Docker in Docker（DinD）原理与实战

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一、引言

1、Docker简介

Docker是一个开源的应用容器引擎，它允许开发者将应用程序及其依赖项打包到一个可移植的镜像中，然后发布到任何流行的Linux或Windows操作系统的机器上。Docker的核心功能包括快速迭代应用程序、简化开发生命周期、提高应用程序的可移植性、易于构建和协作等。

Docker容器的启动速度非常快，通常只需要几秒钟，这对于快速开发和部署应用程序非常有利。同时，Docker还提供了轻量级的虚拟化，使得容器可以在任何机器上运行，无需担心操作系统的差异和依赖项的问题。

Docker的架构包括Docker客户端、Docker守护进程、Docker镜像和Docker容器等组成部分。Docker客户端是用户与Docker进行交互的接口，Docker守护进程则是Docker的核心组件，负责管理和运行容器。Docker镜像是应用程序及其依赖项的打包文件，而Docker容器则是镜像的运行实例。

Docker的应用范围非常广泛，包括快速搭建开发环境、将运行环境和配置放在代码中并部署、使用docker-compose来模拟生产环境、进行自动测试以及使用Docker镜像进行自我部署等。Docker的轻量级特性和可移植性使得它成为云原生开发和持续集成/持续部署（CI/CD）的理想选择。

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2、Docker in Docker（DinD）的概念

Docker in Docker（简称DinD）是一种容器化技术，它指的是在一个Docker容器内部运行另一个Docker实例。具体来说，这种技术允许在一个Docker容器中安装Docker引擎，并通过将宿主机上的Docker套接字（socket）挂载到这个容器中，使得在容器中运行的Docker可以与宿主机上的Docker进行通信。这样，DinD容器就具备了和宿主机一样的Docker环境，可以创建、启动、停止和管理其他Docker容器。

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二、Docker基础

1、Docker容器技术的基本原理

Docker容器技术的基本原理涉及到几个核心概念，包括容器、镜像、命名空间、控制组等。

以下是Docker容器技术的基本原理：

1. 容器：容器是一个独立、轻量级的运行环境，它包含了应用程序及其依赖项。容器提供了一种虚拟化的解决方案，可以将应用程序和其依赖项打包到一个可移植的单元中，并在任何环境中运行，而不需要进行额外的配置。
2. 镜像：镜像是一个只读的模板，用于创建容器。镜像包含了运行应用程序所需的所有文件和依赖项，包括代码、运行时、系统工具、库等。用户可以基于现有的镜像构建自定义镜像，并在其上添加额外的功能或配置。
3. 命名空间：命名空间是Linux内核提供的一种机制，用于隔离进程间的资源。Docker利用命名空间来为每个容器提供独立的运行环境，包括文件系统、网络、进程等。这样，每个容器都可以运行在独立的命名空间中，互不干扰。
4. 控制组：控制组（cgroups）是Linux内核提供的另一种机制，用于限制和管理进程的资源使用。Docker利用控制组来为每个容器分配和管理资源，包括CPU、内存、磁盘等。这样，可以确保容器之间的资源互相隔离，防止资源争用和崩溃。
5. Docker引擎：Docker引擎是一个开源的容器运行时，负责创建、管理和运行Docker容器。它包括了Docker守护进程（Docker daemon）和Docker客户端（Docker client）。Docker守护进程负责管理容器的生命周期，包括创建、启动、停止和删除容器，而Docker客户端则用于与守护进程进行通信，并发送命令来管理容器。

总的来说，Docker容器技术的基本原理涉及到利用Linux内核提供的命名空间和控制组机制，通过镜像来创建容器，并使用Docker引擎来管理容器的生命周期。这种技术提供了一种轻量级、便捷和可移植的方式来构建、交付和运行应用程序。

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2、Docker镜像、容器与仓库的概念与关系

Docker镜像、容器和仓库是Docker中的三个核心概念，它们之间有着密切的关系，但又各自承担不同的角色。

以下是它们的概念和关系：

1. Docker镜像：

• 镜像是Docker容器的基础。它是一个只读的模板，包含了运行容器所需的所有文件和依赖项，如代码、运行时、系统工具、库等。
• 镜像是一个静态的文件，一旦创建就不会被修改。如果需要对镜像进行修改，通常是通过在其基础上创建新的镜像，而不是直接修改现有的镜像。
• Docker镜像是由Dockerfile定义的，Dockerfile是一个文本文件，包含了一系列指令，用于描述如何构建镜像。

2. Docker容器：

• 容器是由Docker镜像创建的运行实例。它是一个独立、轻量级的运行环境，包含了镜像中的文件和依赖项，并且可以独立运行在一个隔离的环境中。
• 容器是一个动态的实体，可以创建、启动、停止、删除等操作。每个容器都有自己的文件系统、网络、进程等资源，与宿主系统和其他容器隔离开来。

3. Docker仓库：

• 仓库是用于存储和共享Docker镜像的地方。它可以是公共的或私有的，可以托管在本地服务器或云端。
• Docker Hub是一个广为人知的公共Docker仓库，其中包含了大量的官方和社区维护的镜像，用户可以在其中查找、下载和分享镜像。
• 除了Docker Hub之外，还可以通过搭建私有仓库来管理和共享自己的镜像，如Docker Registry和Harbor等。

关系：

• Docker镜像是容器的基础，每个容器都是基于一个镜像创建的。
• Docker仓库用于存储和共享Docker镜像，用户可以从仓库中获取镜像，并将自己的镜像推送到仓库中供他人使用。
• 在使用Docker时，通常会从仓库中获取镜像，然后基于这些镜像创建容器运行应用程序。

三、Docker in Docker（DinD）原理

1、DinD的定义与目的

定义：

• DinD（Docker in Docker）是一种在Docker容器内部运行另一个Docker守护进程和客户端的技术。它的主要目的是在容器化的环境中进一步封装和复用Docker操作，为开发、测试和部署等环节提供便利。
• DinD通过在一个Docker容器中安装Docker引擎，并挂载宿主机上的Docker套接字（socket），使得在容器中运行的Docker客户端可以与宿主机上的Docker守护进程进行通信。这样，DinD容器就具备了和宿主机一样的Docker环境，可以创建、启动、停止和管理其他Docker容器。

目的：

• DinD的主要应用场景包括在持续集成/持续部署（CI/CD）管道中构建和测试Docker镜像，以及在开发环境中模拟生产环境进行应用程序的部署和测试。通过使用DinD，开发者可以在一个隔离的环境中构建和测试Docker镜像，而无需担心对宿主机或其他容器的影响。

  

2、DinD的工作原理：嵌套虚拟化与容器内运行Docker守护进程

DinD（Docker in Docker）的工作原理基于嵌套虚拟化和在容器内运行Docker守护进程两个核心概念。

嵌套虚拟化：

• 嵌套虚拟化允许在一个虚拟机内部运行另一个虚拟机。在Docker的上下文中，这意味着在一个Docker容器内部运行另一个Docker守护进程，从而模拟出一个完整的Docker环境。嵌套虚拟化在Docker中通过特权模式（privileged mode）和Docker守护进程的嵌套运行来实现。
• 特权模式使得Docker容器能够以几乎等同于宿主机的能力运行，从而可以访问到宿主机上的硬件资源，包括CPU、内存、磁盘和网络设备等。这为在容器内部运行另一个Docker守护进程提供了必要的权限。

容器内运行Docker守护进程：

• 在DinD配置中，一个特殊的Docker容器（通常使用Docker官方提供的dind镜像）被创建并运行。这个容器内部不仅包含了普通的应用程序，还包含了完整的Docker守护进程（dockerd）。这个Docker守护进程负责管理容器内部的Docker镜像、容器和网络，就像在任何标准的宿主机上运行的Docker一样。
• 为了实现容器内部Docker守护进程与宿主机Docker守护进程的通信，通常需要将宿主机的Docker套接字（通常位于/var/run/docker.sock）通过挂载（mount）的方式绑定到容器内部。这样，容器内的Docker客户端就可以通过套接字与宿主机上的Docker守护进程进行交互，从而创建、管理其他Docker容器。

通过这种方式，DinD在Docker容器内部创建了一个独立的Docker环境，实现了更深层次的容器化技术应用。这使得开发者可以在一个隔离的环境中快速创建、测试和部署应用程序，同时保持与生产环境的一致性。

3、DinD的优势

1. 灵活性：DinD允许在一个Docker容器中创建和管理其他Docker容器，这为开发者提供了一个灵活多变的容器化环境。这种灵活性使得开发者能够快速创建、销毁、配置和管理容器，从而加速开发、测试和部署过程。
2. 隔离性：每个DinD容器都运行在独立的环境中，彼此之间互不干扰。这种隔离性确保了容器之间的安全性和稳定性，防止了容器之间的相互影响。这对于需要保持环境一致性和稳定性的应用程序来说尤为重要。
3. 可扩展性：DinD可以根据需要动态创建和销毁容器，从而实现了应用程序的弹性扩展。当负载增加时，可以自动增加容器的数量以应对更高的需求；当负载减少时，可以自动减少容器的数量以节省资源。这种可扩展性使得应用程序能够灵活地适应各种负载情况。
4. 加速CI/CD流程：在持续集成和持续部署（CI/CD）流程中，DinD可以加快构建和部署的速度。通过预拉取所需的Docker镜像并在容器内部运行Docker守护进程，可以避免在容器启动时需要从远程仓库下载镜像的延迟，从而提高了CI/CD流程的整体效率。
5. 离线部署能力：在没有网络连接或网络不稳定的情况下，DinD可以保证应用程序的正常运行并提供稳定的服务。通过提前拉取所需的Docker镜像并在容器内部运行Docker守护进程，即使在没有网络连接的情况下也可以创建和运行容器。这为离线环境中的应用程序部署提供了便利。

四、DinD实践

1、宿主机的Docker安装与配置

在Linux机器上安装Docker。如果还未安装Docker，请参考《在CentOS系统中轻松安装和配置Docker指南》这篇文章

2、编写Dockerfile

[root@localhost ~]# vim Dockerfile 
# 使用一个带有Docker二进制文件的镜像作为基础镜像
FROM docker:20.10.16-dind

# 设置一些基本的环境变量，可以根据需要调整
ENV DOCKER_HOST unix:///var/run/docker.sock

# 设置工作目录（可选）
WORKDIR /app

# 安装额外的工具或复制必要的文件（如有需要）
# RUN apt-get update && apt-get install -y some-tool
# COPY . /app

# 设置启动命令，这里示例中仅启动Docker守护进程
# 实际使用时可能需要根据情况调整，比如运行特定的命令或应用
CMD ["dockerd-entrypoint.sh"]

构建Docker镜像

[root@localhost ~]# docker build -t my-dind-image:v1  .

查看镜像

[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY      TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
my-dind-image   v1        7ee5691859ab   13 minutes ago   312MB

3、运行Docker容器

[root@localhost ~]# docker run -itd --privileged --name my-dind-container -p 80:80  my-dind-image:v1

• docker run：运行一个新的容器。
• -itd：这三个选项结合使用表示在后台以交互方式运行容器。-i表示以交互模式运行容器，-t表示为容器分配一个伪终端（pseudo-TTY），-d表示以后台（detached）模式运行容器。
• --privileged：授予容器内部的进程特权，使其能够执行一些需要特权的操作，例如访问宿主系统的硬件设备。
• --name my-dind-container：指定容器的名称为 my-dind-container。
• -p 80:80：将容器的端口80映射到宿主系统的端口80。这个选项可以让容器内的应用程序通过宿主系统的端口80对外提供服务。
• my-dind-image:v1：要运行的容器镜像的名称和版本号。

4、在Docker容器内运行一个新Docker容器

进入到刚刚创建的容器内部

[root@localhost ~]# docker exec -it my-dind-container /bin/sh

拉取一个镜像，这里以nginx为例

/app # docker pull nginx

运行一个新的Docker容器，使用刚刚拉取的镜像

/app # docker run -itd --name nginx -p 80:80 docker.io/library/nginx:latest

查看新容器状态

/app # docker ps

5、访问测试

在浏览器输入宿主机IP加80端口，如果能访问到nginx，则Docker inDocker成功

💕💕💕每一次的分享都是一次成长的旅程，感谢您的陪伴和关注。希望这些关于Docker的文章能陪伴您走过技术的一段旅程，共同见证成长和进步！😺😺😺

🧨🧨🧨让我们一起在技术的海洋中探索前行，共同书写美好的未来！！！