Docker（二）Docker Composer使用（应用服务组装、部署构建、网络连通设置等）

2019/08/02 共 5241 字 17 分钟阅读
DOCKER • OS • PROGRAMMING • SOFTWARE-ENGINEERING dockerfile alpine docker docker-compose

AI 摘要: Docker Compose是一个用于定义和运行多容器Docker应用程序的工具，在隔离环境中运行应用程序并与之交互，这个就是Compose的主要目标。它可用于多应用开发环境、自动化测试环境和单机部署。

Docker三剑客：DockerEngine、DockerCompose、DockerMachine
Compose的英文含义为组成、创作、构成，在隔离环境中运行应用程序并与之交互，这个就是Compose的主要目标

1. Docker Compose概述

1.1. Docker Compose 介绍

Docker Compose是一个用于定义和运行多容器Docker应用程序的工具，在隔离环境中运行应用程序并与之交互，这个就是Compose的主要目标

使用Compose，可以使用YAML文件(docker-compose.yml)来配置应用程序的服务，然后，使用单个命令docker-compose up，可以从配置中创建并启动所有（依赖）服务，比如数据库，队列，高速缓存，Web服务的API，等等。

使用Compose命令行工具，您可以使用单个命令（docker-compose up）为每个依赖项创建和启动一个或多个容器，Compose可以将多页“开发人员入门指南”，简化为单个机器可读的Compose配置文件和一些命令。

使用场景：
- 多应用开发环境
- 自动化测试环境
- 单机部署

1.1.1. Compose特性

单主机上的多环境隔离：基于使用项目名称将环境彼此隔离（单个环境的多个副本、避免CI环境相互干扰、共享主机上面防止同名服务）
应用存储方面，创建容器保留卷数据：容器未删除的话（仅停止），主机卷不会被删除；若容器被删除，在docker volume prune时候，会被移除！
仅重建有变更的容器：缓存用于创建容器的配置，加速容器启动
变量在多环境之间组合：支持环境变量设置和传递变更到容器（extends字段）

1.1.2. Compose功能 - 管理应用程序整个生命周期的命令

服务启动，停止和创建/重建/重新编排
服务运行状态查看
服务的日志流式输出
服务上运行一次性命令

1.1.3. Compose安装

参考：https://docs.docker.com/compose/install/

Mac下的Docker Desktop for Mac已经附带安装了Docker Compose，另外Docker Compose支持远程Docker主机操作

1.2. Compose构建应用流程概述

基于Dockerfile定义应用运行环境
基于docker-compose.yml构建应用程序的服务，以便它们可以在隔离的环境中一起运行。
运行docker-compose up或者compose start运行整个应用

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// 自动化测试环境
$ docker-compose up -d
$ ./run_tests
$ docker-compose down

1.2.1. 准备应用

可以是Go、PHP、Python、JAVA、NodeJS应用

1.2.2. 准备应用环境（Dockerfile)

FROM：镜像
WORKDIR：工作目录
ENV：指定构建过程中使用到的环境变量，注意与docker run的ARG的区别
RUN：执行指定命令，
COPY：复制内容，注意与ADD支持解压区别（COPY语义性更好）
CMD：容器默认命令，可以与ENTRYPOINT配合使用（CMD转为参数了）

参考：https://docs.docker.com/engine/reference/builder/

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FROM python:3.7-alpine
WORKDIR /code
ENV FLASK_APP app.py
ENV FLASK_RUN_HOST 0.0.0.0
RUN apk add --no-cache gcc musl-dev linux-headers
COPY requirements.txt requirements.txt
RUN pip install -r requirements.txt
COPY . .
CMD ["flask", "run"]

1.2.3. 准备服务组装（docker-compose.yml）

此Compose文件定义了两个服务：web和redis。

version：配置版本
services：服务组成
- web：服务名称
- redis
卷定义
单个服务支持：
- 镜像如何build
- 端口映射
- 数据绑定
- 环境变量配置
- 服务依赖

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// docker-compose.yml 示例
version: '3'
services:
  web:
    build: .
    ports:
        - "5000:5000"
    volumes:
        - .:/code
        - logvolume01:/var/log
    environment:
      FLASK_ENV: development
    links:
        - redis
  redis:
    image: redis
volumes:
  logvolume01: {}

1.2.4. 创建并启动应用（docker-compose up)

首次运行会基于拉取Docker镜像或者基于本地Dockerfile构建容器，来创建应用服务：

创建基础网络
拉取两个基础服务的镜像（python、redis）以及创建一个应用镜像（一共3个）
运行应用服务（启动python以及redis容器)
创建数据卷，与web日志中的/var/log绑定（其他方式有文件夹共享、卷、绑定卷）
环境变量设置，将FLASK设定在开发模式下

1.3. Compose命令概述

容器扩容，可以在配置中deploy下的replicas下指定，基于Swarm Mode
不要使用docker-compose scale web=2 worker=3或者docker-compose up --scale web=2 worker=3

1.3.1. 构建、移除、重启、停掉等

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// 创建并启动应用
$ docker-compose up
// 构建启动，Detached mode
$ docker-compose up -d
// 移除
$ docker-compose rm
// 开始、暂停、重启、停止
$ docker-compose start、pause、restart、down
// 停止容器并删除卷
$ docker-compose down --volumes

1.3.2. 容器命令执行

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// 服务运行一次性命令
$ docker-compose run web env
// 获取交互式命令，类似于docker exec
$ docker-compose exec web sh

1.3.3. 镜像推、拉

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// 镜像推、拉
$ docker-compose pull/push
// 捆绑推送
$ docker-compose bundle

1.3.4. 信息查看

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// 进程查看相关
$ docker-compose ps
// 端口
$ docker-compose port
// 日志
$ docker-compose logs
// top
$ docker-compose top

2. docker-compose.yml配置使用

参见：https://docs.docker.com/compose/compose-file/

Tips，使用版本3的Compose堆栈文件来实现多容器应用程序，服务定义和swarm模式，文件扩展名.yml或.yaml扩展名都支持。

docker-compose.yml文件是定义了应用软件的相关服务组成，以及每个组成的服务的各自的容器构建、端口映射、网络、存储卷、部署、服务依赖的YAML文件，等同于：

docker container create
docker network create
docker volume create

由于一些CMD， EXPOSE，VOLUME，ENV指令都已经在Dockerfile中已指定，故无需再在docker-compose.yml再次指定

2.1. 镜像构建上下文、参数设定 - (build)

最直接的，直接使用某个镜像构建服务：

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// 指定镜像
image: webapp:tag

基于目录下的Dockerfile以及相关上下文以及参数构建服务，相关布尔值可以使用true、false、yes、no、off、on来设定（需加括号）：
- 支持上下文
- 支持参数设定
- 支持lables标签设定

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// dir目录
build: ./dir
// 上下文，相对路径的话，相对于Compose文件的位置（也是构建Docker上下文的路径）
build:
  context: ./dir
  args:
    - buildno=1     // 注意在FROM指令前后的差异
    - gitcommithash // 基于环境值设定
  lables:
    - "com.example.description=Accounting webapp"
    - "com.example.department=Finance"
    - "com.example.label-with-empty-value"

资源设定：
- 支持/dev/shm（共享内存）

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build:
  context: .
  shm_size: "2gb"

多阶段构建，指定target阶段名称

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build:
  context: .
  target: prod

2.2. 按服务依赖顺序启停 - (depends_on)

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// 先移动db和redis，在启动web
docker-compose up
// 先停止web，再停止db和redis
docker-compose stop

// compose-file.yml
version: "3.7"
services:
  web:
    build: .
    depends_on:
      - db
      - redis
  redis:
    image: redis
  db:
    image: postgres

更多服务启停依赖，参考：https://docs.docker.com/compose/startup-order/

2.3. 部署和运行服务 - (deploy)

注意：Compose does not support ‘deploy’ configuration - use docker stack deploy to deploy to a swarm

2.3.1. 部署模式、部署更新回滚策略

endpoint_mode：服务发现方式，为客户端连接到群集的外部指定服务发现方法。
- vip: 默认设置，Docker为服务设定VIP，而无需客户端知道有多少节点(dockerd主机)参与服务，这是是默认设置
- dnsrr: 基于DNS服务发现，基于DNS查询到的DNS条目IP，客户端随后挑选其中一个进行连接
labels：针对服务设定的标签(web>deploy>labels);在容器上设定标签，需要提升至服务下级(web>lables)
mode: 设定集群节点的容器部署模式
- global：每个节点一个容器
- replicated：每个节点指定数量(replicas指定）的多个容器（默认模式）
replicas: replicated模式下（默认）应运行的容器数
update_config：配置服务应如何更新，用于配置滚动更新
- delay：一组容器更新等待时间
- failure_action：失败措施（continue|rollback|pause(默认)）
- monitor: 更新后监视时间以检测失败(ns|us|ms|s|m|h)
- max_failure_ratio: 失败率
- order：更新期间的操作顺序（start-first|stop-first(默认))
rollback_config：配置在更新失败的情况下应如何回滚服务

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version: "3.7"
services:
  redis:
    image: redis:alpine
    deploy:
      replicas: 6
      update_config:
        parallelism: 2
        delay: 10s
      restart_policy:
        condition: on-failure

2.3.2. 部署和运行服务资源限定 - (deploy > resources)

示例中，redis服务被限制为使用不超过50M的内存和0.50（单核的50％）可用处理时间（CPU），并且保留20M了内存和0.25CPU时间（始终可用）。

limits：资源使用限制
- cpus
- memory
reservations：保留资源

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version: "3.7"
services:
  redis:
    image: redis:alpine
    deploy:
      resources:
        limits:
          cpus: '0.50'
          memory: 50M
        reservations:
          cpus: '0.25'
          memory: 20M

2.4. 记录容器运行的服务日志 - (logging)

通常可以基于docker run --log-opt指定容器的日志选项。基于docker-compose.yml配置中，可以单独指定相关日志驱动和其选项（比如日志旋转大小，保留日志数量等）

driver驱动类型支持：
- json-file（默认）
- syslog
- none
- journald
options日志选项类型支持

json-file和journald驱动支持docker-compose logs或者docker-compose up

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// 服务容器的日志记录驱动程序
version: "3.7"
services:
  some-service:
    image: some-service
    logging:
      driver: "json-file"
      options:
        max-size: "200k"
        max-file: "10"

2.5. 设置服务网络 - (network)

通常可以基于docker client --network指定容器的网络选项。基于docker-compose.yml配置中，可以单独指定服务的网络

networks - 网络模式：服务的顶层
- bridge
- host
- none
- service:[service name]
- container:[container name/id]
aliases - 网络别名：
- 同网络上面的其他容器或服务，可以基于该网络别名，与别名的容器通信
- Tips：网络范围的别名可以由多个容器共享（无法保证名称解析为确定的哪个容器），甚至可以由多个服务共享（比如共享的代理服务）
app_net - 指定服务的应用网络，包含每个静态地址的子网

2.5.1. 为容器服务指定静态的IP地址

如果需要IPv6寻址，则enable_ipv6必须设置该选项

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version: "3.7"
services:
  app:
    image: nginx:alpine
    networks:
      app_net:
        ipv4_address: 172.16.238.10
        ipv6_address: 2001:3984:3989::10
networks:
  app_net:
    ipam:
      driver: default
      config:
        - subnet: "172.16.238.0/24"
        - subnet: "2001:3984:3989::/64"

2.5.2. 顶级networks键允许您指定要创建的网络

driver：
- overlay：Swarm集群
- bridge：单主机
- host
- none
attachable：仅在driver设置为时使用overlay，如果设置为true，则除了服务之外，独立容器可以附加到此网络。
- 它可以与也从其他Docker守护程序连接到覆盖网络的服务和独立容器进行通信。
driver_opts
external：如果设置为true，则指定此网络已在Compose之外创建（否则直接报错）。

2.6. 设置容器通信端口 - (expose、ports)

expose：端口暴露，暴露给被链接的服务访问，不将它们发布到主机
ports：
- 短语法：指定ports（HOST:CONTAINER）或仅指定容器端口（选择短暂的主机端口），使用低于60的容器端口时可能会遇到错误的结果
- 长语法：target - 容器内的端口、published - 公开端口、prtotocl - udp|tcp、mode - host|ingress

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// 短语法端口映射或仅开启容器端口
ports:
 - "3000"
 - "3000-3005"
 - "8000:8000"
 - "9090-9091:8080-8081"
 - "49100:22"
 - "127.0.0.1:8001:8001"
 - "127.0.0.1:5000-5010:5000-5010"
 - "6060:6060/udp"
// 长语法模式
ports:
  - target: 80
    published: 8080
    protocol: tcp
    mode: host

2.7. 容器重启策略 - (restart)

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restart: "no" // 容器不会重启
restart: always // 容器总是自动重启
restart: on-failure // 仅失败重启
restart: unless-stopped // 除主动停止外，总是自动重启

2.8. 容器卷 - (volumes)

默认情况下，在容器内创建的所有文件都存储在可写容器层中。这意味着：
1. 容器不存在，数据会丢失
2. 无法轻松移动或者管控容器数据
3. 写入容器的可写层需要存储驱动程序来管理文件系统
主机和容器存储文件的交互方式：
- volume,卷：卷存储在主机上的文件系统中，非Docker进程不应修改文件系统的这一部分，卷是在Docker中保留数据的最佳方式。
- bind,绑定挂载：主机的文件系统和容器中文件系统绑定，可以在主机和容器中同步修改
- tmpfs,tmpfs挂载，仅存储在主机的内存中，npipe命令管道（windows)
卷指令设置
- 短语法(示例db)：HOST:CONTAINER
  - 若是相对路径，则主机上面路径相对于Compose配置文件的目录
- 长语法

2.8.1. Volumes示例

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version: "3.7"
services:
  web:
    image: nginx:alpine
    volumes:
      - type: volume
        source: mydata
        target: /data
        volume:
          nocopy: true
      - type: bind
        source: ./static
        target: /opt/app/static
  db:
    image: postgres:latest
    volumes:
      - "/var/run/postgres/postgres.sock:/var/run/postgres/postgres.sock"
      - "dbdata:/var/lib/postgresql/data"
volumes:
  mydata:
  dbdata:

2.8.2. Volumes语法说明

短语法：

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volumes:
  # 通过卷，仅指定一个容器的路径，让Docker主机创建一个匿名卷
  - /var/lib/mysql
  # 通过绑定卷，将Docker主机(/opt/data)路径映射到容器路径(/var/lib/mysql)
  - /opt/data:/var/lib/mysql
  # 通过绑定卷，将Docker主机(./cache，相对于ComposeFile的)路径，映射到容器路径(/tmp/cache)
  - ./cache:/tmp/cache
  # 通过绑定卷，相对路径，映射到容器路径，并设定容器针对该目录只读
  - ~/configs:/etc/configs/:ro
  # 通过命名卷绑定（提前Docker主机创建了命名卷）
  - datavolume:/var/lib/mysql

长语法：
- type：安装类型，支持volume、bind、tmpfs、npipe
- source：挂载源，卷名或者主机路径
- target：容器安装卷或映射的路径
- bind：配置其他绑定选项（propagation）
- volume：nocopy，禁止从容器复制数据
- tmpfs：size(配置tmpfs大小)
- consistency：consistent（容器与主机读写一致）、cached（容器读的是缓存）、delegated（容器的实体是权威的）

参考：https://docs.docker.com/compose/compose-file/#volumes-for-services-swarms-and-stack-files

2.8.3. 服务、Swarm和Stack以及卷

使用服务，Swarm群组(多个Dockerd主机组合在一起）和docker-stack.yml文件时，请记住，支持服务的任务（容器）可以部署在群中的任何节点上，每次更新服务时，容器可能是在不同的节点上。

如果没有具有指定源的命名卷，Docker会为支持服务（Services）的每个任务创建一个匿名卷，删除关联的容器后，匿名卷不会保留。

如果希望数据保持不变，请使用可识别多主机的命名卷和卷驱动程序，以便可以从任何节点访问数据。或者，对服务设置约束，以便将其任务部署在具有卷的节点上。

2.8.4. 跨服务重用命名卷 - (volumes_from)

双服务作为共享卷设置，顶级volumes键下的条目可以为空，在这种情况下，它使用引擎配置的默认驱动程序（在大多数情况下，这是local驱动程序），（可选）您可以使用以下键进行配置：
- driver：卷驱动程序（默认是local）
- driver_opts：卷驱动相关设置，比如驱动类型、选项、驱动
- external：
- name：为卷命名

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version: "3.7"
services:
  db:
    image: db
    volumes:
      - data-volume:/var/lib/db
  backup:
    image: backup-service
    volumes:
      - data-volume:/var/lib/backup/data
volumes:
  data-volume:
  example:
    driver_opts:
      type: "nfs"
      o: "addr=10.40.0.199,nolock,soft,rw"
      device: ":/docker/example"
  data:
    external: true

2.9. 基础设施杂项相关

sysctls：设置容器内核参数
ulimits：设置容器的默认ulimits
userns_mode
dns相关
- dns：dns服务IP
- dns_search：dns搜寻域
entrypoint：覆盖Dockerfile中默认进入点以及CMD命令
构建变量相关
- env_file：从文件添加环境变量，可以是单个值或列表，env文件每行都基于VAR=VAL模式，#为注释；另外文件的顺序很重要（尤其是存在重名变量）
- environment：环境变量，没有指定则从构建机器上的环境变量
external_links：外部链接（推荐使用network网络链接），公共共享服务容器，外部docker-compose.yml，指定容器名称
extra_hosts：为容器添加host映射
devices：设备映射
healthcheck：容器状态转变（starting=>健康监测通过=>healthy=>连续失败=>unhealthy)
- 通过在容器内运行命令、禁用从基础映像继承的任何运行状况检查
- interval：间隔多久监测一次
- timeout：超时算失败一次
- retries：最大重试次数，重试连续的健康检查失败才能考虑容器unhealthy
- start-period：提供引导的容器提供初始化时间（容器启动期间，监测失败不算重试失败）
pid：将PID模式设置为主机PID模式。这打开了容器和主机操作系统之间的PID地址空间共享。
容器停止信号
- stop_grace_period
- stop_signal
其他相关配置
- domainname
- hostname
- ipc
- mac_address
- privileged
- read_only
- shm_size
- stdin_open
- tty
- user
- working_dir
持续时间格式：us，ms，s，m和h，比如5h34m56s
指定字节值：b，k/kb，m/mb，g/gb
container_name：指定自定义容器名称
init：容器内运行init

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env_file:
  - ./common.env
  - ./apps/web.env
  - /opt/secrets.env
environment:
  - RACK_ENV=development
  - SHOW=true
  - SESSION_SECRET
healthcheck:
  test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost"]
  interval: 1m30s
  timeout: 10s
  retries: 3
  start_period: 40s
extra_hosts:
  - "somehost:162.242.195.82"
  - "otherhost:50.31.209.229"
sysctls:
  net.core.somaxconn: 1024
  net.ipv4.tcp_syncookies: 0

2.10. 配置、秘钥 - （configs、secrets)

顶级configs声明指定每个服务为基础授予对配置的访问权限，配置文件等信息统一管控，类似于顶级的volumes以及networkds

顶级secrets声明定义或引用可以授予此堆栈中的服务的机密，使用服务secrets可以配置基于每个服务授予对秘密的访问权限。秘密的来源是file或external

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configs:
  my_first_config:
    file: ./config_data
  my_second_config:
    external:
      name: redis_config
secrets:
  my_first_secret:
    file: ./secret_data
  my_second_secret:
    external: true

2.11. 变量替换 - (支持.env文件)

若环境变量包含POSTGRES_VERSION=9.3，则以下镜像会选择postgres:9.3，如果未设置环境变量，则使用空字符串Compose替换。

可以使用Compose自动查找的.env文件为环境变量设置默认值，shell环境中设置的值将覆盖.env文件中设置的值（.env仅针对docker-compose up有效，不对docker stack deploy有效）。

另外变量支持默认语法，类似于shell中变量的默认值使用：

${VARIABLE:-default}：环境变量没设置或设置为空，则为默认的default
${VARIABLE-default}
${VARIABLE:?err}
${VARIABLE?err}

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db:
  image: "postgres:${POSTGRES_VERSION}"

3. 调试

3.1. 针对应用内容器网络连通调试

以下测试为了方便，均以nginx:alpine镜像启动，模拟代理层<=>服务层<=>数据存储层通信。

代理层：仅可与服务层（websrv-a、websrv-b）正常网络通信服务层：websrv可以与代理层、数据存储层通信数据层：仅可与服务层通信

网络连通性应用模拟 - docker-compose.yml

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version: "3.7"
services:
  proxy:
    image: "nginx:alpine"
    deploy:
      replicas: 2
    networks:
      - net-frontend
    extra_hosts:
      - "tkstorm_web:127.0.0.1"
      - "ioio.cool:127.0.0.1"
  websrv-a:
    image: "nginx:alpine"
    networks:
      - net-frontend
      - net-backend
  websrv-b:
    image: "nginx:alpine"
    networks:
      - net-frontend
      - net-backend
  db:
    image: "nginx:alpine"
    networks:
      - net-backend
  mq:
    image: "nginx:alpine"
    networks:
      - net-backend
networks:
    net-frontend:
    net-backend:

proxy容器路由情况

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$ docker-compose exec proxy route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         172.18.0.1      0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
172.18.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 eth0

websrv容器路由情况（以websrv-a为例）

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$ docker-compose exec websrv-a route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         172.19.0.1      0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
172.18.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 eth1
172.19.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 eth0

db、mq容器路由情况（以db为例）

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$ docker-compose exec db route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         172.19.0.1      0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
172.19.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 eth0

网络查看

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$ docker network ls
NETWORK ID          NAME                        DRIVER              SCOPE
83162e33b5ad        bridge                      bridge              local
220b80e495d7        host                        host                local
dd8cff4a042c        network_test_net-backend    bridge              local
206ffbb7bf2f        network_test_net-frontend   bridge              local
02f2210c0a6e        none                        null                local

针对容器网络互通，可以查看另外一篇文章容器网络互连

3.2. 其他相关错误

3.2.1. docker-compose.yml版本问题

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// 不支持命名网络，可以通过修改下docker-compose.yml版本解决，比如`version: "3.7"`
docker compose networks.net-proxy value Additional properties are not allowed ('name' was unexpected)

4. 小结

文章对docker compose进行了简要概览，docker compose主要目的是对服务进行编排（即组合多个服务成一个应用），docker-compose.yml就是一份应用服务的配置清单，标注清楚了服务的依赖服务以及其配置！

通过docker-compose.yml配置文件，docker引擎可以指定应用的每个服务的镜像如何构建，容器如何部署（部署模式、部署份数），容器之间网络是如何互通的，容器内进程对存储卷的读写以及存储设置（支持volume、bind等类型），并且还支持运行容器的资源大小设置（比如打开文件数、服务内存使用大小等），更进一步的配置详情需要参考对应的官方文档。

4.1. 参考

https://docs.docker.com/compose/compose-file/