调一下，--memory-swap 是必须要与 --memory 一起使用的。

正常情况下，--memory-swap 的值包含容器可用内存和可用 swap。
所以 -m 300m --memory-swap=1g 的含义为：容器可以使用 300M 的物理内存，并且可以使用 700M（1G - 300）的 swap。

如果 --memory-swap 设置为 0 或者 不设置，则容器可以使用的 swap 大小为 -m 值的两倍。
如果 --memory-swap 的值和 -m 值相同，则容器不能使用 swap。
如果 --memory-swap 值为 -1，它表示容器程序使用的内存受限，而可以使用的 swap 空间使用不受限制（宿主机有多少 swap 容器就可以使用多少）。

docker run -itd --name test2 -m 300m --memory-swap=1g centos:7 /bin/bash

 --vm 1 启动一个内存工作线程

--vm-bytes 100M 每个线程分配100M

表示可用空间为300Mb，swap交换空间为1G-300Mb=700Mb

3．对磁盘IO配额控制（blkio）的限制

容器要在/dev/sda下限制才能生效

26.1.0新版本不支持资源io限制

企业用的20.10.17版本支持 

--device-read-bps：限制某个设备上的读速度bps（数据量），单位可以是kb、mb(M)或者gb。

例：docker run -itd --name test9 --device-read-bps /dev/sda:1M  centos:7 /bin/bash

--device-write-bps ： 限制某个设备上的写速度bps（数据量），单位可以是kb、mb(M)或者gb。

例：docker run -itd --name test10 --device-write-bps /dev/sda:1mb centos:7 /bin/bash

--device-read-iops ：限制读某个设备的iops（次数）
 
--device-write-iops ：限制写入某个设备的iops（次数）

创建容器，并限制写速度

docker run -itd --name test4 --device-write-bps /dev/sda:1M centos:7 /bin/bash

通过dd来验证写速度

#添加oflag参数以规避掉文件系统cache

oflag=direct        添加参数规避缓存

dd if=/dev/zero of=test.out bs=1M count=10 oflag=direct

清理docker占用的磁盘空间

#关闭所有容器
docker ps -a | awk 'NR>=2{print "docker stop "$1}'|bash

#可以用于清理磁盘，删除关闭的容器、无用的数据卷和网络

docker system prune -a

生产扩展

 同步容器时间为北京时间

docker exec -itd test /usr/bin/bash -c "ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime && dpkg-reconfigure --frontend noninteractive tzdata"

故障：由于docker容器故障导致大量日志集满，会造成磁盘空间满

解决方案

1、清楚日志

cd /var/lib/docker/containers/ls
du -sh *

模拟日志增多

docker run -d centos:7 /usr/bin/bash -c "while true;do echo hello;done"

#没效果用不上
#!/bin/bash
for i in `seq 100000`
do
echo $i >> /opt/rizhi.txt
sleep 1
done

sleep 1                 每毫秒刷新
seq 1000000        生成数字列表1~100万

最后用的while循环，do效果太慢了；

清除日志

编写清理日志脚本

vim /opt/ceshi.sh

#!/bin/bash
logs=$(find /var/lib/docker/containers/ -name *-json.log*)
for log in $logs
do
cat /dev/null > $log
done

 赋予脚本执行权限并执行

chmod +x /opt/ceshi.sh
/opt/ceshi.sh

 查看容器日志大小

cd /var/lib/docker/containers/
du -sh *

2、当日志占满之后如何处理

###设置docker日志文件数量及每个日志大小vim /etc/docker/daemon.json{
"registry-mirrors": ["http://f613ce8f.m.daocloud.io"]，
#我的一日志格式
"log-driver": "json-file",
#日志的参数最大500M   我最大容器中有三个日志文件 每个日志文件大小是500M
"log-opts": { "max-size" : "500m", "max-file" : "3"}
}

修改完需要重新加载

systemctl daemon-reload

总结

docker 网络模式

docker run -d --name test1 -P nginx /bin/bash

docker run -d --name test2 -p 43000:80 nginx /bin/bash

浏览器访问：http://192.168.80.10:43000

docker logs 容器ID/名称                查看容器的日志

host        容器使用宿主机的网络直接公开服务；如果你在容器中运行一个web服务，那么它会直接绑定到主机的网络接口上，而不是通过docker进行任何网络的转发

                与宿主机共享网络命名空间

container        允许容器共享另一个容器的网络命名空间；表示两个容器可以拥有相同的网络接口和IP地址，共享同一网络命名空间；使用 --net=container:容器ID/名字 指定

                多个容器之间共享一个network namespace

none        是最简单的网络模式；表示容器拥有自己的网络命名空间，但不会进行任何网络配置；这实际上给了用户完全的自主权，让用户自己来配置容器的网络

                自闭空间；单机

bridge        是默认的网络模式，配置时可以省略不写；每个新创建的容器都将该网络分配一个IP地址，此网络模式允许所有docker容器之间以及docker宿主机之间进行相互通信

                默认模式，通过VETH对接容器docker0网桥，网桥分配给容器IP，docker0作为局域网内容器的网关，最后与宿主机网卡进行通信

user-defined自定义        docker允许用户创建自己的定义的网络，用户可以定义的网络范围、子网掩码和路由等参数，用户可以更好地对网络进行控制和隔离（生产业务需求：根据甲方/领导指定）

                根据业务需求指定静态IP

docker的资源控制

docker的优化★★★就是资源控制

k8s不需要swap

cgroup的四大功能

资源控制：可以对任务使用的资源总额进行限制

优先级分配：通过分配的cpu时间片数量以及磁盘IO带宽大小，来控制任务运行的优先级

资源统计：可以统计系统的资源使用量；cpu使用时长，内存使用量等

任务控制：cgroup可以对任务执行挂起、恢复等操作

1.CPU资源控制

1）设置CPU使用率上限

使用 --cpu-period 设置调度周期，使用 --cpu-quota 设置每个周期内容器能使用的CPU时间

docker run -itd --name test1 centos:7 /bin/bash

cd /sys/fs/cgroup/cpu/docker/一长串

cat cpu.cfs_quota_us        周期内使用时长；默认为-1，表示不限制；当设置为50000时，表示使用50%

cat cpu.cfs_period_us        调度周期；默认为100000

进行CPU压力测试

docker exec -it test1 /bin/bash

#编写压力测试脚本

vim /opt/cpu.sh

#!/bin/bash

i=0

while true

do

let i++

done

#赋权并执行

chmod +x /opt/cpu.sh

/opt/cpu.sh

#查看cpu资源占用

top

#设置50%的比例分配CPU使用时间上限

创建容器并设置限额

docker run -itd --name test2 --cpu-quota 50000 centos:7 /bin/bash

或者直接修改原容器的cpu.cfs_quota_us文件

echo 50000 > cpu.cfs_quota_us

然后进入容器，创建压力测试脚本，赋权并执行

2）设置CPU资源占用比（设置多个容器时才有效）

创建容器时，使用 --cpu-shares 指定容器cpu份额；默认值为1024，最好使用1024的倍数

设置c1、c2容器，并使两个容器的cpu资源占比为1：2

docker run -itd --cpu-shares 512 centos:7

docker run -itd --cpu-shares 1024 centos:7

压力测试

分别进入容器，安装epel-release和stress服务

#产生4个进程去不停的计算随机数的平方根

stress -c 4

查看容器运行状态

docker stats

3）设置容器绑定指定的CPU

将虚拟机设置为4核4G

然后通过docker命令只启用1，3内核

docker run -itd --name test3 --cpuset-cpus 1,3 centos:7

压力测试

进入test3容器，安装epel-release 和 stress 

通过stress -c 4 进行测试

再开一个页面，执行top命令，再按 1 查看CPU使用情况

2.对内存使用的限制

1）内存使用上限（硬限制）

2）内存+swap 使用上限（硬限制）；

        比如swap 1g 必须设置物理内存；例：200M 1G-200M=800M

#限制 class1容器只能使用512的内存

docker run -itd --name class1 -m 512m centos:7 /bin/bsh

#限制 class2容器只能使用300Mb内存，swap空间为700Mb

docker run -itd --name test2 -m 300m --memory-swap 1g centos:7 /bin/bash

3.对于I/O读写限制

--device-read-bps：限制读速度，单位：Kb、Mb、或Gb

--device-write-bps：限制写速度，单位：Kb、Mb、或Gb

--device-read-iops：限制读次数，单位：Kb、Mb、或Gb

--device-write-iops：限制写次数，单位：Kb、Mb、或Gb

#创建容器并限制写速度为1Mb

docker run -it --name monor --device-write-bps /dev/sda:1MB centos:7 /bin/bash

#通过dd 来验证写速度

dd if=/dev/zero of=test.out bs=1M count=10 oflag=direct

df -h        查看磁盘使用情况

和

du -h         查看当前目录下所有文件的大小

du -sh *