微服务架构Docker,K8S,KVM,Hypervisor和微服务有什么区别联系吗?

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DDD的挑战

首先，领域驱动设计需要一定的学习成本，而且学习曲线陡峭，在团队中如果不能接受新的设计理念，那么实施起来一定困难重重。

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其次，领域驱动设计需要领域专家持续不断地参与项目，而领域专家多来自客户方，客户方能配合和参与项目团队的设计与讨论的领域专家并不多。最后，领域驱动设计与传统的系统设计思路大不相同，项目团队在适应新的思维方式的同时，还需要考虑许多设计活动，如需要投入时间和精力在沟通与建立统一语言等事情上。

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不过，尽管DDD会面临诸多挑战，仍然建议学习和尝试这一设计方法，领域驱动设计可以使开发人员表达出更加丰富的业务需求，将软件转换为更加富有业务价值的功能，一旦我们采用了DDD的设计并成功应用后，就会习惯并再也离不开它。

Docker和K8s

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◎ 虚拟化技术

◎ Docker容器化

◎ 学习使用Docker

◎ 容器编排

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◎ 云商的支持

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提到微服务，首先想到的是服务小、职责小，如果是一个庞大复杂的系统，我们必然会建立很多的微服务，而且服务都可以水平扩展。在一些大型的互联网企业，服务的数量可能是成百上千的，如何去部署和管理这些服务成了一个难题，一旦发布新的版本，又该如何去更新？所以，Docker容器化、K8s容器编排等技术逐渐登上了舞台。

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下面介绍微服务架构下部署和维护服务的方式。

虚拟化技术

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在以往的软件项目中，我们会使用虚拟化的技术来实现服务的部署和发布。虚拟化（Virtualization）是一种资源管理技术，将计算机的各种实体资源，如CPU、网络、内存及硬盘空间等，予以抽象、转换后呈现出来并可供分割、组合为一个或多个计算机配置环境，使用户可以通过比原本的组态更好的方式来应用这些资源。这些资源的新虚拟部分不受现有资源的架设方式、地域或物理组态所限制。一般所指的虚拟化资源包括计算能力和资料存储，虚拟技术按抽象层次可以分为5个层次：硬件抽象层次、指令集架构抽象层次、操作系统抽象层次、库抽象层次、应用抽象层次。

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抽象程度由硬件到应用逐渐递增，通常我们将计算机硬件虚拟分割成一个或多个虚拟机（Virtual Machine，VM），然后将服务和页面都部署在各个虚拟机上，并提供多用户对大型计算机的同时交互、访问，可以算作硬件抽象层次，通过纵向地扩展虚拟机的配置，或者横向地扩展虚拟机的个数，更加容易增加系统的负载量。

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但传统的虚拟化技术正在遭受到重大挑战，随着微服务的兴起，在笨重的虚拟机上部署应用无法满足我们的需求。笔者曾有一个微服务项目，这是一个庞大且运营了很多年的产品，要完整地运行一个项目需要上百个不同的服务。一般需要20～30个虚拟机，每次新部署一套产品上线，需要花费大量的人力进行虚拟机配置、网络调试、基础环境搭建。例如，数据库的安装部署、服务配置和部署、系统测试等工作，加上虚拟机的调试和启动速度不够理想，每次完整地部署这套产品，哪怕只是测试环境，都需要两周，如果换一个不熟悉系统的人，完成一次新产品的部署工作几乎不可能。

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如今网络信息化技术飞速发展，市场对企业响应速度的要求也越来越高，很多时候一旦慢人一步，很可能带来无法挽回的失败。那么，有没有一项技术可以替代虚拟机技术，加快响应速度，让应用更加便捷、快速部署呢？

容器化技术诞生了，Docker是当前最流行的一款容器技术，从原理上，Docker并没有采用与虚拟机一样的虚拟化技术，并不会对硬件进行虚拟化。它是直接基于Linux的内核，对文件系统、网络、进程等进行封装和隔离，由硬件虚拟化上升到了操作系统抽象层次的虚拟化技术，所以Docker更加轻量、快速、便捷。

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Docker容器化

在软件技术与架构飞速发展时，业界逐渐认识到虚拟机技术既浪费资源，又无法满足业务上的需求，因此容器化技术诞生了，并迅速流行起来。什么是容器化？它与传统的虚拟化相比有什么优势呢？

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Docker的概念

Docker是目前最流行的容器化的软件和平台，可以在如macOS、Windows和Linux等环境中运行，借用官网上的一句话，Docker容器化解锁你的开发和运维的潜力。Docker可以将软件打包成标准化单元：容器，用于开发、迁移和部署。Docker通过创建简单的工具和通用打包方法，将容器内的所有应用程序依赖关系捆绑在一起，并使容器化应用程序能够在任何基础架构上一致地运行，为开发人员和运营团队解决依赖性问题，减少了“我的电脑是好的呀”声音出现。

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那么，Docker是如何做到的？由前面章节我们知道，Docker是一款容器技术，是存在着系统抽象层次的虚拟化技术。我们可以把Docker的容器想象成一个集装箱，在项目中拥有多个不同的服务或应用程序，技术栈（如开发语言、框架、数据库等）都不相同，但可以将这些服务或应用程序打包到集装箱中，每个集装箱都用相同的方式运行、存储和运输。例如，在没有使用容器时，要运行或部署一个Java Web的应用程序，首先需要安装JDK，然后安装Web服务器，如Tomcat，接着安装数据库，最后需要将Java程序打包，部署到Tomcat中运行起来，这是相当烦琐且容易出错的过程。

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在不同环境中，JDK的版本、Tomcat的版本及数据库的配置等都可能导致程序的运行结果出现差异，当问题发生时，我们很难快速定位是环境问题还是程序问题，这也是为什么程序员都喜欢说“我的电脑是好的呀”。毕竟程序运的环境往往比较复杂，需要很多依赖配置，而程序员的本地环境和程序正式的运的环境差异较大。而Docker可以将这些繁琐的步骤自动化，我们将JDK、Tomcat，甚至是数据库都打包在一起运行，无论是什么环境，我们只需将打包的集装箱进行迁移即可，每个环境运行的程序都完全相同，从而屏蔽复杂的操作和环境的差异。

每个集装箱都提供统一的接口给外部调用者使用，不用的程序都标准化管理起来，并且屏蔽了差异化，为开发和运维提供便利。例如，有的程序需要启动Tomcat，或者启动MySQL，或者启动Nginx，那么作为运维人员，要根据不同的技术或工具编写不同的操作脚本，运行startup，或者运行start，不同的程序指令层出不穷，这在大规模环境部署时非常痛苦，需要反复修改脚本文件，但我们需要的操作都有规律，如启动、停止、重启和日志等，Docker就提供一系列的操作接口，运维人员只需操作集装箱即可，不需要关注集装箱内部的运行细节。

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最后，集装箱还有隔离的特性，每个集装箱都相互独立，集装箱内部的运行互不影响。例如，我们可以在一个容器内使用JDK1.8，同时在另一个容器内使用JDK1.7，两个容器相互独立，这也更加契合微服务的思想。

Docker提供社区版和企业版两个版本，社区版永久免费，并且内核与企业版完全相同，企业版将容器技术扩展到容器平台，提供企业级容器平台，提供安全和治理等企业级更高级的功能实现。社区版目前完全可以运用于生产环境，不过在大规模的场景下还需要一些（如Kubernetes等）容器编排系统来配合使用。

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容器的概念

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在介绍Docker时可以看出，容器是Docker的核心技术，那么什么是容器？容器是一个标准的软件单元，它将代码及其所有依赖关系打包，以便应用程序从一个计算环境快速可靠地运行到另一个计算环境。Docker通过容器镜像（Docker Image）将包含运行应用程序所需的一切：代码、运行时、系统工具、系统库和设置，构建成一个轻量级、可独立执行的软件包，而容器镜像在运行时成为容器，无论基础架构如何，容器化软件都将始终运行在相同的配置环境中，容器将软件与其环境隔离开来，并确保它可以统一工作。容器和虚拟机具有类似的资源隔离和分配优势，但功能不同，因为容器是虚拟化操作系统而不是硬件，并且容器更便携、高效。容器的运行依赖于容器runtime，containerd是一个行业标准的容器runtime，利用了runc，创建时强调简单性、健壮性和便携性。而containerd也是Docker Engine的核心容器运行时。

图8.1所示为Docker Engine的结构，Docker Engine主要包括Server、REST API和Client 3个部分。Server是一种长时间运行的程序，称为Docker守护进程；REST API则可以用来与守护进程通信并指示它做什么接口；Client是一个命令行接口（CLI）的客户端，CLI使用Docker REST API通过脚本或直接CLI命令控制Docker守护进程或与之交互，Docker对象包括图像（Image）、容器（Container）、网络（Network）和volumes。在Docker Engine上运行的Docker容器拥有以下3个特性。

（1）标准：Docker为容器创建了行业标准，因此它们可以随处携带。

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（2）轻量级：容器共享机器的操作系统内核，因此不需要每个应用程序的操作系统，从而提高服务器效率并降低服务器和许可成本。

（3）安全：应用程序在容器中更安全，Docker提供业界最强大的默认隔离功能。

Docker使用客户端-服务器架构。Docker客户端与Docker服务器（守护进程）进行通信，服务器负责构建、运行和分发Docker容器。Docker客户端和服务器可以在同一系统上运行，也可以将Docker客户端连接到远程Docker服务器。Docker客户端和服务器使用REST API，并通过UNIX Socket或网络接口进行通信。同时，Docker还提供了镜像仓库的机制，方便我们将构建好的镜像存储在镜像仓库中，快速地进行传输和部署，如图8.2所示。

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学习使用Docker

使用容器可以更快地构建和部署新应用程序，Docker容器将软件及其依赖关系整合到一个标准化的软件开发单元中，包括运行所需的一切：代码、运行时、系统工具和库。这可以保证应用程序始终运行在相同的环境下，并使协作变得像共享容器映像一样简单。

下面为大家介绍Docker具体的使用方法。

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Docker的安装方法

Docker的安装十分简单，且对各平台都很友好。在macOS和Windows中都有相应的安装包，可以一键安装。Docker有社区版和企业版两个版本，下面以社区版为例来介绍Docker具体的使用方式。

首先，需要下载Docker的安装文件，可以在Docker Hub上找到各自平台的安装包 。以 macOS 为 例，双击下载的安装文件 ：

Docker.dmg （ Windows 版 本 的 文 件 名 为 Docker for Windows Installer.exe ） ， 然 后 在 出 现 的 窗 口 中 将 Docker.app 拖入Applications文件夹即可，如图8.3所示。

安装好后可以通过双击Docker.app来启动Docker。默认随系统一起启动，然后在快速访问工具栏中看见Docker的图标，单击Docker的图标可以打开快捷菜单，如图8.4所示。

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图 8.4 中 第一行会显示 Docker 的状态， “Docker Desktopisrunning”表示Docker目前正在运行，打开命令行工具输入如下指令。

docker -v

如果安装成功，就会得到如下结果。

Docker version 18.09.0, build 4d60db4

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如果想要查看Docker完整的版本信息，可以输入以下指令。

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docker version

可以得到具体的Docker的Client和Server的详细信息，结果如下。

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详细的安装教程可以在Docker的官网上找到。

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构建Docker镜像

如果说容器是Docker的核心，镜像就是核心的基础，正如之前所提到的，镜像在Docker Engine上运行时成为容器，无论基础架构如何，容器化软件都将始终运行在相同的环境中，容器将软件与其环境隔离开来，并确保它可以统一的工作，镜像是根文件系统更改的有序集合，它通常包含堆叠在彼此顶部的分层文件系统的并集，没有状态，而且永远不会改变。

如何使用Docker镜像？一般在项目中，我们会搭建私有的Docker镜像仓库，或者使用云厂商提供的镜像仓库来存储项目中构建的镜像。当然，Docker也提供了公共的镜像仓库，可以把镜像仓库理解为我们在使用Gradle或Maven时的repository，这里使用Docker默认公网的镜像仓库来体验一下Docker镜像的用法。

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Docker官方提供了一个简单的镜像来让我们体验，镜像名为hello-world，打开命令行工具，输入如下指令，从镜像仓库拉取hello-world的镜像。

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docker pull hello-world

可以看到如下运行结果。

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通过运行的输出结果可以看出，这里下载了一个新的镜像helloworld:latest，Docker的镜像有tag的概念，tag就好比镜像的版本号，通过指定具体的tag来下载相应版本。例如，我们想要指定下载镜像a的v1.0.0版本，输入“docker pull a:v1.0.0”。这里拉取的hello-world并没有指定具体 的tag，Docker使用默认 的“tag：latest”的镜像进行下载。下载完成后，我们可以通过如下指令查询已经下载的镜像。

docker images

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显示结果如下。

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下载完成后，我们可以通过docker run来运行镜像，指令如下。

docker run hello-world

如果显示结果如下，说明已经成功运行了一个Docker镜像。

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当然，镜像也可以删除，指令如下。

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docker rmi hello-world

得到结果如下。

Error response from daemon: conflict: unable to remove repository reference "hello-world"(must force)- container f8064c37e60d is using its referenced image fce289c99cb9

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以上代码说明镜像有引用它的容器存在，还不能删除，并且告诉了我们容器的ID，所以可以先删除容器，指令如下。

docker rm f8064e37e60d

成功删除容器后，再执行删除镜像的指令，得到结果如下。

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说明镜像已经成功被删除，那么一个镜像又是如何产生的？

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Docker通过从Dockerfile的方式来定义所有命令，在构建镜像时从文本文件（Dockerfile）中读取指令来自动构建镜像Dockerfile遵循特定的格式和指令集，每层都代表一个Dockerfile指令，这些层是堆叠的，每层都是前一层变化的增量，且会按顺序构建给定镜像。下面是一个Dockerfile的例子。

这里解释得比较模糊，下面以一个真实的项目为例来构建并运行一个镜像。例如，一个Spring Boot的工程项目，我们快速创建一个Spring Boot的Web，然后添加一个hello world的接口，代码如下。

由上述代码可知，这里提供了一个接口，URL是“/hello”，然后返回“World”的字符串，如果我们使用的是Gradle，编译之后在项目根目录的build/libs文件夹下产生一个jar包，即项目本身的最终产物，包名为

docker-test-webapp-0.0.1-SNAPSHOT.jar，然后通过Java指令运行这个jar包，指令如下。 ) \3 U8 ~) F# o) V4 o; E+ a

java -jar build/libs/docker-test-webapp-0.0.1-SNAPSHOT.jar

我们可以将指令写在一个Shell文件中，在项目根目录创建名为run.sh的文件，并添加启动指令，这里稍作修改，让指令可以估计指定名称的关键字自动寻找jar包，内容如下。

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需要给run.sh配置权限，指令如下。

chmod 755 run.sh

接下来就可以编写Dockerfile文件，首先来分析一下，我们的目的很简单，就是要将项目构建成镜像并运行，传统的方式会使用shell脚本来运行编译好的jar包，运行jar包需要在Java环境下执行，也就是jre或jdk；其次需要shell脚本来运行jar包，所以镜像中还应该包含shell脚本和jar包两个文件；最后需要在容器运行时执行shell脚本，接下来在项目的根目录下新建一个名为Dockerfile的文件，并添加如下内容。

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指令的意思很明显，首先FROM来构建基础镜像，也就是以openjdk的镜像作为基础镜像，这样就有了jdk的运行环境，然后在COPY，复制我们的jar包和shell脚本到指定的目录，这里是/app目录，最后通过CMD指令，即在容器运行时运行shell脚本run.sh。

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构建之前还需要运行Gradle的编译指令生成jar包，指令如下。

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-./gradlew clean build

下面来试一下，运行如下指令来构建镜像。

docker build -t docker-test-webapp:001 .

“.”表示从当前目录读取Dockerfile文件来构建镜像，设置镜像的名称为docker-test webapp，tag是001，如果得到结果如下就说明构建成功了。

通过输出可以清楚地看出这里按照顺序执行了4步操作，与我们定义在Dockerfile中的一致，然后通过之前提过的docker image指令来查看本地镜像，结果如下。

可以看到，在本地的镜像仓库中，已经存在了一个名为dockertest-webapp且tag为001的镜像，当然，在构建镜像之前不要忘记执行“./gradlew clean build”来构建好jar包，不然在构建镜像时会报错“找不到文件”。

这里只是列举了一些常用的指令来帮助大家理解Docker镜像的用法，详细的Dockerfile的指令还有很多。例如，通过ENV来设置环境变量，通过EXPOSE来设置容器在运行时侦听指定的网络端口，通过ADD指令复制文件、目录或远程文件，并将它们添加到镜像的文件系统中。此外，还有ENTRYPOINT、VOLUME和USER等指令，具体用法由于篇幅关系不再列举，可以在Docker的官网上找到详细的介绍。

本文给大家讲解的内容是DDD的挑战；

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