前言

        众所周知，鱼香ros的一键安装脚本中，有 docker+ros 的选项，虽然你大家都会配环境了，但对于很多调ros的同学，docker是一个很陌生的东西。事实上，docker是一个能大大简化配环境过程的革命性工具，本文针对学习机器人开发的同学的需求，对docker的基本概念和用法做简要介绍，并解决通过鱼香ros创建的docker+ros无法读取串口设备与无法进行局域网通信的问题。

        基于本文的讲解视频如下，结合视频学习效果更佳！

【TODO:录好视频之后放上视频地址】

调ros的人虽然没必要精通docker，但对docker需要有一些最基本的理解，我总结如下：

1. 基本概念：docker是虚拟机的青春版，运行起来的青春版虚拟机称为容器（container，注意容器这个词，这个词会在本文频繁出现），因为其不虚拟硬件，只虚拟linux内核和文件系统，所以性能远高于虚拟机。

2. 创建容器：docker run是把一个别人提供的镜像运行成一个容器（这个过程相当于类的实例化，其中镜像相当于类，容器相当于对象）。如果想让容器有特殊的功能（包括挂载设备，同步文件夹下的文件）都需要在docker run的时候配置相应的参数，一经配置，无法更改。

3. 文件系统：docker容器内的文件系统与宿主机的文件系统“一般”是毫无关系的。至于为什么fishros创建的ros容器能访问物理机的主目录，因为docker有 volumn 机制，可完成宿主机与容器之间文件的实时同步，这个 volumn 就需要在docker run 的时候进行配置。

4. 软件应用：docker容器内安装的应用也和宿主机互不影响，无论是通过源码编译安装还是apt二进制安装的应用都需要从头安装。

5. 挂载USB设备：ubuntu的 /dev文件夹存放了所有的设备，只有在 docker run的时候为容器挂载设备，才能在容器中访问到这些设备。

6. fishros相关：fishros安装的docker能通过容器名运行容器，是对docker命令的又一次封装。

注：本文将针对上述结论进行详细讲解~

1.前提

        给非root的用户uart权限，否则之后的运行都报错

2.docker指令解说

        使用docker run 指令可以创建容器。

        docker run是把一个镜像创建成一个容器（这个过程相当于类的实例化，其中镜像相当于类，容器相当于对象）。这里的镜像一般是别人提供好的，如ros官方的docker镜像，也可以自己制作。特殊的功能（包括挂载设备，同步目录）都需要在docker run的时候添加相应的参数。

        每个容器只能被实例化一次，如果再次运行docker run，会创建一个新的容器，与之前创建的容器独立存在，互不影响。实例化后，则可通过docker exec 进入容器。

        一个最平平无奇的创建容器的指令需要包括容器名与镜像名，如下：

其中的 -dit 是 -d -i -t 的结合，是一些命令行参数，这个不用管，每次都带上就行。

        fishros本质上就是根据你的选择运行对应的命令行指令，fishros运行的docker创建容器指令如下，我先把他copy下来供大家观赏一下，之后将详细解析。

相比最基础的创建容器指令，这个指令添加了很多初始化配置信息。

        这一长串命令涉及几条特别重要的配置：

• -v volumn 通道。一般而言，docker容器内与宿主机的文件系统是单独存在，互不干扰的，而使用volumn，就可以将两者的指定文件夹内的文件实时同步，例如-v /home/[your_username]:/home/[your_username]这一句，把主目录直接同步到容器内了，那么你在宿主机改完代码就不需要再粘贴到容器内，在容器内也不需要想着过一会就备份一份代码了，非常方便。

• --device 挂载设备，--device /dev/snd这一句是挂载声卡的设备，其实ubuntu的所有外围设备，比如摄像头，USB设备，GPU，声卡等都在 /dev 文件夹下，/dev下的文件夹与物理意义的外围设备是一一对应的关系。把宿主机相应文件夹同步到容器内，容器就可以访问到宿主机相应的硬件设备了。

• -e 设置环境变量。 -e DISPLAY=unix$DISPLAY这一句是专门和显示相关的，指定容器内显示的相关端口，如果不加这一句，就只能在容器中运行命令行程序，无法打开容器中的 gedit rviz gazebo ros小乌龟等窗口形式的应用程序。加这一句之后还需要每次开机在宿主机的终端里运行一句 xhost +local: >> /dev/null 命令，来打开宿主机的相关服务，才能在容器中正常使用窗口化应用程序。

        举一反三，对于上述命令中的： -v /dev/dri:/dev/dri，他和  --device /dev/dri 是完全等价的。

3.容器挂载USB设备

        docker容器如果想要访问到宿主机的设备，比如插在USB接口上的串口转TTL模块（如CH340），需要在docker run 运行容器的时候把CH340挂载到容器上。这个是一个巨坑，因为fishros给你创建容器的时候并没有挂载USB设备，所以这个得你自己捣鼓。

        如第二节所述，不就是挂载设备嘛，加上一句 --device /dev/ttyUSB0  不就行了吗？这么说docker run 的指令就可以写成如下这种形式：

        但是这种写法不够灵活，初学者不推荐使用。为什么呢？因为你这么做需要确保你创建容器与进入容器的全过程中USB口上是插有CH340的（即在/dev文件夹下能找到ttyUSB0），否则docker就会报错说找不到设备。

        这种一般适合什么人用呢？产品级的机器人，比如稚晖君的哪吒！这种机器人一般内部机载电脑的接线已经完全确定，并且早就用外壳把电路部分封死到里面了，此时是可以确定机载电脑只要是开机的， ttyUSB0 就一定已经连到机载电脑上了。那当然这么运行自然是没有问题的。

        至于像咱们普普通通的学生，串口摄像头键鼠显示屏啥的都瞎几把插，绝对不推荐这么用，有更好的选择，还是往下看吧。。。。。。

        推荐写法如下，-v /dev:/dev 直接把宿主机的 /dev 文件夹全部通过volumn同步到容器里，简单粗暴，全部宿主机的device都会直接挂载到容器中。

        此乃究极解决方案，最终命令如下：

注意这里的 --privileged 相当于给了容器操作宿主机的管理员权限，必须加上。

        其中，--privileged 与-v/dev:/dev 这两句是精髓，关于--device的命令多余去掉即可，其他命令和fishros保持一致。

        网上有的博客说这么做不安全，那都是说给互联网专业的，学javaweb的人听的，咱们学机器人的不用管。

        另外，--net=host 这个配置先按下不表，下文再说。

4 容器内局域网通信

        众所周知，ros可以很便捷地在局域网内进行多机通信，尤其是ros2甚至可以称为零配置无缝衔接。那么，在docker容器内中的ros是否还有这种优势呢？

事实上，通过在docker run的时候进行配置，可以完成docker容器内ros同样无缝局域网通信。其实这也是第二个巨坑，因为fishros给你创建的容器的时候同样没考虑这个问题。

        第三节有一个没有介绍的参数：--net=host 。这个参数意思就是让容器与宿主机的网络以host模式连接，host模式下，容器没有自己独立的网络空间，而是完全依附与宿主机的网络空间，所以和局域网下其他机器通信当然没有问题了。docker的host模式可以类比虚拟机的桥接模式。（如果你没听说过桥接模式，当我没说）

        网上也有的博客说这么做不安全，那都是说给互联网专业的，学web的人听的，咱们学机器人的不用管。

5 更改已创建容器的配置的方法

        由上述可知，docker容器只有在docker run 的时候才能决定该容器的配置，一旦创建好则不可更改。如果你先前通过fishros建立好了docker容器，并且已经在里面仿真开发了很长时间，现在遇到了实物实验连不上USB，或者连不上局域网内别的机器的问题，应该怎么更改之前创建好的容器的配置呢？

        咱们需要：先把原来的容器打包成一个镜像，然后再用docker run指令把刚刚打包好的镜像运行成一个新的容器，这样新的容器和原来的容器是完全一样的，差别只是你在 docker run 的时候添加上的挂载/dev设备和关于网络的配置。

        接下来，我们就实操一下。

        docker将容器打包成镜像的命令如下：

        例如，咱们把名称为noetic1的容器打包成一个叫ltdz的镜像，标签名瞎起一个就行了：

        然后查看是否打包成功，列举本地的所有镜像：

        若有你刚才打包的那个，说明打包成功。

        最后将这个镜像运行起来，命令与第三节的究极解决方案保持一致，并将镜像名改成你刚才打包成的那个镜像名：

        最后，docker，启动！！！赢！结束！

6 补充：fishros的奇技淫巧与容器内使用可视化窗口应用的细节

        你也许比较纳闷，docker进入容器的命令不是 docker exec 吗，为什么使用fishros创建的docker容器，直接输入容器名，就可以进去呢？

        这就属于fishros的奇技淫巧了，如果你之前使用fishros创建了一个容器，你可以打开宿主机下的~/.bashrc文件，看看有没有这么一句话：

然后你跟随这个路径前往宿主机的~/.fishros/bin/ 文件夹，看看有没有一个和你容器名一模一样的文件：

如果有，你用记事本打开他看看他长啥样，是不是挺熟悉的？聪明的你是不是不需要再解释了？

        这里面的第一句话 xhost +local: >> /del/null，需要引起格外的关注。还记得上文说的吗，这句话是打开宿主机的显示服务，让容器内的窗口化应用程序能显示出来的。这其实是第三个巨坑，但是这是唯一一个fishros已经帮你解决的坑。如果咱们自己创建了一个容器，就需要每次开机手动输一遍这句话。当然，直接把这句话写到.bashrc里是一个不错的选择，每次启动终端他都会自动运行一遍，就完美解决了。

结语

        也许折腾这么一大堆你会感觉docker非常繁琐，但不知道你有没有注意到，使用docker安装ros根本没有敲一连串的繁琐的命令，你做的只是把别人提供给你的镜像下载下来，并docker run 成了自己的容器而已。这就是docker最大的优势，docker将配环境变成了一个共享式的工作。

        fishros官方给你提供了一个安装好ros的镜像，你下载下来直接docker run，就不需要在这个容器中安装ros了。那么有没有一种可能，你在这个镜像的基础上安装一些别的东西，比如gedit mysql python pytorch tensorflow tensorrt java cmake gcc gdb opencv，然后再打包成自己的镜像发布出去，别人拿到你的镜像之后直接docker run，你已经安装好的那一堆东西，别人也再也不需要管了。这种体验是奇妙的，对于量产化的配环境工作是革命的（尤其对于互联网行业）。希望大家都能掌握这个革命性的工具。

参考文献

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

深入了解docker推荐尚硅谷的教程： 尚硅谷在B站的docker教程

题外话

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