Кафедра ИСиТ ВГТУ
🎓 ИППРПО — Инструменты поддержки промышленной разработки ПО

Лаб. работа "Docker Compose: Управление многоконтейнерными приложениями"

👤 Бизюк Андрей 📅 16.12.2025 ⏱️ 11 мин. чтения lab

Лабораторная работа по теме “Docker Compose: Управление многоконтейнерными приложениями”

Цель работы

Изучить инструмент Docker Compose для управления многоконтейнерными приложениями. Получить практические навыки создания и управления сложными приложениями, состоящими из нескольких сервисов, настройки сетей, томов и переменных окружения.

Краткие теоретические сведения

Docker Compose — это инструмент для определения и запуска многоконтейнерных Docker-приложений. Он позволяет описать всю инфраструктуру приложения в одном файле docker-compose.yml и управлять всем стеком с помощью простых команд.

Ключевые концепции Docker Compose:

  • Сервисы (Services) — каждый сервис представляет собой контейнер, который будет запущен. Сервисы могут использовать готовые образы или собираться из Dockerfile.
  • Сети (Networks) — обеспечивают изолированное взаимодействие между контейнерами. По умолчанию создается сеть default, но можно создать собственные.
  • Тома (Volumes) — используются для персистентного хранения данных. Могут быть именованными томами или bind mounts.
  • Зависимости (depends_on) — определяют порядок запуска сервисов и гарантируют, что сервис не запустится до готовности зависимых сервисов.
  • Переменные окружения — позволяют гибко конфигурировать сервисы для разных окружений.

Преимущества Docker Compose:

  • Декларативное описание всей инфраструктуры
  • Простота развертывания и масштабирования
  • Воспроизводимость окружений
  • Управление сложными многокомпонентными приложениями

Краткий справочник по командам Docker Compose

Основные команды

  • docker-compose up — запуск всех сервисов, описанных в docker-compose.yml
  • docker-compose up -d — запуск в фоновом режиме (detached)
  • docker-compose down — остановка и удаление всех контейнеров, сетей и томов
  • docker-compose ps — просмотр статуса сервисов
  • docker-compose logs — просмотр логов всех сервисов
  • docker-compose logs -f — просмотр логов в реальном времени
  • docker-compose restart — перезапуск всех сервисов
  • docker-compose build — пересборка образов для сервисов
  • docker-compose exec <service> <command> — выполнение команды в контейнере сервиса

Команды для работы с отдельными сервисами

  • docker-compose up <service> — запуск конкретного сервиса
  • docker-compose stop <service> — остановка конкретного сервиса
  • docker-compose start <service> — запуск остановленного сервиса
  • docker-compose logs <service> — логи конкретного сервиса
  • docker-compose exec <service> bash — подключение к командной оболочке сервиса

Команды для очистки

  • docker-compose down -v — удаление томов вместе с контейнерами
  • docker-compose down --rmi all — удаление всех образов
  • docker-compose down --remove-orphans — удаление осиротевших контейнеров

Требования к окружению

  • Операционная система: Debian 13 “Trixie” или новее
  • Docker Engine установлен и настроен
  • Docker Compose установлен (обычно входит в состав Docker)
  • Доступ в Интернет для загрузки образов
  • Учетная запись пользователя без прав root
  • Текстовый редактор (nano, vim или другой)

Порядок выполнения работы

Часть 1. Проверка установки Docker Compose

  1. Проверка версии Docker Compose Убедитесь, что Docker Compose установлен и работает корректно.

    1docker-compose --version
2# или для Docker Compose V2
3docker compose version

  2. Проверка доступности Docker Убедитесь, что Docker Engine работает:

    1docker version

Часть 2. Создание простого веб-приложения

  1. Создание рабочей директории Создайте директорию для работы с Docker Compose:

    1mkdir ~/docker-compose-lab
2cd ~/docker-compose-lab

  2. Создание простого веб-приложения Создайте файл app.py с простым Flask-приложением:

     1from flask import Flask, jsonify
 2import os
 3import socket
 4
 5app = Flask(__name__)
 6
 7@app.route('/')
 8def hello():
 9    return jsonify({
10        'message': 'Hello from Docker Compose!',
11        'hostname': socket.gethostname(),
12        'container_id': os.environ.get('HOSTNAME', 'unknown')
13    })
14
15@app.route('/health')
16def health():
17    return jsonify({'status': 'healthy'}), 200
18
19@app.route('/info')
20def info():
21    return jsonify({
22        'container_id': os.environ.get('HOSTNAME', 'unknown'),
23        'python_version': os.sys.version,
24        'environment': os.environ.get('ENVIRONMENT', 'development')
25    })
26
27if __name__ == '__main__':
28    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

  3. Создание requirements.txt Создайте файл с зависимостями:

    1flask==2.3.3
2requests==2.31.0

  4. Создание Dockerfile для приложения Создайте файл Dockerfile:

     1FROM python:3.11-slim
 2
 3WORKDIR /app
 4
 5COPY requirements.txt .
 6RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt
 7
 8COPY app.py .
 9
10EXPOSE 5000
11
12CMD ["python", "app.py"]

Часть 3. Создание первого docker-compose.yml

  1. Создание базового docker-compose.yml Создайте файл docker-compose.yml:

     1version: '3.8'
 2
 3services:
 4  web:
 5    build: .
 6    ports:
 7      - "5000:5000"
 8    environment:
 9      - ENVIRONMENT=development
10    volumes:
11      - .:/app
12    restart: unless-stopped

  2. Запуск приложения Запустите приложение с помощью Docker Compose:

    1docker-compose up --build

    Приложение будет доступно по адресу http://localhost:5000. Проверьте работу:

    1curl http://localhost:5000
2curl http://localhost:5000/health
3curl http://localhost:5000/info

  3. Запуск в фоновом режиме Остановите приложение (Ctrl+C) и запустите в фоновом режиме:

    1docker-compose up -d --build

  4. Просмотр статуса сервисов Проверьте статус запущенных сервисов:

    1docker-compose ps

  5. Просмотр логов Посмотрите логи приложения:

    1docker-compose logs
2docker-compose logs -f web

Часть 4. Добавление базы данных

  1. Создание обновленного docker-compose.yml Обновите docker-compose.yml, добавив PostgreSQL:

     1version: '3.8'
 2
 3services:
 4  web:
 5    build: .
 6    ports:
 7      - "5000:5000"
 8    environment:
 9      - ENVIRONMENT=development
10      - DATABASE_URL=postgresql://user:password@db:5432/myapp
11    volumes:
12      - .:/app
13    depends_on:
14      - db
15    restart: unless-stopped
16
17  db:
18    image: postgres:15-alpine
19    environment:
20      POSTGRES_DB: myapp
21      POSTGRES_USER: user
22      POSTGRES_PASSWORD: password
23    volumes:
24      - db_data:/var/lib/postgresql/data
25    ports:
26      - "5432:5432"
27    restart: unless-stopped
28
29volumes:
30  db_data:

  2. Обновление приложения для работы с БД Обновите app.py для работы с PostgreSQL:

     1from flask import Flask, jsonify
 2import os
 3import socket
 4import psycopg2
 5from psycopg2 import OperationalError
 6
 7app = Flask(__name__)
 8
 9def get_db_connection():
10    try:
11        conn = psycopg2.connect(
12            host=os.environ.get('DB_HOST', 'db'),
13            database=os.environ.get('POSTGRES_DB', 'myapp'),
14            user=os.environ.get('POSTGRES_USER', 'user'),
15            password=os.environ.get('POSTGRES_PASSWORD', 'password')
16        )
17        return conn
18    except OperationalError as e:
19        return None
20
21@app.route('/')
22def hello():
23    conn = get_db_connection()
24    if conn:
25        try:
26            cur = conn.cursor()
27            cur.execute("SELECT version();")
28            db_version = cur.fetchone()[0]
29            cur.close()
30            conn.close()
31            db_status = "connected"
32        except Exception as e:
33            db_status = f"error: {str(e)}"
34    else:
35        db_status = "disconnected"
36
37    return jsonify({
38        'message': 'Hello from Docker Compose!',
39        'hostname': socket.gethostname(),
40        'container_id': os.environ.get('HOSTNAME', 'unknown'),
41        'database_status': db_status
42    })
43
44@app.route('/health')
45def health():
46    conn = get_db_connection()
47    if conn:
48        conn.close()
49        return jsonify({'status': 'healthy', 'database': 'connected'}), 200
50    else:
51        return jsonify({'status': 'unhealthy', 'database': 'disconnected'}), 503
52
53@app.route('/info')
54def info():
55    return jsonify({
56        'container_id': os.environ.get('HOSTNAME', 'unknown'),
57        'python_version': os.sys.version,
58        'environment': os.environ.get('ENVIRONMENT', 'development'),
59        'database_url': os.environ.get('DATABASE_URL', 'not configured')
60    })
61
62if __name__ == '__main__':
63    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

  3. Обновление requirements.txt Добавьте зависимость для PostgreSQL:

    1flask==2.3.3
2requests==2.31.0
3psycopg2-binary==2.9.7

  4. Перезапуск с новой конфигурацией Остановите текущие сервисы и запустите с новой конфигурацией:

    1docker-compose down
2docker-compose up -d --build

  5. Проверка работы с базой данных Проверьте работу приложения:

    1curl http://localhost:5000
2curl http://localhost:5000/health

Часть 5. Работа с сетями

  1. Создание пользовательских сетей Обновите docker-compose.yml для использования пользовательских сетей:

     1version: '3.8'
 2
 3services:
 4  web:
 5    build: .
 6    ports:
 7      - "5000:5000"
 8    environment:
 9      - ENVIRONMENT=development
10      - DATABASE_URL=postgresql://user:password@db:5432/myapp
11    volumes:
12      - .:/app
13    depends_on:
14      - db
15    networks:
16      - frontend
17      - backend
18    restart: unless-stopped
19
20  db:
21    image: postgres:15-alpine
22    environment:
23      POSTGRES_DB: myapp
24      POSTGRES_USER: user
25      POSTGRES_PASSWORD: password
26    volumes:
27      - db_data:/var/lib/postgresql/data
28    networks:
29      - backend
30    restart: unless-stopped
31
32networks:
33  frontend:
34    driver: bridge
35  backend:
36    driver: bridge
37    internal: true
38
39volumes:
40  db_data:

  2. Перезапуск с новой конфигурацией Примените изменения:

    1docker-compose down
2docker-compose up -d --build

  3. Проверка сетей Посмотрите созданные сети:

    1docker network ls
2docker network inspect docker-compose-lab_frontend
3docker network inspect docker-compose-lab_backend

Часть 6. Добавление Redis

  1. Добавление Redis в docker-compose.yml Обновите конфигурацию, добавив Redis:

     1version: '3.8'
 2
 3services:
 4  web:
 5    build: .
 6    ports:
 7      - "5000:5000"
 8    environment:
 9      - ENVIRONMENT=development
10      - DATABASE_URL=postgresql://user:password@db:5432/myapp
11      - REDIS_URL=redis://redis:6379
12    volumes:
13      - .:/app
14    depends_on:
15      - db
16      - redis
17    networks:
18      - frontend
19      - backend
20    restart: unless-stopped
21
22  db:
23    image: postgres:15-alpine
24    environment:
25      POSTGRES_DB: myapp
26      POSTGRES_USER: user
27      POSTGRES_PASSWORD: password
28    volumes:
29      - db_data:/var/lib/postgresql/data
30    networks:
31      - backend
32    restart: unless-stopped
33
34  redis:
35    image: redis:7-alpine
36    networks:
37      - backend
38    restart: unless-stopped
39
40networks:
41  frontend:
42    driver: bridge
43  backend:
44    driver: bridge
45    internal: true
46
47volumes:
48  db_data:

  2. Обновление приложения для работы с Redis Обновите app.py:

      1from flask import Flask, jsonify
  2import os
  3import socket
  4import psycopg2
  5import redis
  6from psycopg2 import OperationalError
  7from redis import ConnectionError as RedisConnectionError
  8
  9app = Flask(__name__)
 10
 11def get_db_connection():
 12    try:
 13        conn = psycopg2.connect(
 14            host=os.environ.get('DB_HOST', 'db'),
 15            database=os.environ.get('POSTGRES_DB', 'myapp'),
 16            user=os.environ.get('POSTGRES_USER', 'user'),
 17            password=os.environ.get('POSTGRES_PASSWORD', 'password')
 18        )
 19        return conn
 20    except OperationalError as e:
 21        return None
 22
 23def get_redis_connection():
 24    try:
 25        r = redis.Redis(
 26            host=os.environ.get('REDIS_HOST', 'redis'),
 27            port=6379,
 28            decode_responses=True
 29        )
 30        r.ping()
 31        return r
 32    except RedisConnectionError:
 33        return None
 34
 35@app.route('/')
 36def hello():
 37    conn = get_db_connection()
 38    redis_conn = get_redis_connection()
 39
 40    db_status = "disconnected"
 41    redis_status = "disconnected"
 42
 43    if conn:
 44        try:
 45            cur = conn.cursor()
 46            cur.execute("SELECT version();")
 47            db_version = cur.fetchone()[0]
 48            cur.close()
 49            conn.close()
 50            db_status = "connected"
 51        except Exception as e:
 52            db_status = f"error: {str(e)}"
 53
 54    if redis_conn:
 55        try:
 56            redis_conn.set('hello_count', 0, ex=3600)
 57            redis_conn.incr('hello_count')
 58            redis_status = "connected"
 59        except Exception as e:
 60            redis_status = f"error: {str(e)}"
 61
 62    return jsonify({
 63        'message': 'Hello from Docker Compose!',
 64        'hostname': socket.gethostname(),
 65        'container_id': os.environ.get('HOSTNAME', 'unknown'),
 66        'database_status': db_status,
 67        'redis_status': redis_status
 68    })
 69
 70@app.route('/health')
 71def health():
 72    conn = get_db_connection()
 73    redis_conn = get_redis_connection()
 74
 75    db_healthy = conn is not None
 76    redis_healthy = redis_conn is not None
 77
 78    if conn:
 79        conn.close()
 80    if redis_conn:
 81        redis_conn.close()
 82
 83    if db_healthy and redis_healthy:
 84        return jsonify({'status': 'healthy', 'database': 'connected', 'redis': 'connected'}), 200
 85    else:
 86        return jsonify({
 87            'status': 'unhealthy', 
 88            'database': 'connected' if db_healthy else 'disconnected',
 89            'redis': 'connected' if redis_healthy else 'disconnected'
 90        }), 503
 91
 92@app.route('/info')
 93def info():
 94    return jsonify({
 95        'container_id': os.environ.get('HOSTNAME', 'unknown'),
 96        'python_version': os.sys.version,
 97        'environment': os.environ.get('ENVIRONMENT', 'development'),
 98        'database_url': os.environ.get('DATABASE_URL', 'not configured'),
 99        'redis_url': os.environ.get('REDIS_URL', 'not configured')
100    })
101
102if __name__ == '__main__':
103    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

  3. Обновление requirements.txt Добавьте зависимость для Redis:

    1flask==2.3.3
2requests==2.31.0
3psycopg2-binary==2.9.7
4redis==4.6.0

  4. Перезапуск с полным стеком Запустите полный стек приложений:

    1docker-compose down
2docker-compose up -d --build

  5. Проверка работы всех сервисов Проверьте работу всех компонентов:

    1curl http://localhost:5000
2curl http://localhost:5000/health
3curl http://localhost:5000/info

Часть 7. Использование переменных окружения

  1. Создание .env файла Создайте файл .env:

     1# Database configuration
 2POSTGRES_DB=myapp
 3POSTGRES_USER=appuser
 4POSTGRES_PASSWORD=secure_password_123
 5
 6# Application configuration
 7ENVIRONMENT=production
 8DEBUG=false
 9
10# Redis configuration
11REDIS_PASSWORD=redis_password_456

  2. Обновление docker-compose.yml для использования переменных Обновите docker-compose.yml:

     1version: '3.8'
 2
 3services:
 4  web:
 5    build: .
 6    ports:
 7      - "5000:5000"
 8    environment:
 9      - ENVIRONMENT=${ENVIRONMENT}
10      - DEBUG=${DEBUG}
11      - DATABASE_URL=postgresql://${POSTGRES_USER}:${POSTGRES_PASSWORD}@db:${POSTGRES_DB}
12      - REDIS_URL=redis://:${REDIS_PASSWORD}@redis:6379
13    volumes:
14      - .:/app
15    depends_on:
16      - db
17      - redis
18    networks:
19      - frontend
20      - backend
21    restart: unless-stopped
22
23  db:
24    image: postgres:15-alpine
25    environment:
26      POSTGRES_DB: ${POSTGRES_DB}
27      POSTGRES_USER: ${POSTGRES_USER}
28      POSTGRES_PASSWORD: ${POSTGRES_PASSWORD}
29    volumes:
30      - db_data:/var/lib/postgresql/data
31    networks:
32      - backend
33    restart: unless-stopped
34
35  redis:
36    image: redis:7-alpine
37    command: redis-server --requirepass ${REDIS_PASSWORD}
38    networks:
39      - backend
40    restart: unless-stopped
41
42networks:
43  frontend:
44    driver: bridge
45  backend:
46    driver: bridge
47    internal: true
48
49volumes:
50  db_data:

  3. Перезапуск с переменными окружения Примените изменения:

    1docker-compose down
2docker-compose up -d --build

Часть 8. Масштабирование сервисов

  1. Масштабирование веб-сервиса Запустите несколько экземпляров веб-сервиса:

    1docker-compose up -d --scale web=3

  2. Проверка масштабирования Посмотрите статус всех сервисов:

    1docker-compose ps

  3. Тестирование балансировки нагрузки Выполните несколько запросов для проверки распределения нагрузки:

    1for i in {1..10}; do curl http://localhost:5000; echo; done

Часть 9. Мониторинг и отладка

  1. Просмотр логов всех сервисов Посмотрите логи всех сервисов:

    1docker-compose logs
2docker-compose logs -f

  2. Просмотр логов конкретного сервиса Посмотрите логи конкретного сервиса:

    1docker-compose logs web
2docker-compose logs db
3docker-compose logs redis

  3. Выполнение команд в контейнерах Подключитесь к контейнеру веб-сервиса:

    1docker-compose exec web bash

    Внутри контейнера выполните:

    1ls -la
2cat app.py
3exit

  4. Проверка сетевого взаимодействия Проверьте доступность сервисов из контейнера:

    1docker-compose exec web ping db
2docker-compose exec web ping redis

Часть 10. Очистка ресурсов

  1. Остановка всех сервисов Остановите все сервисы:

    1docker-compose down

  2. Полная очистка с удалением томов Удалите все ресурсы, включая тома:

    1docker-compose down -v

  3. Проверка очистки Проверьте, что ресурсы удалены:

    1docker-compose ps
2docker network ls
3docker volume ls

Задания для самостоятельного выполнения

  1. Создание многоэтапного приложения Создайте приложение, состоящее из:

    • Frontend (React/Vue.js приложение)
    • Backend API (Node.js/Python Flask)
    • База данных (PostgreSQL)
    • Кэш (Redis)
    • Nginx как reverse proxy

  2. Использование профилей Создайте профили для development и production окружений. В development профиле добавьте:

    • Adminer для управления БД
    • Redis Commander для управления Redis
    • Монтирование исходного кода

  3. Настройка health checks Добавьте health checks для всех сервисов в docker-compose.yml. Настройте:

    • Проверку доступности БД
    • Проверку API endpoints
    • Проверку Redis

  4. Создание backup скрипта Создайте скрипт для автоматического backup базы данных с использованием volumes и cron.

Контрольные вопросы

  1. Что такое Docker Compose и в чем его отличие от Docker?
  2. Какие основные секции есть в docker-compose.yml файле?
  3. Как работает секция depends_on и какие проблемы она решает?
  4. В чем разница между volumes и bind mounts в Docker Compose?
  5. Как создать пользовательские сети и зачем это нужно?
  6. Как использовать переменные окружения в Docker Compose?
  7. Что такое масштабирование сервисов и как его реализовать?
  8. Как настроить health checks для сервисов?
  9. В чем преимущества использования профилей в Docker Compose?
  10. Как организовать backup и восстановление данных в Docker Compose?

Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

  1. Титульный лист
  2. Цель работы
  3. Пошаговое описание выполнения работы с приведением всех вводимых команд и их выводов (можно в виде скриншотов или текстовых блоков)
  4. Содержимое созданного docker-compose.yml файла с комментариями
  5. Результаты тестирования всех endpoints приложения
  6. Письменные ответы на контрольные вопросы
  7. Вывод, в котором необходимо кратко описать полученные знания и навыки, а также привести примеры использования Docker Compose в реальных проектах
← Лаб. работа \"Docker: Образы\" Лаб. работа "CI/CD с GitLab" →