为IR1101 ARM架构构建和部署Docker IOx软件包

简介

本文档介绍如何为基于IR1101 ARM的物联网(IoT)网关准备、构建和部署基于Docker的IOx软件包。

先决条件

要求

Cisco 建议您了解以下主题：

• Linux
• 容器
• IOx

使用的组件

本文档中的信息基于以下软件和硬件版本：

• 可通过安全外壳(SSH)访问的IR1101
  
  • 已配置IP地址
  • 对具有15个用户特权的设备的访问
• Linux主机(本文使用最小的Debian 9（扩展）安装)
• 可以从以下位置下载的IOx客户端安装文件：https://software.cisco.com/download/release.html?mdfid=286306005&softwareid=286306762

本文档中的信息都是基于特定实验室环境中的设备编写的。本文档中使用的所有设备最初均采用原始（默认）配置。如果您使用的是真实网络，请确保您已经了解所有命令的潜在影响。

背景信息

与大多数其他IOx平台相比，IR1101略有不同，因为这些平台主要基于x86。IR1101基于ARM64v8架构，因此您不能直接在平台上部署为x86构建的容器或IOx软件包。本文档从头开始，为构建基于ARM64v8的Docker容器准备环境，并说明如何使用x86 PC在IR1101上构建、包装和部署这些容器。

例如，使用非常小的Python脚本（即简单的Web服务器），并构建Docker容器，最终将其打包以在IR1101上运行。Web服务器仅会侦听预定义端口(9000)，并在收到GET请求时返回简单页面。这使您可以测试运行您自己的代码的功能，并可以在开始运行IOx应用后测试对该应用的网络访问。

软件包由Docker工具使用Alpine Linux构建。Alpine Linux是一个小型Linux镜像（约5MB），通常用作Docker容器的基础。

由于大多数台式机/笔记本电脑/虚拟机都基于x86，因此您需要在构建容器的基于x86的计算机上模拟ARM64v8架构。使用快速仿真程序(QEMU)用户仿真可以轻松完成此操作。这允许在非本机体系结构中执行可执行文件，就像在本机体系结构中执行一样。

配置

第1部分。构建IR1101的IOx包

1. 在Linux主机上安装和准备IOx客户端

您需要ioxclient，以便在构建Docker容器时将其打包为IOx包，因此让我们首先准备一下。

首先复制或下载ioxclient软件包。可从https://software.cisco.com/download/release.html?mdfid=286306005&softwareid=286306762获得。

jedepuyd@deb9:~$ scp jedepuyd@192.168.56.101:/home/jedepuyd/ioxclient_1.7.0.0_linux_amd64.tar.gz .
jedepuyd@192.168.56.101's password:
ioxclient_1.7.0.0_linux_amd64.tar.gz                             100% 4798KB  75.2MB/s   00:00

解压包：

jedepuyd@deb9:~$ tar -xvzf ioxclient_1.7.0.0_linux_amd64.tar.gz
ioxclient_1.7.0.0_linux_amd64/ioxclient
ioxclient_1.7.0.0_linux_amd64/README.md

向PATH变量添加路径，以使其在不使用完整位置的情况下可用。如果重新启动计算机或切换用户，则不要忘记重复此步骤：

jedepuyd@deb9:~$ export PATH=$PATH:/home/jedepuyd/ioxclient_1.7.0.0_linux_amd64/

首次启动ioxclient以创建强制配置文件。由于您仅使用ioxclient来封装Docker容器，因此这些值可以保留为默认值：

jedepuyd@deb9:~$ ioxclient -v
ioxclient version 1.7.0.0
jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ ioxclient profiles reset
Active Profile :  default
Your current config details will be lost. Continue (y/N) ? : y
Current config backed up at  /tmp/ioxclient731611124
Config data deleted.
jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ ioxclient -v
Config file not found :  /home/jedepuyd/.ioxclientcfg.yaml
Creating one time configuration..
Your / your organization's name :
Your / your organization's URL :
Your IOx platform's IP address[127.0.0.1] :
Your IOx platform's port number[8443] :
Authorized user name[root] :
Password for root :
Local repository path on IOx platform[/software/downloads]:
URL Scheme (http/https) [https]:
API Prefix[/iox/api/v2/hosting/]:
Your IOx platform's SSH Port[2222]:
Your RSA key, for signing packages, in PEM format[]:
Your x.509 certificate in PEM format[]:
Activating Profile  default
Saving current configuration
ioxclient version 1.7.0.0

2. 在Linux生成计算机上安装和准备Docker环境

此Docker用于从Alpine基本映像构建容器并包括使用案例所需的文件。所给步骤基于用于Debian的Docker Community Edition (CE)的官方安装指南：https://docs.docker.com/install/linux/docker-ce/debian/

更新计算机上的包列表：

jedepuyd@deb9:~$ sudo apt-get update
...
Reading package lists... Done

安装依赖项以使用Docker回购：

jedepuyd@deb9:~$ sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl gnupg2 software-properties-common
Reading package lists... Done
Building dependency tree
...
Processing triggers for dbus (1.10.26-0+deb9u1) ...

添加Docker GNU Privacy Guard (GPG)密钥作为有效的GPG密钥：

jedepuyd@deb9:~$ curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg | sudo apt-key add -
OK

验证已安装的GPG密钥的指纹：

jedepuyd@deb9:~$ sudo apt-key fingerprint 0EBFCD88
pub   rsa4096 2017-02-22 [SCEA]
      9DC8 5822 9FC7 DD38 854A  E2D8 8D81 803C 0EBF CD88
uid           [ unknown] Docker Release (CE deb) <docker@docker.com>
sub   rsa4096 2017-02-22 [S]

添加Docker稳定回购：

jedepuyd@deb9:~$ sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/debian $(lsb_release -cs) stable"

在添加Docker回购时再次更新程序包列表：

jedepuyd@deb9:~$ sudo apt-get update
...
Reading package lists... Done

安装Docker：

jedepuyd@deb9:~$ sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io
Reading package lists... Done
Building dependency tree
...
Processing triggers for systemd (232-25+deb9u9) ...

为了能够作为常规用户访问/运行Docker，请将此用户添加到Docker组并刷新组成员身份：

jedepuyd@deb9:~$ sudo usermod -a -G docker jedepuyd
jedepuyd@deb9:~$ newgrp docker

3. 安装QEMU用户仿真软件包

在安装Docker之后，您需要安装QEMU用户仿真程序。使用位于Docker容器中的静态链接QEMU仿真程序，以便在基于x86的Linux计算机上运行ARM64v8的容器，尽管目标容器是针对ARM64v8体系结构设计的。

安装软件包：

jedepuyd@deb9:~$ sudo apt-get install qemu-user qemu-user-static
Reading package lists... Done
Building dependency tree
...
Processing triggers for man-db (2.7.6.1-2) ...

安装完成后，以下是在/usr/bin中可用的静态链接QEMU仿真程序：

jedepuyd@deb9:~$ ls -al /usr/bin/qemu-*static
-rwxr-xr-x 1 root root 3468784 Nov  8 16:41 /usr/bin/qemu-aarch64-static
-rwxr-xr-x 1 root root 2791408 Nov  8 16:41 /usr/bin/qemu-alpha-static
-rwxr-xr-x 1 root root 3399344 Nov  8 16:41 /usr/bin/qemu-armeb-static
-rwxr-xr-x 1 root root 3391152 Nov  8 16:41 /usr/bin/qemu-arm-static
-rwxr-xr-x 1 root root 2800400 Nov  8 16:41 /usr/bin/qemu-cris-static
...

列表中的第一个是您需要的：aarch64是适用于Linux的ARM64v8的arch-name。

4. 测试aarch64/ARV64v8容器是否在x86 Linux计算机上运行

现在您已安装了Docker和必要的QEMU二进制文件，您可以测试是否可以在x86计算机上运行为ARM64v8构建的Docker容器：

jedepuyd@deb9:~$ docker run -v /usr/bin/qemu-aarch64-static:/usr/bin/qemu-aarch64-static --rm -ti arm64v8/alpine:3.7
Unable to find image 'arm64v8/alpine:3.7' locally
3.7: Pulling from arm64v8/alpine
40223db5366f: Pull complete
Digest: sha256:a50c0cd3b41129046184591963a7a76822777736258e5ade8445b07c88bfdcc3
Status: Downloaded newer image for arm64v8/alpine:3.7
/ # uname -a
Linux 1dbba69b60c5 4.9.0-8-amd64 #1 SMP Debian 4.9.144-3.1 (2019-02-19) aarch64 Linux

从输出中您可以看到，获取了arm64v8 Alpine容器，并且使其可通过访问仿真器运行。 

如果您请求容器的体系结构，您可以看到代码是为aarch64编译的。与IR1101的容器目标拱完全相同。

5. 准备文件以构建Docker Webserver容器

完成所有准备后，您可以为需要在IR1101上运行的Web服务器容器创建必要的文件。

第一个文件是webserver.py，即在容器中运行的Python脚本。由于这只是一个示例，很明显，您需要将其替换为实际代码，以便在IOx应用程序中运行：

jedepuyd@deb9:~$ mkdir iox_aarch64_webserver
jedepuyd@deb9:~$ cd iox_aarch64_webserver

jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ vi webserver.py
jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ cat webserver.py
#!/usr/bin/env python
from BaseHTTPServer import BaseHTTPRequestHandler, HTTPServer
import SocketServer
import os

class S(BaseHTTPRequestHandler):
    def _set_headers(self):
        self.send_response(200)
        self.send_header('Content-type', 'text/html')
        self.end_headers()

    def do_GET(self):
        self._set_headers()
        self.wfile.write("<html><body><h1>IOX python webserver on arm64v8</h1></body></html>")
        logf.write('Got GET\n')
        logf.flush()

def run(server_class=HTTPServer, handler_class=S, port=9000):
    server_address = ('', port)
    httpd = server_class(server_address, handler_class)
    print 'Starting webserver...'
    logf.write('Starting webserver....\n')
    logf.flush()
    httpd.serve_forever()

if __name__ == "__main__":
    log_file_dir = os.getenv("CAF_APP_LOG_DIR", "/tmp")
    log_file_path = os.path.join(log_file_dir, "webserver.log")
    logf = open(log_file_path, 'w')
    run()
    logf.close()

此代码包含写入日志文件的逻辑，可从本地管理器中进行咨询。

需要的第二个文件是Dockerfile。这定义了容器的构建方式：

jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ vi Dockerfile
jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ cat Dockerfile
FROM arm64v8/alpine:3.7
COPY qemu-aarch64-static /usr/bin

RUN apk add --no-cache python
COPY webserver.py /webserver.py

Dockerfile定义了容器的构建方式。从ARM64v8的Apline基础映像开始，复制容器中的仿真程序，运行apk以添加Python软件包，并将Web服务器脚本复制到容器中。

在构建容器之前需要的最后一个准备是将qemu-aarch64-static复制到从中构建容器的目录中：

jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ cp /usr/bin/qemu-aarch64-static .

6. 构建Docker容器

完成所有准备后，您可以使用Dockerfile来构建容器：

jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ docker build -t iox_aarch64_webserver .
Sending build context to Docker daemon  3.473MB
Step 1/4 : FROM arm64v8/alpine:3.7
 ---> e013d5426294
Step 2/4 : COPY qemu-aarch64-static /usr/bin
 ---> addf4e1cc965
Step 3/4 : RUN apk add --no-cache python
 ---> Running in ff3768926645
fetch http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.7/main/aarch64/APKINDEX.tar.gz
fetch http://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.7/community/aarch64/APKINDEX.tar.gz
(1/10) Installing libbz2 (1.0.6-r6)
(2/10) Installing expat (2.2.5-r0)
(3/10) Installing libffi (3.2.1-r4)
(4/10) Installing gdbm (1.13-r1)
(5/10) Installing ncurses-terminfo-base (6.0_p20171125-r1)
(6/10) Installing ncurses-terminfo (6.0_p20171125-r1)
(7/10) Installing ncurses-libs (6.0_p20171125-r1)
(8/10) Installing readline (7.0.003-r0)
(9/10) Installing sqlite-libs (3.25.3-r0)
(10/10) Installing python2 (2.7.15-r2)
Executing busybox-1.27.2-r11.trigger
OK: 51 MiB in 23 packages
Removing intermediate container ff3768926645
 ---> eda469dab9c6
Step 4/4 : COPY webserver.py /webserver.py
 ---> ccf7ee7227c9
Successfully built ccf7ee7227c9
Successfully tagged iox_aarch64_webserver:latest

作为测试，请运行您刚才构建的容器，并检查脚本是否有效：

jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ docker run -ti iox_aarch64_webserver
/ # uname -a
Linux dae047f1a6b2 4.9.0-8-amd64 #1 SMP Debian 4.9.144-3.1 (2019-02-19) aarch64 Linux
/ # python webserver.py &
/ # Starting webserver...

/ # netstat -tlpn
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name   
tcp        0      0 0.0.0.0:9000            0.0.0.0:*               LISTEN      13/qemu-aarch64-sta
/ # exit

在此输出中您可以看到，容器的体系结构是目标aarch64。启动脚本后，您会看到它在侦听端口9000上的请求。

 7. 构建IOx包

该容器已准备好进行包装。在要求ioxclient执行此操作之前，您首先需要创建包描述符：package.yaml。

此文件介绍软件包的外观、需要运行多少资源以及启动什么。

jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ vi package.yaml
jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ cat package.yaml
descriptor-schema-version: "2.7"

info:
  name: "iox_aarch64_webserver"
  description: "simple docker webserver for arm64v8"
  version: "1.0"
  author-link: "http://www.cisco.com"
  author-name: "Jens Depuydt"

app:
  cpuarch: "aarch64"
  type: "docker"
  resources:
    profile: c1.tiny
    network:
      -
        interface-name: eth0
        ports:
          tcp: ["9000"]

  startup:
    rootfs: rootfs.tar
    target: ["python","/webserver.py"]

如您所见，CPU架构设置为aarch64。要获得访问TCP端口9000的权限，请使用rootfs.tar作为rootfs，并在启动时运行python/webserver.py。

在打包之前的最后一步是从Docker容器中提取rootfs.tar：

jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ docker save -o rootfs.tar iox_aarch64_webserver

此时，您可以使用ioxclient来构建用于IR1101的IOx包：

jedepuyd@deb9:~/iox_aarch64_webserver$ ioxclient package .
Currently active profile :  default
Command Name:  package
No rsa key and/or certificate files provided to sign the package
Checking if package descriptor file is present..
Validating descriptor file /home/jedepuyd/iox_aarch64_webserver/package.yaml with package schema definitions
Parsing descriptor file..
Found schema version  2.7
Loading schema file for version  2.7
Validating package descriptor file..
File /home/jedepuyd/iox_aarch64_webserver/package.yaml is valid under schema version 2.7
Created Staging directory at :  /tmp/017226485
Copying contents to staging directory
Creating an inner envelope for application artifacts
Generated  /tmp/017226485/artifacts.tar.gz
Calculating SHA1 checksum for package contents..
Updated package metadata file :  /tmp/017226485/.package.metadata
Root Directory :  /tmp/017226485
Output file:  /tmp/475248592
Path:  .package.metadata
SHA1 : 95abe28fc05395fc5f71f7c28f59eceb1495bf9b
Path:  artifacts.tar.gz
SHA1 : bdf5596a0747eae51bb0a1d2870fd09a5a16a098
Path:  package.yaml
SHA1 : e65a6fcbe96725dd5a09b60036448106acc0c138
Generated package manifest at  package.mf
Generating IOx Package..
Package generated at /home/jedepuyd/iox_aarch64_webserver/package.tar

现在，有一个软件包可以部署在IR1101上，并准备为package.tar。下一部分介绍如何为部署准备设备。

第2部分。为IR1101配置IOx

1. 启用Web界面、IOx和本地管理器

本地管理器是一种GUI，用于部署、激活、启动、管理IOx应用并对其进行故障排除。对于IR1101，它嵌入在常规管理Web界面中。因此，您需要先启用该功能。

在IR1101上执行以下步骤以启用IOx和Web界面。

BRU_IR1101_20#conf t
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
BRU_IR1101_20(config)#iox
BRU_IR1101_20(config)#ip http server
BRU_IR1101_20(config)#ip http secure-server
BRU_IR1101_20(config)#ip http authentication local
BRU_IR1101_20(config)#username admin privilege 15 password 0 cisco

最后一行添加一个具有15个权限的用户。此用户有权访问Web界面和IOx本地管理器。

2. 配置IOx网络

在访问Web界面之前，让我们添加IOx网络所需的配置。有关IOx的背景信息，请参阅IR1101文档：https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/routers/access/1101/software/configuration/guide/b-cisco-ir1101-scg.html

简而言之，IOx应用可使用VirtualPortGroup0接口与外界通信（与IR809上的Gi2和IR829接口上的Gi5相当）。

BRU_IR1101_20(config)#interface VirtualPortGroup0
BRU_IR1101_20(config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
BRU_IR1101_20(config-if)# ip nat inside
BRU_IR1101_20(config-if)# ip virtual-reassembly
BRU_IR1101_20(config-if)#exit

将VirtualPortGroup0接口配置为内部网络地址转换(NAT)时，需要在Gi 0/0/0接口上添加ip nat outside语句，以允许使用NAT与IOx应用程序进行双向通信：

BRU_IR1101_20(config)#interface gigabitEthernet 0/0/0
BRU_IR1101_20(config-if)#ip nat outside
BRU_IR1101_20(config-if)#ip virtual-reassembly

为了允许访问容器端口9000（可以提供192.168.1.15），您需要添加一个端口转发：

BRU_IR1101_20(config)#$ip nat inside source static tcp 192.168.1.15 9000 interface GigabitEthernet0/0/0 9000

对于本指南，请使用每个IOx应用的静态配置的IP。如果要为应用程序动态分配IP地址，则需要为VirtualPortGroup0子网中的DHCP服务器添加配置。

第3部分。访问本地管理器并部署IOx应用

在将这些行添加到配置后，可以使用Web界面访问IR1101。使用您的浏览器导航至Gi 0/0/0 IP地址，如图所示。

使用步骤1中创建的权限15帐户，以登录Web界面并导航到配置 - IOx（如图所示）。

在IOx本地管理器登录中，使用相同的帐户继续，如图所示。

单击Add New，为IOx应用程序选择名称，然后选择在第1部分中构建的package.tar，如图所示。

上传软件包后，您可以激活它，如图所示。

在Resources选项卡中，打开接口设置以指定要为应用分配的固定IP（如图所示）。

单击OK，然后单击Activate。操作完成后，导航回主Local Manager页面(顶部菜单上的Applications按钮)，然后启动应用程序（如图所示）。

完成这些步骤后，您的应用程序将运行，并可通过使用IR1101的Gi 0/0/0接口通过端口9000使用。

验证

使用本部分可确认配置能否正常运行。

要进行验证，您可以使用端口9000访问IR1101上Gi 0/0/0接口的IP地址。

如果一切顺利的话，这将会显示，就像在Python脚本中创建的一样。

故障排除

本部分提供了可用于对配置进行故障排除的信息。

为了排除故障，您可以使用本地管理器检查您在Python脚本中创建的日志文件。

导航到应用，点击iox_web应用上的管理，然后选择日志选项卡，如图所示。