前言

????????眾所周知，魚香ros的一鍵安裝腳本中，有 docker+ros 的選項(xiàng)，雖然你大家都會(huì)配環(huán)境了，但對于很多調(diào)ros的同學(xué)，docker是一個(gè)很陌生的東西。事實(shí)上，docker是一個(gè)能大大簡化配環(huán)境過程的革命性工具，本文針對學(xué)習(xí)機(jī)器人開發(fā)的同學(xué)的需求，對docker的基本概念和用法做簡要介紹，并解決通過魚香ros創(chuàng)建的docker+ros無法讀取串口設(shè)備與無法進(jìn)行局域網(wǎng)通信的問題。

????????基于本文的講解視頻如下，結(jié)合視頻學(xué)習(xí)效果更佳！

【TODO:錄好視頻之后放上視頻地址】

調(diào)ros的人雖然沒必要精通docker，但對docker需要有一些最基本的理解，我總結(jié)如下：

1. 基本概念：docker是虛擬機(jī)的青春版，運(yùn)行起來的青春版虛擬機(jī)稱為容器（container，注意容器這個(gè)詞，這個(gè)詞會(huì)在本文頻繁出現(xiàn)），因?yàn)槠洳惶摂M硬件，只虛擬linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)，所以性能遠(yuǎn)高于虛擬機(jī)。

2. 創(chuàng)建容器：docker run是把一個(gè)別人提供的鏡像運(yùn)行成一個(gè)容器（這個(gè)過程相當(dāng)于類的實(shí)例化，其中鏡像相當(dāng)于類，容器相當(dāng)于對象）。如果想讓容器有特殊的功能（包括掛載設(shè)備，同步文件夾下的文件）都需要在docker run的時(shí)候配置相應(yīng)的參數(shù)，一經(jīng)配置，無法更改。

3. 文件系統(tǒng)：docker容器內(nèi)的文件系統(tǒng)與宿主機(jī)的文件系統(tǒng)“一般”是毫無關(guān)系的。至于為什么fishros創(chuàng)建的ros容器能訪問物理機(jī)的主目錄，因?yàn)?/span>docker有 volumn 機(jī)制，可完成宿主機(jī)與容器之間文件的實(shí)時(shí)同步，這個(gè) volumn 就需要在docker run 的時(shí)候進(jìn)行配置。

4. 軟件應(yīng)用：docker容器內(nèi)安裝的應(yīng)用也和宿主機(jī)互不影響，無論是通過源碼編譯安裝還是apt二進(jìn)制安裝的應(yīng)用都需要從頭安裝。

5. 掛載USB設(shè)備：ubuntu的 /dev文件夾存放了所有的設(shè)備，只有在 docker run的時(shí)候?yàn)槿萜鲯燧d設(shè)備，才能在容器中訪問到這些設(shè)備。

6. fishros相關(guān)：fishros安裝的docker能通過容器名運(yùn)行容器，是對docker命令的又一次封裝。

注：本文將針對上述結(jié)論進(jìn)行詳細(xì)講解~

1.前提

????????給非root的用戶uart權(quán)限，否則之后的運(yùn)行都報(bào)錯(cuò)

2.docker指令解說

????????使用docker run 指令可以創(chuàng)建容器。

????????docker run是把一個(gè)鏡像創(chuàng)建成一個(gè)容器（這個(gè)過程相當(dāng)于類的實(shí)例化，其中鏡像相當(dāng)于類，容器相當(dāng)于對象）。這里的鏡像一般是別人提供好的，如ros官方的docker鏡像，也可以自己制作。特殊的功能（包括掛載設(shè)備，同步目錄）都需要在docker run的時(shí)候添加相應(yīng)的參數(shù)。

????????每個(gè)容器只能被實(shí)例化一次，如果再次運(yùn)行docker run，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的容器，與之前創(chuàng)建的容器獨(dú)立存在，互不影響。實(shí)例化后，則可通過docker exec 進(jìn)入容器。

????????一個(gè)最平平無奇的創(chuàng)建容器的指令需要包括容器名與鏡像名，如下：

其中的 -dit 是 -d -i -t 的結(jié)合，是一些命令行參數(shù)，這個(gè)不用管，每次都帶上就行。

????????fishros本質(zhì)上就是根據(jù)你的選擇運(yùn)行對應(yīng)的命令行指令，fishros運(yùn)行的docker創(chuàng)建容器指令如下，我先把他copy下來供大家觀賞一下，之后將詳細(xì)解析。

相比最基礎(chǔ)的創(chuàng)建容器指令，這個(gè)指令添加了很多初始化配置信息。

????????這一長串命令涉及幾條特別重要的配置：

• -v volumn 通道。一般而言，docker容器內(nèi)與宿主機(jī)的文件系統(tǒng)是單獨(dú)存在，互不干擾的，而使用volumn，就可以將兩者的指定文件夾內(nèi)的文件實(shí)時(shí)同步，例如-v /home/[your_username]:/home/[your_username]這一句，把主目錄直接同步到容器內(nèi)了，那么你在宿主機(jī)改完代碼就不需要再粘貼到容器內(nèi)，在容器內(nèi)也不需要想著過一會(huì)就備份一份代碼了，非常方便。

• --device 掛載設(shè)備，--device /dev/snd這一句是掛載聲卡的設(shè)備，其實(shí)ubuntu的所有外圍設(shè)備，比如攝像頭，USB設(shè)備，GPU，聲卡等都在 /dev 文件夾下，/dev下的文件夾與物理意義的外圍設(shè)備是一一對應(yīng)的關(guān)系。把宿主機(jī)相應(yīng)文件夾同步到容器內(nèi)，容器就可以訪問到宿主機(jī)相應(yīng)的硬件設(shè)備了。

• -e 設(shè)置環(huán)境變量。 -e DISPLAY=unix$DISPLAY這一句是專門和顯示相關(guān)的，指定容器內(nèi)顯示的相關(guān)端口，如果不加這一句，就只能在容器中運(yùn)行命令行程序，無法打開容器中的 gedit rviz gazebo ros小烏龜?shù)却翱谛问降膽?yīng)用程序。加這一句之后還需要每次開機(jī)在宿主機(jī)的終端里運(yùn)行一句 xhost +local: >> /dev/null 命令，來打開宿主機(jī)的相關(guān)服務(wù)，才能在容器中正常使用窗口化應(yīng)用程序。

????????舉一反三，對于上述命令中的： -v /dev/dri:/dev/dri，他和 ?--device /dev/dri 是完全等價(jià)的。

3.容器掛載USB設(shè)備

????????docker容器如果想要訪問到宿主機(jī)的設(shè)備，比如插在USB接口上的串口轉(zhuǎn)TTL模塊（如CH340），需要在docker run 運(yùn)行容器的時(shí)候把CH340掛載到容器上。這個(gè)是一個(gè)巨坑，因?yàn)閒ishros給你創(chuàng)建容器的時(shí)候并沒有掛載USB設(shè)備，所以這個(gè)得你自己搗鼓。

????????如第二節(jié)所述，不就是掛載設(shè)備嘛，加上一句 --device /dev/ttyUSB0 ?不就行了嗎？這么說docker run 的指令就可以寫成如下這種形式：

????????但是這種寫法不夠靈活，初學(xué)者不推薦使用。為什么呢？因?yàn)槟氵@么做需要確保你創(chuàng)建容器與進(jìn)入容器的全過程中USB口上是插有CH340的（即在/dev文件夾下能找到ttyUSB0），否則docker就會(huì)報(bào)錯(cuò)說找不到設(shè)備。

????????這種一般適合什么人用呢？產(chǎn)品級的機(jī)器人，比如稚暉君的哪吒！這種機(jī)器人一般內(nèi)部機(jī)載電腦的接線已經(jīng)完全確定，并且早就用外殼把電路部分封死到里面了，此時(shí)是可以確定機(jī)載電腦只要是開機(jī)的， ttyUSB0 就一定已經(jīng)連到機(jī)載電腦上了。那當(dāng)然這么運(yùn)行自然是沒有問題的。

????????至于像咱們普普通通的學(xué)生，串口攝像頭鍵鼠顯示屏啥的都瞎幾把插，絕對不推薦這么用，有更好的選擇，還是往下看吧。。。。。。

????????推薦寫法如下，-v /dev:/dev 直接把宿主機(jī)的 /dev 文件夾全部通過volumn同步到容器里，簡單粗暴，全部宿主機(jī)的device都會(huì)直接掛載到容器中。

????????此乃究極解決方案，最終命令如下：

注意這里的 --privileged 相當(dāng)于給了容器操作宿主機(jī)的管理員權(quán)限，必須加上。

????????其中，--privileged 與-v/dev:/dev 這兩句是精髓，關(guān)于--device的命令多余去掉即可，其他命令和fishros保持一致。

????????網(wǎng)上有的博客說這么做不安全，那都是說給互聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的，學(xué)javaweb的人聽的，咱們學(xué)機(jī)器人的不用管。

????????另外，--net=host 這個(gè)配置先按下不表，下文再說。

4 容器內(nèi)局域網(wǎng)通信

????????眾所周知，ros可以很便捷地在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行多機(jī)通信，尤其是ros2甚至可以稱為零配置無縫銜接。那么，在docker容器內(nèi)中的ros是否還有這種優(yōu)勢呢？

事實(shí)上，通過在docker run的時(shí)候進(jìn)行配置，可以完成docker容器內(nèi)ros同樣無縫局域網(wǎng)通信。其實(shí)這也是第二個(gè)巨坑，因?yàn)閒ishros給你創(chuàng)建的容器的時(shí)候同樣沒考慮這個(gè)問題。

????????第三節(jié)有一個(gè)沒有介紹的參數(shù)：--net=host 。這個(gè)參數(shù)意思就是讓容器與宿主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)以host模式連接，host模式下，容器沒有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)空間，而是完全依附與宿主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)空間，所以和局域網(wǎng)下其他機(jī)器通信當(dāng)然沒有問題了。docker的host模式可以類比虛擬機(jī)的橋接模式。（如果你沒聽說過橋接模式，當(dāng)我沒說）

????????網(wǎng)上也有的博客說這么做不安全，那都是說給互聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的，學(xué)web的人聽的，咱們學(xué)機(jī)器人的不用管。

5 更改已創(chuàng)建容器的配置的方法

????????由上述可知，docker容器只有在docker run 的時(shí)候才能決定該容器的配置，一旦創(chuàng)建好則不可更改。如果你先前通過fishros建立好了docker容器，并且已經(jīng)在里面仿真開發(fā)了很長時(shí)間，現(xiàn)在遇到了實(shí)物實(shí)驗(yàn)連不上USB，或者連不上局域網(wǎng)內(nèi)別的機(jī)器的問題，應(yīng)該怎么更改之前創(chuàng)建好的容器的配置呢？

????????咱們需要：先把原來的容器打包成一個(gè)鏡像，然后再用docker run指令把剛剛打包好的鏡像運(yùn)行成一個(gè)新的容器，這樣新的容器和原來的容器是完全一樣的，差別只是你在 docker run 的時(shí)候添加上的掛載/dev設(shè)備和關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的配置。

????????接下來，我們就實(shí)操一下。

????????docker將容器打包成鏡像的命令如下：

????????例如，咱們把名稱為noetic1的容器打包成一個(gè)叫l(wèi)tdz的鏡像，標(biāo)簽名瞎起一個(gè)就行了：

????????然后查看是否打包成功，列舉本地的所有鏡像：

????????若有你剛才打包的那個(gè)，說明打包成功。

????????最后將這個(gè)鏡像運(yùn)行起來，命令與第三節(jié)的究極解決方案保持一致，并將鏡像名改成你剛才打包成的那個(gè)鏡像名：

????????最后，docker，啟動(dòng)?。?！贏！結(jié)束！

6 補(bǔ)充：fishros的奇技淫巧與容器內(nèi)使用可視化窗口應(yīng)用的細(xì)節(jié)

????????你也許比較納悶，docker進(jìn)入容器的命令不是?docker exec 嗎，為什么使用fishros創(chuàng)建的docker容器，直接輸入容器名，就可以進(jìn)去呢？

????????這就屬于fishros的奇技淫巧了，如果你之前使用fishros創(chuàng)建了一個(gè)容器，你可以打開宿主機(jī)下的~/.bashrc文件，看看有沒有這么一句話：

然后你跟隨這個(gè)路徑前往宿主機(jī)的~/.fishros/bin/ 文件夾，看看有沒有一個(gè)和你容器名一模一樣的文件：

如果有，你用記事本打開他看看他長啥樣，是不是挺熟悉的？聰明的你是不是不需要再解釋了？

????????這里面的第一句話 xhost +local: >> /del/null，需要引起格外的關(guān)注。還記得上文說的嗎，這句話是打開宿主機(jī)的顯示服務(wù)，讓容器內(nèi)的窗口化應(yīng)用程序能顯示出來的。這其實(shí)是第三個(gè)巨坑，但是這是唯一一個(gè)fishros已經(jīng)幫你解決的坑。如果咱們自己創(chuàng)建了一個(gè)容器，就需要每次開機(jī)手動(dòng)輸一遍這句話。當(dāng)然，直接把這句話寫到.bashrc里是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，每次啟動(dòng)終端他都會(huì)自動(dòng)運(yùn)行一遍，就完美解決了。

結(jié)語

????????也許折騰這么一大堆你會(huì)感覺docker非常繁瑣，但不知道你有沒有注意到，使用docker安裝ros根本沒有敲一連串的繁瑣的命令，你做的只是把別人提供給你的鏡像下載下來，并docker run 成了自己的容器而已。這就是docker最大的優(yōu)勢，docker將配環(huán)境變成了一個(gè)共享式的工作。

????????fishros官方給你提供了一個(gè)安裝好ros的鏡像，你下載下來直接docker run，就不需要在這個(gè)容器中安裝ros了。那么有沒有一種可能，你在這個(gè)鏡像的基礎(chǔ)上安裝一些別的東西，比如gedit mysql python pytorch tensorflow tensorrt java cmake gcc gdb opencv，然后再打包成自己的鏡像發(fā)布出去，別人拿到你的鏡像之后直接docker run，你已經(jīng)安裝好的那一堆東西，別人也再也不需要管了。這種體驗(yàn)是奇妙的，對于量產(chǎn)化的配環(huán)境工作是革命的（尤其對于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)）。希望大家都能掌握這個(gè)革命性的工具。

參考文獻(xiàn)

docker容器打包成鏡像： https://blog.csdn.net/qq_14945437/article/details/106135369

深入了解docker推薦尚硅谷的教程：?尚硅谷在B站的docker教程

題外話

????????2023年8月17號(hào)之前 epic可以免費(fèi)領(lǐng)取 歐陸風(fēng)云4?。?！這是個(gè)和鋼鐵雄心4一模一樣的P社游戲，只不過時(shí)間放在了1400奧斯曼崛起~1800法國大革命期間。親愛的寶哥老早就推薦我玩玩這個(gè)游戲，還好沒買，不然血虧。對近代世界歷史感興趣的同學(xué)趕緊抓緊時(shí)間白嫖吧！