Docker Tutorial: installazione e funzionamento della piattaforma container

Entrambe le tecniche offrono la possibilità a sviluppatori e amministratori di sistema di impostare diverse applicazioni, ciascuna con diverse requisiti, parallelamente e su uno stesso sistema fisico. Le maggiori differenze si trovano soprattutto nell’utilizzo delle risorse e nella portabilità.

Quando le applicazioni vengono incapsulate all’interno di una virtualizzazione hardware classica, questo avviene per mezzo di un cosiddetto hypervisor, che funziona da livello di astrazione tra il sistema host e i vari sistemi guest virtuali. Ogni sistema guest viene realizzato come macchina completa con un kernel separato. Le risorse hardware del sistema di host (CPU, memoria, spazio sul disco fisso, unità periferiche a disposizione) vengono proporzionalmente assegnate dall’hypervisor.

Con la virtualizzazione basata su container non viene invece riprodotto un sistema guest completo: le applicazioni vengono lanciate all’interno dei container, che condividono lo stesso kernel (quello del sistema ospitante), funzionando tuttavia come processi isolati all’interno dello spazio utente.

Docker è il più popolare progetto software tra quelli che mettono a disposizione degli utenti una tecnologia di virtualizzazione basata su container. La piattaforma open source si basa su tre componenti fondamentali: per eseguire un container gli utenti hanno bisogno solamente di Docker Engine e delle speciali Docker Image, che o fanno riferimento al Docker Hub o possono essere create autonomamente.

Similarmente alle macchine virtuali i Docker Container si basano sulle Image. Una Image è un modello non modificabile che contiene tutte le informazioni necessarie al Docker Engine per creare un container. Come copia portabile di un container una Docker Image viene descritta come un file di testo, si parla anche di Dockerfile. Se un container deve essere lanciato su di un sistema, per prima cosa viene caricato un pacchetto con l’Image corrispettiva, sempre che questa non sia già presente localmente. L’Image caricata mette a disposizione il sistema dati necessario per la durata, assieme a tutti i parametri. Un container in esecuzione può essere considerato come processo in corso di una Image.

Il comando docker build dà istruzione al Docker daemon di creare una Image (linea punteggiata). Per fare ciò deve essere presente un Dockerfile corrispondente. Se invece di essere creata, la Image dovesse essere caricata da un repository nel Docker Hub, allora si utilizza il comando docker pull (linea tratteggiata). Se tramite il docker run al Docker daemon viene assegnato di avviare un container, per prima cosa il programma di background verifica la presenza della Image container corrispondente. Se questo è il caso, il container viene eseguito (linea continua). Invece nel caso in cui il daemon non riesca a trovare l’Image, questo avvia automaticamente un Pulling dal repository.

Mentre inizialmente Docker è stato utilizzato unicamente sulle distribuzioni Linux, l’attuale versione del Container Engine si contraddistingue per il suo ampio grado di indipendenza dalle piattaforme. I pacchetti d’installazione si trovano per Microsoft Windows e macOS così come per i servizi cloud come Amazon Web Services (AWS) e Microsoft Azure. Alle distribuzioni Linux supportate appartengono:

• CentOS
• Debian
• Fedora
• Oracle Linux
• Red Hat Enterprise Linux
• Ubuntu
• openSUSE
• SUSE Linux Enterprise

Inoltre si trovano distribuzioni Docker curate dalle community per:

• Arch Linux
• CRUX Linux
• Gentoo Linux

Qui di seguito vi illustriamo i processi di installazione del Docker Engine, usando l’esempio della popolare distribuzione Linux Ubuntu. Nella documentazione di Docker (in lingua inglese) trovate indicazioni precise per l’installazione su altre piattaforme le trovate nella documentazione di Docker, in lingua inglese.

In base ai requisiti e alle condizioni da soddisfare avete tre diverse possibilità per installare la Piattaforma Container Docker sul vostro sistema Ubuntu:

• Installazione manuale per mezzo del pacchetto DEB

• Installazione dalla Docker Repository

• Installazione dalla Ubuntu Repository

Prima dovete però dare un’occhiata ai requisiti di sistema del Docker Engine.

Per installare l’attuale versione di Docker sulla vostra distribuzione Ubuntu, avete bisogno della variante a 64 bit di una delle seguenti versioni di Ubuntu:

• Yakkety 16.10

• Xenial 16.04 (LTS)

• Trusty 14.04 (LTS)

2. Aggiornare la lista dei pacchetti: per aggiornare l’indice locale dei pacchetti del vostro sistema operativo inserite il seguente comando:

Confermate dunque con il tasto [ENTER].

Una volta inserita la password ed esservi quindi registrati come root-user, Ubuntu inizierà il processo di aggiornamento. All’interno del terminal vi viene mostrato lo stato delle operazioni.

3. Installare i pacchetti aggiuntivi: una volta aggiornate le descrizioni dei pacchetti potete passare all’installazione dei nuovi pacchetti. APT, il gestore dei pacchetti, mette a disposizione il comando apt-get install “PacketName” a questo scopo. Con Trusty 14.04, per caricare i pacchetti aggiuntivi raccomandati dal repository di Ubuntu e installarli sul vostro sistema inserite il seguente comando nel terminal e confermate con [ENTER]:

Una volta scaricati i pacchetti aggiunti per Trusty 14.04, avete a disposizione tutte le funzioni della piattaforma Docker anche per questa versione di Ubuntu.

Nel caso in cui non sappiate quale sia la versione del vostro sistema Ubuntu, o se non siate sicuri di potere disporre dell’architettura a 64 bit necessaria per l’installazione di Docker, potete trovare risposta a queste domande relative alla versione Kernel e all’architettura di sistema grazie a un comando eseguibile sul terminale di Ubuntu:

La versione Ubuntu, il Release così come il nome in codice possono essere rivelati con l’immissione del seguente comando:

A livello teorico Docker può essere scaricato come pacchetto DEB e installato manualmente. Il pacchetto di installazione necessario può essere scaricato al link seguente:

https://apt.dockerproject.org/repo/pool/main/d/docker-engine/

Scaricate il file DEB della versione Ubuntu desiderata e iniziate il processo di installazione con il seguente comando attraverso il terminal Ubuntu:

Il percorso consigliato prevede l’installazione della propria piattaforma container attraverso il repository di Docker. Vi mostriamo come si fa a configurare il sistema in modo che il gestore di pacchetti APT possa accedere al repository di Docker attraverso l’HTTPS.

1. Installare i pacchetti: digitate il seguente comando per installare i pacchetti necessari per l’accesso al repository di Docker:

2. Aggiungere la chiave GPG: aggiungete la chiave GPG ufficiale di Docker

3. Verificare la chiave GPG: assicuratevi che la chiave GPG coincida con il seguente ID: 5811 8E89 F3A9 1289 7C07 0ADB F762 2157 2C52 609D. Utilizzate questo comando:

Nel terminale compare ciò che segue:

4. Configurare il repository di Docker: al fine di assicurare l’accesso al repository di Docker, inserite il seguente comando:

6. L’installazione di Docker dal repository: per caricare il Docker Engine dal repository di Docker e installarlo sul vostro sistema Ubuntu avete due possibilità. Se volete caricare la versione aggiornata del Docker Engine, utilizzate il seguente comando:

La piattaforma container è pronta per essere utilizzata non appena il processo di installazione sarà stato completato. Il Docker daemon si avvia automaticamente. Se prima dell’installazione di Docker era presente sul vostro sistema una versione vecchia della piattaforma container, questa verrà sostituita attraverso il software appena installato.

Non è assolutamente necessario installare sempre e per forza la versione più aggiornata, in alternativa si può optare per una versione meno recente del Docker Engine. Nell’utilizzo per i sistemi produttivi, ad esempio, sono spesso preferite versioni meno recenti ma di comprovata affidabilità.

Con il seguente comando potete ottenere una panoramica delle versioni Docker disponibili per il vostro sistema:

Tale risposta dal terminal è da interpretare come segue: per eseguire il comando docker run hello-world, per prima cosa il Docker daemon controlla i file locali del vostro sistema alla ricerca della container Image corrispondente. Lanciando il container hello-world per la prima volta, la ricerca da parte del daemon non avrà successo. Otterrete infatti la comunicazione “Unable to find Image” (“non è stato possibile trovare l’immagine”).

Se Docker non è in grado di trovare la Image desiderata all’interno del sistema locale, daemon avvia un procedimento di download, chiamato pulling, a partire dal repository di Docker.

Al termine del download ricevete la comunicazione “Downloaded newer Image for hello-world:latest” (“Scaricata nuova Image per hello-world:latest). Dopodiché viene lanciato il container, contenente un semplice script hello-world con il seguente messaggio da parte dello sviluppatore:

Se desiderate avviare, stoppare o riavviare manualmente il Docker Engine dovete comunicarlo a systemd con uno dei seguenti ordini.

Per avviare il daemon attualmente disattivato utilizzate systemctl in combinazione con il comando start:

In alternativa potete registrarvi attraverso il terminale del vostro sistema operativo grazie a docker login. Trovate una descrizione dettagliata del comando da eseguire nella documentazione di Docker.

A livello teorico il Docker Hub è disponibile a tutti gli utenti anche senza account e Docker ID. In questo caso tuttavia sarà possibile caricare esclusivamente Image dai repository pubblici. Un upload (push) delle proprie Image invece non è possibile senza Docker ID.

Con il suo hub, Docker offre anche una piattaforma basata su cloud, tramite la quale è possibile gestire le Image create personalmente e condividerle con i propri gruppi di lavoro. Tali gruppi vengono chiamati organizzazioni nella terminologia di Docker. Esattamente come gli account utente le organizzazioni ottengono ID individuali, attraverso i quali possono scaricare e mettere a disposizione Image. I diritti e i ruoli interni a un’organizzazione possono essere assegnati attraverso “Teams”. Così ad esempio solamente gli utenti con lo stato di “Owners” (proprietari) possono creare nuovi repository, sia privati che pubblici, e assegnare internamente i diritti di accesso.

Anche i gruppi di lavoro vengono creati e gestiti attraverso la dashboard. Ulteriori informazioni sul funzionamento delle organizzazioni e dei team li trovate nella documentazione di Docker.

Inoltre ogni repository di Docker offre un box con le seguenti informazioni:

• Short Description: breve descrizione della risorsa

• Full Description: approfondita descrizione, solitamente contenente anche le indicazioni sul suo utilizzo

• Docker Pull Command: ordine di riga di comando per il download della Image dal repository (pull)

• Owner: informazione relative al produttore del repository

• Comments: sezione alla fine della pagina dedicate ai commenti

Dal box informativo del repository è possibile desumere che whalesay non è altro che una modifica di cosway, script open source in linguaggio Perl. Il programma sviluppato da Tony Monroe nel 1999 genera nella sua forma originale una grafica ASCII in forma di una mucca, che, accompagnata da un messaggio, appare nel terminal dell’utente.

Per scaricare docker/whalesay utilizzate il codice docker pull secondo il seguente schema:

Eseguendo l’Image docker/whalesay lo script fornisce una grafica ASCII con la forma di una balena e un messaggio di testo “boo”, esattamente come accade con il comando cowsay.

Come nella fase di collaudo, inizialmente daemon cerca l’immagine desiderata nell’archivio file locale. Essendo che in questo caso non si trova alcun pacchetto omonimo, viene avviato un Pulling dal repository di Docker. Successivamente daemon fa partire il programma Cowsay modificato. Una volta che questo viene portato a termine il container termina automaticamente.

Esattamente come cowsay, anche whalesay di Docker offre la possibilità di intervenire durante l’esecuzione del programma per influenzare l’output del testo nel terminale. Mettete alla prova questa funzione sostituendo il “boo” del comando standard con una successione di caratteri a vostra scelta – ad esempio con quella che potrebbe corrispondere a una battuta relativa alla balena.

Se non siete sicuri di aver scaricato o meno una determinata Image, potete ottenere una panoramica di tutte le Image sul vostro sistema locale. Per farlo utilizzate la seguente riga di comando:

Avviando un container l’Image che ne sta alla base viene scaricata come copia dal repository e salvata permanentemente sul vostro computer. In questo modo risparmiate tempo nel caso in cui in futuro vi ritroviate a dover riutilizzare quella stessa Image. Un nuovo download viene avviato soltanto se la fonte della Image è cambiata, ad esempio nel repository è disponibile una versione aggiornata.

Il terminal riporta informazioni come il container ID, la Image su cui si basa, il comando dato all’avvio del container, la data di esecuzione e lo status attuale.

Se desiderate che vi siano mostrati solamente i container attualmente in esecuzione sul vostro sistema, utilizzate docker ps senza ulteriori specifiche:

Attualmente non dovrebbe esserci alcun container in esecuzione sul vostro sistema.

Dunque sapete come trovare le Image nel Docker Hub, come scaricarle e come eseguirle sul sistema che preferite, sul quale è stato precedentemente installato il Docker Engine. Con Docker non disponete solamente dell’offerta dell’app, per quanto ampia, del registry: la piattaforma vi offre anche ampie possibilità di creare delle Image vostre e di condividere queste con altri sviluppatori.

Già nei capitoli introduttivi di questo tutorial vi abbiamo illustrato che ogni Docker Image si basa su un cosiddetto Dockerfile. I Dockerfile possono presentarsi come una sorta di istruzioni per il montaggio delle Image. Si tratta di semplici file di testo contenenti tutte le indicazioni delle quali Docker ha bisogno per creare una Image. Nei prossimi passaggi scoprite come scrivere un Dockerfile e come istruire Docker a utilizzarlo come base per la vostra immagine.

1. Creare una nuova directory: Il team di sviluppo di Docker consiglia di creare una nuova directory per ogni file Docker. Con Linux potete creare nuove directory facilmente attraverso il terminal. Utilizzate le seguenti righe di comando per creare una directory con il nome mydockerbuild:

2. Navigare nella nuova directory: utilizzate il comando cd per navigare nella nuova directory.

3. Creare un nuovo file di testo: il terminal vi serve anche per la creazione in totale comodità dei file di testo. A questo scopo utilizzate un editor come Nano o Vim. Create un file di testo con il nome di Dockerfile nella directory mydockerbuild

4. Scrivere un Dockerfile: i file di testo creati servono come modello per le Image create da voi. Invece di programmare l’Image da zero, in questo tutorial utilizziamo la Image demo docker/whalesay come modello di partenza. Questa può essere collegata al vostro Dockerfile per mezzo del comando FROM. Utilizzate il tag :latest per utilizzare l’ultima versione dell’Image.

5. Salvare i file di testo: Salvate sempre le modifiche apportate. Nel caso in cui doveste utilizzare l’editor Nano, utilizzate la combinazione di tasti [CTRL] + [O] e confermate premendo invio [ENTER]. Nano vi informerà che sono state trascritte tre righe nel file selezionato. Chiudete l’editor con la combinazione di tasti [CTRL] + [X].
   
   
6. Creare una Image da un Dockerfile: per creare una Image da un Dockerfile, navigate per prima cosa nella directory in cui avete creato il file di testo. Il primo passo della creazione di una Image è il comando docker build. Se volete rinominare personalmente la Image o dotarla di un tag utilizzate l’opzione -t e successivamente la combinazione di caratteri desiderata e il tag. Il formato standard è name:tag.

Nell’esempio qui riportato deve essere creata una Image con il nome docker-whale:

Il processo build inizia non appena avete confermato il comando premendo il tasto [ENTER]. Per prima cosa il Docker daemon verifica se tutti i dati necessari per la creazione della Image siano presenti o meno. Nella terminologia di Docker questi dati prendono il nome di “Context”. Nel terminale appare il seguente messaggio:

La vostra Image appena creata la potete trovare nella panoramica delle Image localmente archiviate, con il nome di docker-whale.

Per avviare un container dalla Image che avete appena creato, utilizzate il comando sudo docker run in combinazione con il nome della Image:

2. Individuare l’Image ID: individuate l’ID della Image docker whale che avete creato con il comando docker Image.

3. Taggare le Image: taggate la Image docker-whale grazie all’aiuto del comando docker tag, secondo lo schema qui di seguito:

4. Caricare una Image: per caricare una Image dovete innanzitutto registrarvi sul Docker Hub utilizzando il comando docker login.

Se la registrazione è avvenuta con successo utilizzate il comando docker push per caricare la Image nel repository appena creato.

Se desiderate caricare più di una Image per repository, utilizzate diversi tag, così da offrire le vostre Image in diverse versioni. Ad esempio:

Per cancellare le Docker Image locali utilizzate il comando docker rmi in combinazione con il corrispettivo Image ID. Così facendo indicate tale Image come già posseduta attraverso docker Images. Nel caso in cui Docker vi informi di conflitti in corso – ad esempio perché un Image ID viene utilizzato su diversi repository o da un container – potete rafforzare il vostro comando con l’opzione –force (in breve: -f) e forzare così il processo.

Fate sì che vi venga mostrato nuovamente una panoramica di tutte le Image locali:

Nel nostro Docker tutorial vi abbiamo mostrato come l’agile piattaforma container si distingua considerabilmente in alcuni aspetti dalla classica virtualizzazione hardware. Docker punta su container software e aggira così l’overhead di un sistema operativo virtuale guest. I contenitori condividono il kernel di un host comune e, sotto forma di processi isolati all’interno dello spazio utente, creano tutto ciò che è necessario per il runtime di applicazioni. Il risultato è il massimo della portabilità. Con Docker è possibile eseguire uno stesso container software su più piattaforme su diversi sistemi e infrastrutture. I prerequisiti sono unicamente l’installazione del Docker Engine e l’accesso al Docker Hub su cloud.

Quanto in fretta sia possibile riuscire a realizzare una piattaforma container capace di funzionare ve lo abbiamo dimostrato nell’esempio relativo alla popolare distribuzione di Linux, Ubuntu. Avete infatti imparato come fare a installare e impostare Docker con Ubuntu, come scaricare applicazioni sotto forma di Image dal Docker Hub e lanciarle nei container in locale. Ancora avete imparato a scrivere di vostro pugno un Dockerfile, ad utilizzarlo per creare una Image tutta vostra e metterlo a disposizione degli altri utenti Docker attraverso il servizio cloud. Arrivati a questo punto potete dire di aver preso confidenza con le basi della piattaforma container.

Inutile negare che l’universo Docker è ben più ampio di così. Con il tempo il prominente progetto open source si è trasformato in un ecosistema con vita propria. Nel contempo però molti concorrenti hanno proposto soluzioni software alternative. Docker risulta particolarmente interessante per gli amministratori nel caso in cui debbano gestire applicazioni complesse in parallelo su più container su diversi sistemi. In tal caso Docker offre diverse funzioni per l’orchestrazione di un cluster di questo tipo. Se desiderate ottenere maggiori informazioni su questo tema potete leggere l’articolo di approfondimento in merito agli strumenti di Docker Swarm e Compose.