Docker - Construcción de imágenes básicas

Hola de nuevo, hasta ahora hemos explorado muchas funcionalidades de Docker y en todos los casos, hemos trabajado con un elemento común, la imagen del software con el que queremos construir nuestro contenedor.

En un post anterior ya vimos de manera muy simple que es una imagen, pero ya llega el momento de preguntarnos ¿cómo puedo construir las mías?

Como ya vimos, el repositorio de imágenes oficial de Docker contiene muchísimas imágenes que podemos usar libremente para montar nuestros servicios, con lo que puede que en muchos casos no necesitemos construir nuestras imágenes, pero algunos motivos para querer construirlas son:

• Por seguridad, si queremos saber que es lo que hay exactamente dentro de la imagen que estamos usando.
• Uso de una versión de software distinta a la de las imágenes disponibles.
• Nuestro servicio utiliza aplicaciones que son un desarrollo interno.
• Para activar ciertas funcionalidades o módulos de la aplicación no disponibles en las imágenes publicadas.

Estos son algunos de los motivos que se me ocurren, pero estoy seguro que hay muchos más que en cada caso, harán necesario que construyamos nuestras propias imágenes.

Antes de empezar, vamos a enumerar las recomendaciones fundamentales a tener en cuenta:

• Idealmente un contenedor debería ejecutar solamente un proceso, por tanto debemos hacer imágenes que solo contengan todo lo necesario para ejecutar dicho proceso.
• No debemos añadir software adicional sin necesidad. Por ejemplo, si nuestro contenedor no va a conectarse con otros sistemas por ssh, no es necesario incluir dicho comando ni las librerias necesarias.

Siguiendo las recomendaciones anteriores, conseguiremos imágenes muy ligeras que contendrán solo lo necesario para nuestro servicio.

Con todo esto en mente, vamos a construir una imagen base sobre la cual añadiremos software adicional.

Voy a seguir un método de construcción de imágenes totalmente manual, en el cual voy a comenzar creando un chroot que luego usaré para construir la imagen. Este método puede ser un poco lento, pero es automatizable mediante scripts muy simples y una vez creada la imagen, será rapidamente reproducible.

Por la relación entre un chroot y los contenedores, esta forma de construcción nos permite entender mejor como funcionan ambos y aprender un poco mejor como funciona un sistema Linux. Para empezar, vamos a crear una estructura de directorios en la que vamos copiar nuestra shell preferida, junto con las bibliotecas de las que depende para su correcto funcionamiento. Para esto y durante todo el procedimiento, usaremos el comando ldd con el cual comprobaremos las bibliotecas dinámicas de las que depende un binario y que necesitaremos copiar a nuestro chroot.

Empezamos creando una estructura de directorios y copiando unos cuantos comandos, entre ellos nuestra shell preferida (la imagen siguiente está resumida):

Creación de un chroot básico.

Con esto tenemos una shell básica y solamente los comandos cd y ls. Ahora, para probar nuestro chroot y comprobar si nos falta alguna biblioteca solo necesitamos ejecutar el comando chroot especificando la ruta donde tenemos nuestro contexto de construcción:

Prueba de nuestro contexto de construcción mediante chroot.

Tenemos un entorno muy básico en el cual solo disponemos de dos comandos, el comando cd y el comando ls. Como necesitaremos más comandos, siempre teniendo en cuenta que debemos hacer una imagen base sencilla y solo con lo que vayamos a necesitar, tendremos que copiarlos a las rutas correspondientes, así como las bibliotecas necesarias para el correcto funcionamiento de los mismos. Tras añadir todos los comandos que vayamos a necesitar, el entorno de construcción que vamos a usar queda del siguiente modo:

Entorno de construcción básico definitivo.

Una vez que tenemos nuestro entorno chroot básico y hemos comprobado que los comandos que hemos copiado funcionan, podemos construir nuestra primera imagen base, a partir de la cual construiremos imágenes más complejas.

Para poder construir una imagen, necesitamos decirle a docker que es lo que vamos a añadir a la misma y cual va a ser el primer comando que se va a ejecutar dentro de la imagen cuando creemos un contenedor. Para esto, necesitamos crear un fichero de configuración dockerfile que contiene las instrucciones necesarias para el subcomando build de docker. En el caso de nuestra imagen base, el contenido de nuestro dockerfile será tan simple como:

Dockerfile para imagen base.

Como vemos, este fichero de texto contiene tres instrucciones solamentecada una de las cuales indica a docker lo siguiente:

• FROM scratch. La directiva FROM indica cual es la imagen padre a partir de la cual vamos a construir la nuestra. En nuestro caso, al tratarse de una imagen base, no usaremos  ninguna otra imagen como origen.
• ADD ./base_image /. Con esta directiva indicamos que el contenido de nuestro directorio base_image debe copiarse al raíz de nuestra imagen.
• ENTRYPOINT ["/bin/bash"]. Con esta directiva le indicamos a docker cual es el comando que debe ejecutarse al arrancar un contenedor basado en esta imagen.

Os recomiendo que consultéis la referencia oficial de Docker sobre los dockerfile aqui ya que, además de explicarlo mucho mejor que yo, os darán información sobre muchas otras directivas a utilizar para construir imágenes.

Con nuestro dockerfile ya listo, solo necesitamos ejecutar el comando docker build como se mustra a continuación:

Construcción de la imagen base.

Como podemos ver el comando es muy simple y solo necesitamos indicarle la ruta y nombre de nuestro dockerfile, el tag o nombre de nuestra imagen y la ruta a nuestro contexto de construcción. Ahora, al consultar las imágenes disponibles en el repositorio local de imágenes, podemos ver nuestra imagen lista para usarse:

Nuestra nueva imagen base lista para usarse.

Ya solo tenemos que crear un contenedor con nuestra imagen y comprobar que todo funciona correctamente:

Contenedor a partir de imagen base.

Teniendo en cuenta el tipo de imagen que hemos construido y que nuestro ENTRYPOINT apunta a una shell, es importante tener en cuenta que si no creamos un contenedor interactivo este se parará inmediatamente tras ejecutar dicha shell.

Con lo expuesto hasta aquí, ya podemos construir una imagen base, a partir de la cual generaremos imágenes más complejas incluyendo más software.

En las siguientes entradas intentaré crear una imagen con un servidor OpenLDAP a partir de esta y además, veremos opciones de personalización de imágenes, así como la importancia de la directiva ENTRYPOINT y sus alternativas.

Usando Docker de manera práctica - Parte IV

Hola de nuevo, hoy vamos con una nueva entrada dedicada a Docker y como podemos usarlo para crear servicios complejos.

Hasta ahora, en todos los ejemplos que hemos visto, hemos utilizado la potencia de Docker para crear y desplegar de forma rápida servicios simples basados en aplicaciones, como podía ser un servidor web o una base de datos. En alguno de los ejemplos hemos creado servicios un poco más complejos enlazando dos contenedores entre sí, comunicando nuestro servidor web con nuestra base de datos. Las funcionalidades que proporciona Docker lo hacen ideal precisamente para casos como este, en el que nuestro servicio está basado por múltiples aplicaciones individuales que proprocionan un servicio a nuestros clientes.

Con esto último no quiero decir que no se pueda usar en otros casos, los contenedores por sus características nos permiten diseñar múltiples arquitecturas en las que, aunque nuestro servicio sea pequeño y quizás nada complejo, nos puede ser de gran utilidad. Así que, ahora que sabemos un poco más sobre Docker, podemos pensar en usarlo en casos como los siguientes:

• Migración de aplicaciones antiguas y no soportadas a un entorno más moderno. Con Docker podremos crear una imagen con nuestra aplicación y migrarla directamente a un nuevo host o entorno virtual.
• Entornos de pruebas. En aquellos casos en los que necesitamos probar nuevas versiones o funcionalidades de software, pero no queremos instalarlo en nuestras máquinas, si existe la imagen correspondiente podremos crear un contenedor a partir de dicha imagen y realizar todas las pruebas que necesitemos.
• Reducción del número de hosts o entornos virtuales. Si tenemos varios servicios ligeros desplegados en diferentes hosts o entornos virtuales, los cuales no interactuan entre sí, podemos convertirlos en contenedores con sus dependencias y unificarlos todos en un solo servidor, ya sea físico o virtual simplificando así nuestra infraestructura.

Estos ejemplos son casos sencillos pero las aplicaciones son innumerables y dependerán del entorno en el cual nos encontremos y sobre todo, de nuestras necesidades. En un post posterior intentaré desarrollar un poco más todo esto con ejemplos.

Ahora, siguiendo con la idea de servicios formados por diferentes aplicaciones que se comunican entre sí vamos a investigar Docker Compose o compose a partir de este punto, que nos permite definir un servicio a partir de todos sus componentes y lanzarlo con un solo comando.

Compose es una herramienta que, a partir de la definición de un servicio nos permite lanzarlo y gestionarlo de forma sencilla, olvidándonos así de los contenedores individuales y centrándonos en la imagen completa del servicio que queremos proporcionar así como las interacciones entre los contenedores que lo forman.

Para empezar lo primero es instalar el comando docker-compose, ya que por defecto puede no estar incluido en la instalación de Docker. Siguiendo las instrucciones de instalación dadas en https://docs.docker.com/compose/install/ instalamos compose en nuestro sistema.

Si ejecutamos compose sin argumentos, veremos que nos devuelve una ayuda muy similar a la que nos devuelve el comando docker que hemos venido utilizando hasta ahora:

Salida del comando docker-compose.

Como vemos, con compose podemos realizar muchas tareas que en apariencia son similares a las que realizamos con el comando docker estándar. La verdadera diferencia es que compose usará un fichero de definición de servicio, el cual contendrá la descripción de los contenedores que definen el servicio así como la relación existente entre ellos.

Para describir o declarar un servicio crearemos un fichero YAML en el cual estableceremos de forma muy simple los elementos que forman el servicio y la relación entre los mismos. Como creo que con un ejemplo quedará mucho más claro, vamos a repetir nuestro ejemplo de servidor web enlazado con una base de datos mariaDB del post anterior. En aquel caso nuestro servicio era un servidor web en el cual suponemos que corre un servicio que necesita consultar una base de datos externa, dada por otro contenedor que ejecuta una base de datos mariaDB. Lo que entonces hicimos  podemos describirlo con YAML del siguiente modo:

Definición en YAML de un servicio web simple.

Analizando el fichero es fácil ver como mediante YAML hemos definido cada uno de nuestros contenedores, un servidor web basado en Apache y una base de datos basada en mariaDB y cual es la relación entre ambos contenedores.

Con este fichero, con solo ejecutar el comando docker-compose especificando cual es nuestro ficheo de definición, arrancaremos el servicio formado por nuestros dos contenedores:

Lanzando un servicio con docker-compose.

Si comprobamos que contenedores hay corriendo, pero usamos docker-compose, la salida es la siguiente:

Contenedores en ejecución de un servicio.

Podemos ver de forma sencilla los contenedores que forman el servicio, su estado, los puertos que tienen publicados así como el comando ejecutado en la imagen.

Para controlar nuestro servicio usaremos diferentes subcomandos de compose, los cuales me permitirán parar el servicio, inspeccionar los logs de los contenedores, etc...

Mostrando los logs de un contenedor miembro del servicio.

Parando un contenedor miembro del servicio.

Arrancando un contenedor miembro del servicio.

Parando un servicio de forma completa.

Eliminando completamente un servicio.

Por tanto, compose nos permite controlar nuesros servicios, así como los contenedores que lo forman, de una manera muy similar a como lo hacíamos con el comando docker.

Un punto muy importante que debemos tener en cuenta al usar compose es que el comando siempre busca el fichero de definición del servicio, el cual por defecto es docker-compose.yml, con lo que si nuestro fichero de definición se llama de otra manera, tendremos que especificarlo con la opción -f. Para ahorrarnos esto en todos nuestros comandos, un enlace simbólico nos permitirá especificarlo y además tener nosmbres más descriptivos en nuestros fichero YAML. 

Debe quedar claro que un ejemplo tan sencillo como este no permite apreciar la potencia que proporciona compose. Para desarrollarlo un poco más, en el próximo post, intentaré complicar esto un poco más y estudiar más funcionalidades de compose.

Usando Docker de manera práctica - Parte III

Hola de nuevo, en el último post de esta serie hablamos un poco del acceso a la red de los contenedores y de como conseguir permanencia de datos usando volúmenes.

En este post vamos a profundizar un poco más en las caraterísticas de red de los contenedores para poder comunicarlos entre ellos, además de explorar otras opciones y subcomandos para su uso con nuestros contenedores.

Para entender un poco más como funciona el subsistema de red asociado a Docker, vamos a ver que configuración de red tenemos en nuestro sistema de pruebas.

Interfaz virtual docker0.

Como vemos, hay un interfaz de red con una dirección IP asociada al demonio Docker la cual está relacionada con la red de cada uno de los contenedores que creamos, así como ya hicimos en un post anterior, si comprobamos la dirección IP de nuestros contenedores veremos algo como lo siguiente:

Interfaz de red de un contenedor.

Nuestro contenedor webserver dispone de un interfaz en la misma red que el interfaz virtual docker0 de nuestro host. Como es lógico, cualquier nuevo contenedor con acceso a la red tendrá un interfaz con un direccionamiento similar, por ejemplo:

Red usada por interfaces de red en contenedores Docker.

Y estas interfaces de red ¿como se relacionan con nuestro host?, pues comprobando de nuevo el estado de la red con dos contenedores corriendo vemos que han aparecido dos nuevas interfaces de red virtuales y lo que es más importante, que se ha creado un bridge:

Interfaces de red virtuales en el host ejecutando Docker.

Bridge creado en el host ejecutando Docker.

Sin entrar en mucho detalle sobre lo que es un bridge, está claro que el funcionamiento básico de Docekr con la red, consiste en crear un bridge en el host al cual se conectan los interfaces de red de todos nuestros contenedores. Como ya vimos, gracias a esto, los contenedores que creamos tienen acceso al exterior por defecto pero no se puede acceder a ellos desde el exterior de nuestro host.

Al tratarse de un bridge, los contenedores tendrán acceso por red entre ellos pero con ese direccionamiento la pregunta obvia es, ¿como fijamos que puedan comunicarse correctamente entre ellos si no podemos asegurar su direccionamiento?

Para esto disponemos de una opción que nos permitirá enlazar un contenedor con otro ya existente en el momento de su creación. Básicamente lo que hacemos es crear un contenedor y enlazarlo con otro que ya se encuentra corriendo en nuestro host. Como siempre, para entenderlo mejor, supongamos que vamos crear un servicio web formado por un servidor de base de datos, por ejemplo una base de datos MariaDB, un servidor web Apache y una estación de gestión de la base de datos.

Con esta descripción de nuestro servicio, lo primero que debemos pensar es que vamos a necesitar tres contenedores y que tanto nuestro servidor web como nuestra estación de gestión de la base de datos, dependerán del contenedor en el que se ejecute el motor de base de datos. Con este pequeño análisis ya hemos determinado un orden de arranque, por tanto primero creamos nuestro contenedor de base de datos:

Creamos un contenedor con una base de datos.

Si comprobamos si nuestro contenedor con el motor de base de datos está corriendo, nos daremos cuenta que no es así:

Error en el arranque del contenedor webDB.

En estos casos, para poder comprobar que ha sucedido y porque no ha arrancado correctamente, podemos usar el subcomando logs para que nos muestre el contenido de STDERR del contenedor y así poder determinar la causa del problema. En el caso de un contenedor MariaDB tenemos el siguiente mensaje:

Salida de logs de un contenedor MySQL.

Este mensaje nos indica que para poder inicializar correctamente la base de datos, es necesario que le proporcionemos la password de root a través de alguna de las variables de entorno que indica en la salida, pero ¿como podemos pasarle variables de entorno a un contenedor? Para esto solo necesitamos usar la opción -e cuando creamos nuestro contenedor. Por tanto, si ahora volvemos a crear el contenedor de base de datos y especificamos la password de root como nos indica el log, tendremos lo siguiente:

Creación de contenedor MariaDB con variables de entorno.

Ya tenemos el primer contenedor de nuestro servicio web, ahora ya podemos crear los otros dos contenedores en el orden que queramos ya que solo dependen de este. Para crear el servidor web que realizará consultas a la base de datos ejecutaremos el sigueinte comando, en el cual ya establecemos el enlace entre ambos:

Creación de un contenedor enlazado con otro.

Como podemos ver en el comando hemos especificado la opción --link webDB:DB con lo que estamos diciendo que hay un enlace con el contenedor llamado webDB y el alias del mismo lo llamamos DB. La pregunta es, ¿como se establece esta relación entre ambos contenedores? ¿donde se guarda la información de este enalce? lo que sucede al usar esta opción es que Docker modifica el fichero /etc/hosts del contenedor webserver2 que acabamos de crear y añade uan entrada como la siguiente:

Fichero /etc/hosts del contendor Apache dependiente de base de datos.

De este modo, cuando desarrollemos nuestra aplciación web, cualquier operación que realicemos a la base de datos en el host DB, se realizará sobre el contenedor con la base de datos MySQL.

Ahora creamos un contenedor que usaremos para administrar la base de datos de forma remota, así que por ejemplo podemos crear un contenedor a partir de una imagen de CentOS, instalar el cliente de mariaDB y conectarnos a nuestra base de datos:

Contenedor para administrar la base de datos.

Con el cliente de administración de base de datos instalado en este contenedor, podremos conectarnos a la base de datos corriendo en el contenedor webDB y administrar la base de datos:

Conexión del contenedor de administración con el contenedor de base de datos.

Por tanto vemos que gracias a la opción --link usada en el momento de crear los contenedores, podemos enlazar unos con otros de manera muy sencilla y solventar así el problema que puede suponer la asignación dinámica de direcciones IP a los contenedores para la creación de nuestros servicios.

Como es lógico, estas configuraciones crean relaciones de dependencia entre los contenedores que provocan que, si intentamos arrancar un contenedor que se enlaza con otro que está parado, recibiremos un error como el siguiente:

Error arrancando un contenedor enlazado a uno parado.

Es muy importante entender esta funcionalidad dentro del concepto de creación de servicios complejos, en los cuales varios contenedores relacionados entre sí nos permitirán proporcionar un servicio el cual se definirá a partir de los elementos que lo forman. Para esto usaremos otras herramientas de Docker como docker-compose, lo cual veremos más adelante.

Hasta aquí hemos ampliado un poco más el uso de la red y hemos visto como enlazar contenedores entre sí para crear servicios un poco más complejos, en las siguientes entradas ampliaremos más la idea de servicio y como crearlos.