使用 Docker 在 Linux 上托管 ASP.NET Core 应用程序

说在前面

在阅读本文之前,您必须对 Docker 的中涉及的基本概念以及常见命令有一定了解,本文侧重实战,不会对相关概念详述。

同时请确保您本地开发机器已完成如下安装:

注:本文实验环境是 Ubuntu 18.04 LTS。如果您的机器是 Window,也可以把 Docker 装在虚拟机或服务器上。

创建演示项目

开始之前要先准备一个需要 Docker 容器化的 ASP.NET Core 应用程序,用于下面的操作演示。这里我用 .NET Core CLI 快速搭建一个全新的 Web API 项目。

启动 VS Code,打开集成终端,输入如下命令:

dotnet new webapi -o TodoApi
code -r TodoApi

以上便创建了一个名为TodoApi的 Web API 样板项目。

打开集成终端,输入dotnet run命令编译运行程序,然后打开浏览器跳转到 URL http://localhost:5000/api/values,如正常返回如下 JSON 数据,说明应用程序本地成功运行。

["value1","value2"]

现在让我们更进一步,在 Docker 中构建并运行该应用程序。

创建 Dockerfile 文件

Dockerfile 是一个文本文件,其用来定义单个容器的内容和启动行为,按顺序包含构建镜像所需的所有指令。Docker 会通过读取 Dockerfile 中的指令自动构建镜像。

在项目TodoApi根目录中,创建一个名为Dockerfile的文件,并粘贴以下内容:

FROM microsoft/dotnet:2.2-sdk AS build-env
WORKDIR /app

# Copy csproj and restore as distinct layers
COPY *.csproj ./
RUN dotnet restore

# Copy everything else and build
COPY . ./
RUN dotnet publish -c Release -o out

# Build runtime image
FROM microsoft/dotnet:2.2-aspnetcore-runtime
WORKDIR /app
COPY --from=build-env /app/out .
ENTRYPOINT ["dotnet", "TodoApi.dll"]
  • FROM指令必须放在第一位,用于初始化镜像,为后面的指令设置基础镜像。
  • WORKDIR 指令为其他指令设置工作目录,如果不存在,则会创建该目录。
  • COPY指令会从源路径复制新文件或目录,并将它们添加到路径目标容器的文件系统中。
  • RUN指令可以在当前镜像之上的新 中执行任何命令并提交结果,生成的已提交镜像将用于 Dockerfile 中的下一步。
  • ENTRYPOINT指令支持以可执行文件的形式运行容器。

有关 Dockerfile 中指令用法的更多信息请参阅 Dockerfile reference

同时,为了避免构建项目中的一些调试生成文件,可以在项目文件夹中新增.dockerignore文件,并粘贴如下内容:

bin\
obj\

构建应用容器镜像

在项目TodoApi根目录中,打开集成终端,执行如下命令构建容器镜像:

docker build -t todoapi .

-t参数用来指定镜像的名字及标签,通常是name:tag或者name格式。本例todoapi便是我们给镜像起的名字,没有设置标签即使用默认标签latest

如命令执行成功,终端会有类似如下输出:

$ docker build -t todoapi .
Sending build context to Docker daemon  1.137MB
Step 1/10 : FROM microsoft/dotnet:2.2-sdk AS build-env
2.2-sdk: Pulling from microsoft/dotnet
e79bb959ec00: Pull complete 
d4b7902036fe: Pull complete 
1b2a72d4e030: Pull complete 
d54db43011fd: Pull complete 
b3ae1535ac68: Pull complete 
f04cf82b07ad: Pull complete 
6f91a9d92092: Pull complete 
Digest: sha256:c443ff79311dde76cb1acf625ae47581da45aad4fd66f84ab6ebf418016cc008
Status: Downloaded newer image for microsoft/dotnet:2.2-sdk
 ---> e268893be733
Step 2/10 : WORKDIR /app
 ---> Running in c7f62130f331
Removing intermediate container c7f62130f331
 ---> e8b6a73d3d84
Step 3/10 : COPY *.csproj ./
 ---> cfa03afa6003
Step 4/10 : RUN dotnet restore
 ---> Running in d96a9b89e4a9
  Restore completed in 924.67 ms for /app/TodoApi.csproj.
Removing intermediate container d96a9b89e4a9
 ---> 14d5d32d40b6
Step 5/10 : COPY . ./
 ---> b1242ea0b0b8
Step 6/10 : RUN dotnet publish -c Release -o out
 ---> Running in 37c8eb07c86e
Microsoft (R) Build Engine version 16.0.450+ga8dc7f1d34 for .NET Core
Copyright (C) Microsoft Corporation. All rights reserved.

  Restore completed in 663.74 ms for /app/TodoApi.csproj.
  TodoApi -> /app/bin/Release/netcoreapp2.2/TodoApi.dll
  TodoApi -> /app/out/
Removing intermediate container 37c8eb07c86e
 ---> 6238f4c1cf07
Step 7/10 : FROM microsoft/dotnet:2.2-aspnetcore-runtime
2.2-aspnetcore-runtime: Pulling from microsoft/dotnet
27833a3ba0a5: Pull complete 
25dbf7dc93e5: Pull complete 
0ed9cb15d3b8: Pull complete 
874ea13b7488: Pull complete 
Digest: sha256:ffd756d34bb0f976ba5586f6c88597765405af8014ae51b34811992b46ba40e8
Status: Downloaded newer image for microsoft/dotnet:2.2-aspnetcore-runtime
 ---> cb2dd04458bc
Step 8/10 : WORKDIR /app
 ---> Running in b0a3826d346b
Removing intermediate container b0a3826d346b
 ---> 4218db4cc2f5
Step 9/10 : COPY --from=build-env /app/out .
 ---> 765168aa2c7a
Step 10/10 : ENTRYPOINT ["dotnet", "TodoApi.dll"]
 ---> Running in f93bcaf5591f
Removing intermediate container f93bcaf5591f
 ---> 046226f5e9cb
Successfully built 046226f5e9cb
Successfully tagged todoapi:latest

如果您的机器是第一次构建,速度可能会有些慢,因为要从 Docker Hub 上拉取应用依赖的dotnet-sdkaspnetcore-runtime基础镜像。

构建完成后,我们可以通过docker images命令确认本地镜像仓库是否存在我们构建的镜像todoapi

REPOSITORY           TAG                      IMAGE ID            CREATED             SIZE
todoapi              latest                   c92a82f0efaa        19 hours ago        260MB
microsoft/dotnet     2.2-sdk                  5e09f77009fa        26 hours ago        1.74GB
microsoft/dotnet     2.2-aspnetcore-runtime   08ed21b5758c        26 hours ago        260MB
...

运行应用容器

容器镜像构建完成后,就可以使用docker run命令运行容器了,有关该命令参数的更多信息请参阅 Reference - docker run

开发环境下,通常会通过docker run --rm -it命令运行应用容器,具体命令如下:

docker run --rm -it -p 5000:80 todoapi
  • -it参数表示以交互模式运行容器并为容器重新分配一个伪输入终端,方便查看输出调试程序。
  • --rm参数表示将会在容器退出后自动删除当前容器,开发模式下常用参数。
  • -p参数表示会将本地计算机上的5000端口映射到容器中的默认80端口,端口映射的关系为host:container
  • todoapi便是我们要启动的本地镜像名称。

如命令执行成功,终端会有类似如下输出:

$ docker run -it --rm -p 5000:80 todoapi
warn: Microsoft.AspNetCore.DataProtection.KeyManagement.XmlKeyManager[35]
      No XML encryptor configured. Key {1a78d899-738b-4aea-a7d6-777302933f38} may be persisted to storage in unencrypted form.
Hosting environment: Production
Content root path: /app
Now listening on: http://[::]:80
Application started. Press Ctrl+C to shut down.

生产环境下,通常会通过docker run -d命令运行应用容器,具体命令如下:

docker run -d --restart=always --name myapp -p 5000:80 todoapi
  • -d参数表示会将容器作为服务启动,不需要终端交互。
  • --name参数用来指定容器名称,本例指定容器名称为myapp
  • --restart是一个面向生产环境的参数,用来指定容器非正常退出时的重启策略,本例always表示始终重新启动容器,其他可选策略请参考 Restart policies (--restart)

如命令执行成功,终端会有类似如下输出:

$ docker run -d --restart=always --name myapp -p 5000:80 todoapi
e3d747d9d2b4cd14b2acb24f81bea9312f89c4eb689dba5f6559950c91db1600

容器启动后,在 Web 浏览器中再次访问http://localhost:5000/api/values,应该会和本地测试一样返回如下 JSON 数据:

["value1","value2"]

至此,我们的 ASP.NET Core 应用就成功运行在 Docker 容器中了。

多容器应用部署

目前我们创建的演示项目TodoApi过于简单,真实的生产项目肯定会涉及更多其他的依赖。例如:关系数据库 Mysql、文档数据库 MongoDB、分布式缓存 Redis、消息队列 RabbitMQ 等各种服务。

还有就是,生产环境我们一般不会将 ASP.NET Core 应用程序的宿主服务器 Kestrel 直接暴露给用户,通常是在前面加一个反向代理服务 Nginx。

这些依赖服务还要像传统部署方式那样,一个一个单独配置部署吗?不用的,因为它们本身也是可以被容器化的,所以我们只要考虑如何把各个相互依赖的容器联系到一起,这就涉及到容器编排,而 Docker Compose 正是用来解决这一问题的,最终可以实现多容器应用的一键部署。

Docker Compose 是一个用于定义和运行多容器的 Docker 工具。其使用YAML文件来配置应用程序的服务,最终您只要使用一个命令就可以从配置中创建并启动所有服务。

安装 Docker Compose

Linux 系统下的安装过程大致分为以下几步:

Step1:运行如下命令下载 Compose 最新稳定版本,截止发稿前最新版本为1.24.0

sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/1.24.0/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose

Step2:对下载完成的二进制程序添加可执行权限。

sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

Step3:测试安装是否成功。

$ docker-compose --version
docker-compose version 1.24.0, build 0aa59064

若您在安装过程中遇到问题,或是其他系统安装请参阅 Install Docker Compose

改造演示项目

现在来改造一下我们的演示项目TodoApi,添加 Redis 分布式缓存、使用 Nginx 做反向代理,准备构建一个具如下图所示架构的多容器应用。

TodoApi项目根目录下,打开集成终端,输入如下命令新增 Redis 依赖包。

dotnet add package Microsoft.Extensions.Caching.StackExchangeRedis --version 2.2.0

修改应用启动配置文件Startup.cs中的ConfigureServices方法:

// This method gets called by the runtime. Use this method to add services to the container.
public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddStackExchangeRedisCache(options =>
    {
        options.Configuration = Configuration.GetConnectionString("Redis");
    });

    services.AddHttpContextAccessor();

    services.AddMvc().SetCompatibilityVersion(CompatibilityVersion.Version_2_2);
}

TodoApi项目Controllers目录下新建控制器HelloController,具体代码如下所示:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Microsoft.Extensions.Caching.Distributed;

namespace TodoApi.Controllers
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
using Microsoft.Extensions.Caching.Distributed;

namespace TodoApi.Controllers
{
    [Route("api/[controller]")]
    [ApiController]
    public class HelloController : ControllerBase
    {
        private readonly IDistributedCache _distributedCache;
        private readonly IHttpContextAccessor _httpContextAccessor;

        public HelloController(
            IDistributedCache distributedCache,
            IHttpContextAccessor httpContextAccessor)
        {
            _distributedCache = distributedCache;
            _httpContextAccessor = httpContextAccessor;
        }

        [HttpGet]
        public ActionResult<string> Get()
        {
            var connection = _httpContextAccessor.HttpContext.Connection;
            var ipv4 = connection.LocalIpAddress.MapToIPv4().ToString();
            var message = $"Hello from Docker Container:{ipv4}";

            return message;
        }

        [HttpGet("{name}")]
        public ActionResult<string> Get(string name)
        {
            var defaultKey = $"hello:{name}";
            _distributedCache.SetString(defaultKey, $"Hello {name} form Redis");
            var message = _distributedCache.GetString(defaultKey);

            return message;
        }
    }
}

以上控制器,提供了两个接口/api/hello/api/hello/{name},分别用来测试 Nginx 负载均衡和 Redis 的联通性。

创建 docker-compose.yml

准备工作就绪,下面我们就可以使用 Docker Compose 来编排容器。

同样是在TodoApi项目根目录中,创建一个名为docker-compose.yml的文件,并粘贴以下内容:

version: "3.7"
services:
  myproject-todoapi-1:
    container_name: my-todoapi-1
    build:
      context: .
      dockerfile: Dockerfile
    restart: always
    ports:
      - "5001:80"
    volumes:
      - ./appsettings.json:/app/appsettings.json

  myproject-todoapi-2:
    container_name: my-todoapi-2
    build:
      context: .
      dockerfile: Dockerfile
    restart: always
    ports:
      - "5002:80"
    volumes:
      - ./appsettings.json:/app/appsettings.json

  myproject-todoapi-3:
    container_name: my-todoapi-3
    build:
      context: .
      dockerfile: Dockerfile
    restart: always
    ports:
      - "5003:80"
    volumes:
      - ./appsettings.json:/app/appsettings.json
      
  myproject-nginx:
    container_name: my-nginx
    image: nginx
    restart: always
    ports:
      - "80:80"
    volumes:
      - ./conf/nginx.conf:/etc/nginx/conf.d/default.conf

  myproject-redis:
    container_name: my-redis
    image: redis
    restart: always
    ports:
      - "6379:80"
    volumes:
      - ./conf/redis.conf:/etc/redis/redis.conf

其中version 用来指定 Compose 文件版本号,3.7是目前最新版本,具体哪些版本对应哪些特定的 Docker 引擎版本请参阅 Compose file versions and upgrading

Compose 中强化了服务的概念,简单地理解就是, 服务是一种用于生产环境的容器。一个多容器 Docker 应用由若干个服务组成,如上文件即定义了 5 个服务

  • 3 个应用服务myproject-todoapi-1myproject-todoapi-2myproject-todoapi-3
  • 1 个 Nginx 服务myproject-reverse-proxy
  • 1 个 Redis 服务myproject-redis

以上 5 个服务的配置参数相差无几、也很简单,我就不展开叙述,不清楚的可以参阅 Compose file reference

这里只讲一个配置参数volumes

我们知道,容器中的文件在宿主机上存在形式复杂,修改文件需要先通过如下命令进入容器后操作。

docker exec -it <CONTAINER ID/NAMES> /bin/bash

容器一旦删除,其内部配置以及产生的数据也会丢失。

为了解决这些问题,Docker 引入了数据卷 volumes 机制。即 Compose 中 volumes 参数用来将宿主机的某个目录或文件映射挂载到 Docker 容器内部的对应的目录或文件,通常被用来灵活挂载配置文件或持久化容器产生的数据。

创建相关配置文件

接下来,需要根据如上docker-compose.yml文件中涉及的volumes配置创建三个配置文件。要知道,它们最终是需要被注入到 Docker 容器中的

首先,在TodoApi项目根目录中,创建三个应用服务myproject-todoapi-*需要的程序配置文件appsettings.json,具体内容如下:

"ConnectionStrings": {
  "Redis": "myproject-redis:6379,password=todoapi@2019"
},

以上配置,指定了 Redis 服务myproject-redis的连接字符串,其中myproject-redis可以看到是 Redis 服务的服务名称,当该配置文件注入到 Docker 容器中后,会自动解析为容器内部 IP,同时考虑到 Redis 服务的安全性,为其指定了密码,即password=todoapi@2019

然后,在TodoApi项目根目录中创建一个子目录conf,用来存放 Nginx 和 Redis 的配置文件。

mkdir conf && cd conf

先来创建 Redis 服务myproject-redis的配置文件。

可以通过如下命令,下载一个 Redis 官方提供的标准配置文件redis.conf

wget http://download.redis.io/redis-stable/redis.conf

然后打开下载后的redis.conf文件,找到SECURITY节点,根据如上应用服务的 Redis 连接字符串信息,启用并改下密码:

requirepass todoapi@2019

再来创建 Nginx 服务myproject-nginx的配置文件。

conf目录中,创建一个名为nginx.conf的配置文件,并粘贴如下内容:

upstream todoapi {
    server myproject-todoapi-1:80;
    server myproject-todoapi-2:80;
    server myproject-todoapi-3:80;
}
server {
    listen 80;
    location / {
        proxy_pass http://todoapi;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    }
}

以上配置,是一个 Nginx 中具备负载均衡的代理配置,其默认采用轮循策略将请求转发给 Docker 服务myproject-todoapi-1myproject-todoapi-2myproject-todoapi-3

运行并测试多容器应用

经过以上几个小节,容器编排的过程就完成了,接下来就可以直接定义并启动我们创建的多容器应用实例了。

切换到docker-compose.yml文件所在的目录,也就是TodoApi项目的根目录,执行如下命令:

docker-compose up -d

如命令执行成功,终端最后会有类似如下输出:

......
Creating my-todoapi-1 ... done
Creating my-redis     ... done
Creating my-todoapi-3 ... done
Creating my-nginx     ... done
Creating my-todoapi-2 ... done

至此,我们的多容器应用就已经在运行了,可以通过docker-compose ps命令来确认下。

$ docker-compose ps
    Name                  Command               State               Ports
--------------------------------------------------------------------------------------
my-nginx       nginx -g daemon off;             Up      0.0.0.0:80->80/tcp
my-redis       docker-entrypoint.sh redis ...   Up      6379/tcp, 0.0.0.0:6379->80/tcp
my-todoapi-1   dotnet TodoApi.dll               Up      0.0.0.0:5001->80/tcp
my-todoapi-2   dotnet TodoApi.dll               Up      0.0.0.0:5002->80/tcp
my-todoapi-3   dotnet TodoApi.dll               Up      0.0.0.0:5003->80/tcp

可以通过连续三次请求/api/hello接口测试应用的负载均衡。

curl http://localhost/api/hello
curl http://localhost/api/hello
curl http://localhost/api/hello

// Output:

Hello from Docker Container:172.30.0.2
Hello from Docker Container:172.30.0.4
Hello from Docker Container:172.30.0.5

三个应用服务分别部署在不同容器中,所以理论上来讲,他们的容器内部 IP 也是不同的,所以/api/hello接口每次输出信息不会相同。

请求/api/hello/{name}接口测试 Redis 服务连通性。

curl http://localhost/api/hello/esofar

// Output:

Hello esofar form Redis

小结

本文从零构建了一个 ASP.NET Core 应用,并通过 Docker 部署,然后由浅入深,引入 Docker Compose 演示了多容器应用的部署过程。通过本文的实战您可以更深入地了解 Docker。本文涉及的代码已托管到以下地址,您在实验过程中遇到问题可以参考。

https://github.com/esofar/dockerize-aspnetcore-samples

Docker 命令附录

$ docker --help

Usage:  docker [OPTIONS] COMMAND

A self-sufficient runtime for containers

Options:
      --config string      Location of client config files (default "/root/.docker")
  -D, --debug              Enable debug mode
  -H, --host list          Daemon socket(s) to connect to
  -l, --log-level string   Set the logging level ("debug"|"info"|"warn"|"error"|"fatal") (default "info")
      --tls                Use TLS; implied by --tlsverify
      --tlscacert string   Trust certs signed only by this CA (default "/root/.docker/ca.pem")
      --tlscert string     Path to TLS certificate file (default "/root/.docker/cert.pem")
      --tlskey string      Path to TLS key file (default "/root/.docker/key.pem")
      --tlsverify          Use TLS and verify the remote
  -v, --version            Print version information and quit

Management Commands:
  builder     Manage builds
  config      Manage Docker configs
  container   Manage containers
  engine      Manage the docker engine
  image       Manage images
  network     Manage networks
  node        Manage Swarm nodes
  plugin      Manage plugins
  secret      Manage Docker secrets
  service     Manage services
  stack       Manage Docker stacks
  swarm       Manage Swarm
  system      Manage Docker
  trust       Manage trust on Docker images
  volume      Manage volumes

Commands:
  attach      Attach local standard input, output, and error streams to a running container
  build       Build an image from a Dockerfile
  commit      Create a new image from a container's changes
  cp          Copy files/folders between a container and the local filesystem
  create      Create a new container
  diff        Inspect changes to files or directories on a container's filesystem
  events      Get real time events from the server
  exec        Run a command in a running container
  export      Export a container's filesystem as a tar archive
  history     Show the history of an image
  images      List images
  import      Import the contents from a tarball to create a filesystem image
  info        Display system-wide information
  inspect     Return low-level information on Docker objects
  kill        Kill one or more running containers
  load        Load an image from a tar archive or STDIN
  login       Log in to a Docker registry
  logout      Log out from a Docker registry
  logs        Fetch the logs of a container
  pause       Pause all processes within one or more containers
  port        List port mappings or a specific mapping for the container
  ps          List containers
  pull        Pull an image or a repository from a registry
  push        Push an image or a repository to a registry
  rename      Rename a container
  restart     Restart one or more containers
  rm          Remove one or more containers
  rmi         Remove one or more images
  run         Run a command in a new container
  save        Save one or more images to a tar archive (streamed to STDOUT by default)
  search      Search the Docker Hub for images
  start       Start one or more stopped containers
  stats       Display a live stream of container(s) resource usage statistics
  stop        Stop one or more running containers
  tag         Create a tag TARGET_IMAGE that refers to SOURCE_IMAGE
  top         Display the running processes of a container
  unpause     Unpause all processes within one or more containers
  update      Update configuration of one or more containers
  version     Show the Docker version information
  wait        Block until one or more containers stop, then print their exit codes

Docker Compose 命令附录

$ docker-compose --help
Define and run multi-container applications with Docker.

Usage:
  docker-compose [-f <arg>...] [options] [COMMAND] [ARGS...]
  docker-compose -h|--help

Options:
  -f, --file FILE             Specify an alternate compose file
                              (default: docker-compose.yml)
  -p, --project-name NAME     Specify an alternate project name
                              (default: directory name)
  --verbose                   Show more output
  --log-level LEVEL           Set log level (DEBUG, INFO, WARNING, ERROR, CRITICAL)
  --no-ansi                   Do not print ANSI control characters
  -v, --version               Print version and exit
  -H, --host HOST             Daemon socket to connect to

  --tls                       Use TLS; implied by --tlsverify
  --tlscacert CA_PATH         Trust certs signed only by this CA
  --tlscert CLIENT_CERT_PATH  Path to TLS certificate file
  --tlskey TLS_KEY_PATH       Path to TLS key file
  --tlsverify                 Use TLS and verify the remote
  --skip-hostname-check       Don't check the daemon's hostname against the
                              name specified in the client certificate
  --project-directory PATH    Specify an alternate working directory
                              (default: the path of the Compose file)
  --compatibility             If set, Compose will attempt to convert keys
                              in v3 files to their non-Swarm equivalent

Commands:
  build              Build or rebuild services
  bundle             Generate a Docker bundle from the Compose file
  config             Validate and view the Compose file
  create             Create services
  down               Stop and remove containers, networks, images, and volumes
  events             Receive real time events from containers
  exec               Execute a command in a running container
  help               Get help on a command
  images             List images
  kill               Kill containers
  logs               View output from containers
  pause              Pause services
  port               Print the public port for a port binding
  ps                 List containers
  pull               Pull service images
  push               Push service images
  restart            Restart services
  rm                 Remove stopped containers
  run                Run a one-off command
  scale              Set number of containers for a service
  start              Start services
  stop               Stop services
  top                Display the running processes
  unpause            Unpause services
  up                 Create and start containers
  version            Show the Docker-Compose version information

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