一、ROS的三种镜像

1.1 ROS的官方镜像：osrf/ros

官网：https://hub.docker.com/r/osrf/ros
这个镜像是ROS官方的镜像，包含各个版本的ROS以及ROS2，然而这个镜像无法打开RVIZ和Gazebo，因此不推荐使用该镜像！

为了解决镜像中无法使用RVIZ和Gazebo的问题，衍生出两种解决方法，一种是在镜像中安装图形显卡驱动，如nvidia/opengl，或将图形数据输出如VNC，来显示图形化界面；另一种是通过安装GUI桌面组件来显示图形化界面，如xfce4和LXDE。

1.2 不含桌面组件的ROS镜像

通过nvidia/opengl或VNC来显示图形化界面的优点在于不需要引出额外的桌面环境，镜像较小，缺点是VNC有些图形化的组件仍然会缺失，如运行Gazebo会报ALSA错，并且nvidia/opengl与显卡种类相关，如没有NVIDIA的显卡，就无法使用nvidia/opengl作为图形化驱动。

如果仅是运行代码测试，不深度使用Gazebo，该类镜像还是可以使用的，主要优点就是镜像较小，可以使用这类镜像。

1.3 含桌面组件的ROS镜像

常见的桌面环境，如xfce4，其可以一个提供轻量级桌面环境； LXDE，全名为Lightweight X11 Desktop Environment，也是一个开源桌面环境。

所有的ROS的镜像都是从ubuntu的镜像开始构建，如FROM ubuntu:18.04，此类镜像是不含GUI桌面组件，添加桌面组件后，即可运行含有GUI界面的程序，不仅仅是RVIZ和Gazebo，因此推荐使用此类镜像作为自己配置的环境。

1.4 分类参考（选读）

ubuntu GUI界面显示的解决方式有三种
三种介绍：
https://www.cnblogs.com/panpanwelcome/p/12877902.html
https://blog.csdn.net/sirobot/article/details/106836332

原理：https://www.cnblogs.com/panpanwelcome/p/12877902.html

1.是通过vnc，可以直接用ubuntu的镜像
vnc是作为中介，把在宿主机打开，所以docker里面不涉及到gui，本质是调用外界gui。
https://blog.csdn.net/zkk9527/article/details/121159353

2.是采用xserver，需要nvidia的镜像
内置驱动，在docker里面打开，把数据流传输出来，本质是在里面打开gui。

3.直接ip传输
https://blog.csdn.net/wzw_mzm/article/details/70916202

二、构建不含桌面组件的ROS镜像

容器要使用NVIDIA图形化界面，必须安装nvidia-container-toolkit套件，以下操作都是在宿主机上进行

添加nvidia-container-toolkit的源

distribution=$(. /etc/os-release;echo $ID$VERSION_ID) \
   && curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/gpgkey | sudo apt-key add - \
   && curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/$distribution/nvidia-docker.list | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/nvidia-docker.list

安装nvidia-container-toolkit

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y nvidia-container-toolkit
sudo systemctl restart docker

然后安装不同ROS版本

2.1 ROS kinetic版本（ubuntu16.04）

2.1.1 创建Dockerfile文件，构建镜像

kinetic版本主要参考了这位博主：https://blog.csdn.net/zdegrh_2/article/details/102936547

osrf/ros:kinetic无法运行gazebo和rviz，必须要引入glvnd构建Dockerfile，才能正常使用其中的RVIZ和Gazebo这种图形化界面。

构建ros的镜像需要从本地copy一个名为10_nvidia.json的文件到镜像中。

①新建10_nvidia.json文件：

{
    "file_format_version" : "1.0.0",
    "ICD" : {
        "library_path" : "libEGL_nvidia.so.0"
    }
}

②新建Dockerfile文件：

ARG from
 
FROM nvidia/opengl:1.0-glvnd-runtime-ubuntu16.04  as glvnd
FROM osrf/ros:kinetic-desktop-full
 
COPY --from=glvnd /usr/local/lib/x86_64-linux-gnu /usr/local/lib/x86_64-linux-gnu
COPY --from=glvnd /usr/local/lib/i386-linux-gnu /usr/local/lib/i386-linux-gnu
 
COPY 10_nvidia.json /usr/local/share/glvnd/egl_vendor.d/10_nvidia.json
 
RUN echo '/usr/local/lib/x86_64-linux-gnu' >> /etc/ld.so.conf.d/glvnd.conf && \
    echo '/usr/local/lib/i386-linux-gnu' >> /etc/ld.so.conf.d/glvnd.conf && \
    ldconfig
 
ENV LD_LIBRARY_PATH /usr/local/lib/x86_64-linux-gnu:/usr/local/lib/i386-linux-gnu${LD_LIBRARY_PATH:+:${LD_LIBRARY_PATH}}
 
# nvidia-container-runtime
ENV NVIDIA_VISIBLE_DEVICES \
    ${NVIDIA_VISIBLE_DEVICES:-all}
ENV NVIDIA_DRIVER_CAPABILITIES \
    ${NVIDIA_DRIVER_CAPABILITIES:+$NVIDIA_DRIVER_CAPABILITIES,}graphics
 
RUN apt-get update && \
    apt-get install -y \
    build-essential \
    libgl1-mesa-dev \
    libglew-dev \
    libsdl2-dev \
    libsdl2-image-dev \
    libglm-dev \
    libfreetype6-dev \
    libglfw3-dev \
    libglfw3 \
    libglu1-mesa-dev \
    freeglut3-dev \
    dbus

③生成镜像
创建好Dockerfile之后，通过docker build命令来创建镜像，该命令首先会上传Dockerfile文件给Docker服务器端，服务器端将逐行执行Dockerfile中定义的指令。

通常建议放置Dockerfile的目录为空目录。另外可以在目录下创建.dockerignore文件，让Docker忽略路径下的文件和目录，这一点与Git中的配置很相似。

通过 -t 指定镜像的标签信息，例如：docker build -t regenzm:first_image . ，注意最后一个.指定的是Dockerfile所在的路径。
docker build . -t ros:kinetic

注意该命令要求，Dockerfile文件名称必须严格为Dockerfile，否则要添加-f选项指定文件名称，如：
docker build -f xx -t ros:kinetic

其中xx为文件名称，如果出现权限问题，则需要新建一个文件夹，把10_nvidia.json和Dockerfile文件方进去，重新执行构建命令。

2.1.2 Dockerfile文件解析

整个Dockerfile分为五个部分：
①引入基础镜像

ARG from
 
FROM nvidia/opengl:1.0-glvnd-runtime-ubuntu16.04  as glvnd
FROM osrf/ros:kinetic-desktop-full

有多个FROM，以最后一个为准。将NVIDIA的镜像作为别名glvnd。然后进入到ROS官方镜像环境中，从

②拷贝图形化镜像文件

COPY --from=glvnd /usr/local/lib/x86_64-linux-gnu /usr/local/lib/x86_64-linux-gnu
COPY --from=glvnd /usr/local/lib/i386-linux-gnu /usr/local/lib/i386-linux-gnu
 
COPY 10_nvidia.json /usr/local/share/glvnd/egl_vendor.d/10_nvidia.json

从NVIDIA镜像中拷贝文件x86_64-linux-gnu和i386-linux-gnu到ROS官方镜像中对应路径中，把本地新建的文件也拷贝进去（这个文件是NVIDIA官方提供的，具体见https://gitlab.com/nvidia/container-images/opengl/-/tree/ubuntu16.04/glvnd/runtime），这些文件都是图形显示所需的可执行文件。

③链接可执行文件

RUN echo '/usr/local/lib/x86_64-linux-gnu' >> /etc/ld.so.conf.d/glvnd.conf && \
    echo '/usr/local/lib/i386-linux-gnu' >> /etc/ld.so.conf.d/glvnd.conf && \
    ldconfig

先把配置文件路径保存到.conf文件中，然后链接对应的可执行文件。

④设置环境变量

ENV LD_LIBRARY_PATH /usr/local/lib/x86_64-linux-gnu:/usr/local/lib/i386-linux-gnu${LD_LIBRARY_PATH:+:${LD_LIBRARY_PATH}}
 
# nvidia-container-runtime
ENV NVIDIA_VISIBLE_DEVICES \
    ${NVIDIA_VISIBLE_DEVICES:-all}
ENV NVIDIA_DRIVER_CAPABILITIES \
    ${NVIDIA_DRIVER_CAPABILITIES:+$NVIDIA_DRIVER_CAPABILITIES,}graphics

设置NVIDIA显卡驱动的环境变量

⑤安装一些包

RUN apt-get update && \
    apt-get install -y \
    build-essential \
    libgl1-mesa-dev \
    libglew-dev \
    libsdl2-dev \
    libsdl2-image-dev \
    libglm-dev \
    libfreetype6-dev \
    libglfw3-dev \
    libglfw3 \
    libglu1-mesa-dev \
    freeglut3-dev \
    dbus

其中最后一个包dbus是图形化显示所必须的包！

2.1.3 拉取镜像命令

docker pull xxx
xhost + 在宿主机上运行显示界面的映射
docker run --gpus all -ti --name ros_kinetic -e DISPLAY --env="QT_X11_NO_MITSHM=1" -v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix ros:kinetic /bin/bash

2.2 ROS melodic版本(ubuntu18.04)

2.2.1 创建Dockerfile文件，构建镜像

melodic版本主要参考了这位博主：https://blog.csdn.net/liuqixuan1994/article/details/114089786

与ros kinetic类似，osrf/ros:kinetic无法运行gazebo和rviz，必须要引入glvnd构建Dockerfile，才能正常使用其中的RVIZ和Gazebo这种图形化界面。

①新建Dockerfile文件

# FROM ubuntu:18.04
FROM nvidia/cudagl:10.2-base-ubuntu18.04
LABEL Description="A Dockerfile to setup $RES_NAME:$TAG" Author="liuqixuan" Version="1.0"
# Official sources.list
#ARG sourcelist="http://packages.ros.org/ros/ubuntu"
# Mirrors sources.list
# ARG sourcelist="http://mirrors.ustc.edu.cn/ros/ubuntu/"
ARG sourcelist="http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/"
# ARG sourcelist="http://mirrors.sjtug.sjtu.edu.cn/ros/ubuntu/"
ARG workdir="/root/catkin_ws"
ARG DEBIAN_FRONTEND=noninteractive
ARG APT_KEY_DONT_WARN_ON_DANGEROUS_USAGE=YES
ENV XDG_RUNTIME_DIR="/tmp/runtime-root"

RUN set -x \
    && apt-get update \
    && apt install apt-transport-https \
    && apt install ca-certificates \
    && apt update \
    && cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak \
    && echo "deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse" > /etc/apt/sources.list \
    && echo "deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse" >> /etc/apt/sources.list \
    && echo "deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse" >> /etc/apt/sources.list \
    && echo "deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse" >> /etc/apt/sources.list \
    && apt-get update \
    && apt-get install -y --no-install-recommends apt-utils gnupg2 curl vim git xarclock \
    && sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb \${sourcelist} \${DISTRIB_CODENAME} main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' \
    && apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 \
    && apt-get update \
    && apt-get install -y ros-melodic-desktop-full \
    && echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc \
    && bash -c '. ~/.bashrc'
RUN apt-get install -y python-rosdep python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential
RUN apt-get install dbus

RUN echo "185.199.111.133 raw.githubusercontent.com" >> /etc/hosts

#RUN rosdep init \
#    && rosdep update

#RUN useradd noroot -u 1000 -s /bin/bash \
#    && echo "user added!"
#USER noroot
#USER root
#SHELL ["/bin/bash", "-c"]

RUN apt-get autoremove -y \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/* \
    && mkdir \${XDG_RUNTIME_DIR} && chmod 700 \${XDG_RUNTIME_DIR} \
    && mkdir \${workdir} \
    && set +x
WORKDIR \${workdir}
ENTRYPOINT ["/bin/bash"]

②构建镜像
docker build . -t ros:melodic
与kinetic版本一样，注意文件名称和权限问题。

③进入镜像
docker run --gpus all -it --name kinetic -e DISPLAY --env="QT_X11_NO_MITSHM=1" -v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix ros:melodic /bin/bash

④修改gazebo报错
构建好的镜像可以打开rviz，但是打开gazebo会报错，[Err] [REST.cc:205] Error in REST request，此时进入容器的/root目录下（也是～/目录），修改：.ignition/fuel/config.yaml文件：
将
url: [https://api.ignitionfuel.org]
改为
url: [https://api.ignitionrobotics.org]
注意空格对齐，否则也汇报错

⑤gazebo的warning，可以暂时不用管
打开gazebo会提示ALSA 问题，
ALSA是声卡驱动一种，是微软的WSL组件，gazebo中用到了这个，其中无法解决ALSA声卡组件问题，查看了ubuntu的目录，在/dev/snd目录下没有建立相关的文件节点，所以肯定是找不到的，又好像是openal的问题，相当于ubuntu系统没有安装声卡驱动，但是测试gazebo是没有问题的，暂时忽略。
gazebo中ALSA报错分析
https://bbs.csdn.net/topics/390175774
ls /dev/snd
在宿主机里有输出，在docker里面没有。

openal声卡
https://www.cnblogs.com/8335IT/p/12155179.html

wsl问题的issue
https://github.com/microsoft/WSL/issues/3644
https://github.com/microsoft/wslg/issues/634
猜测是docker安装的ubuntu镜像不完整，或者opengl驱动不完整造成的。

2.2.2 Dockerfile文件解析

①基础镜像与ROS软件源设置

# FROM ubuntu:18.04
FROM nvidia/cudagl:10.2-base-ubuntu18.04
LABEL Description="A Dockerfile to setup $RES_NAME:$TAG" Author="liuqixuan" Version="1.0"
# Official sources.list
#ARG sourcelist="http://packages.ros.org/ros/ubuntu"
# Mirrors sources.list
# ARG sourcelist="http://mirrors.ustc.edu.cn/ros/ubuntu/"
ARG sourcelist="http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/"
# ARG sourcelist="http://mirrors.sjtug.sjtu.edu.cn/ros/ubuntu/"
ARG workdir="/root/catkin_ws"
ARG DEBIAN_FRONTEND=noninteractive
ARG APT_KEY_DONT_WARN_ON_DANGEROUS_USAGE=YES
ENV XDG_RUNTIME_DIR="/tmp/runtime-root"

以NVIDIA的镜像作为基础镜像，该镜像同样是基于ubuntu:18.04构建的，然后打上LABEL，设置一些描述性信息，这里尊重原博主，予以保留。

接着设置ubuntu的ROS软件更新镜像源，换成国内清华源，这样更新ROS较快。

然后创建一个catkin_ws的目录

ARG DEBIAN_FRONTEND=noninteractive这条命令意味着在安装软件的时候不需要选择，按照最优配置来进行装，如果不设置此参数，安装软件的过程中有可能需要交互，就会卡着不动。

ARG APT_KEY_DONT_WARN_ON_DANGEROUS_USAGE=YES是允许设置APT key，以免报错不让添加。

最后设置运行目录环境参数。

②安装软件

RUN set -x \
    && apt-get update \
    && apt install apt-transport-https \
    && apt install ca-certificates \
    && apt update \
    && cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak \
    && echo "deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse" > /etc/apt/sources.list \
    && echo "deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse" >> /etc/apt/sources.list \
    && echo "deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse" >> /etc/apt/sources.list \
    && echo "deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse" >> /etc/apt/sources.list \
    && apt-get update \
    && apt-get install -y --no-install-recommends apt-utils gnupg2 curl vim git xarclock \
    && sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb \${sourcelist} \${DISTRIB_CODENAME} main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' \
    && apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 \
    && apt-get update \
    && apt-get install -y ros-melodic-desktop-full \
    && echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc \
    && bash -c '. ~/.bashrc'
RUN apt-get install -y python-rosdep python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential
RUN apt-get install dbus

RUN echo "185.199.111.133 raw.githubusercontent.com" >> /etc/hosts

Docker容器内需要先执行apt-get update命令获取软件源才能安装软件，其中apt-transport-https、 ca-certificates是必须的，因为默认的ROS源是http的，但替换用的清华镜像源是https，所以休要额外的安装关于HTTPS的包。

在安装ros的时候，要把ubuntu的镜像源改为清华的，否则有些包就因为网络问题，没法安装上去。把它当成一个ubuntu双系统去对待，修改其sourcelist.txt文件。

然后就是ubuntu18.04常见安装ROS的操作了

apt-utils是apt-get install的包，gnupg2是验证gpg的包，curl来传输网络数据，vim git是常用工具，xarclock是一个gui钟表，用来测试用，也可以不装。

dbus包是x11 server需要的，不装会报错，无法显示图形界面。

最后设置了把github的地址放进去了

③清除缓存，减小镜像体积

RUN apt-get autoremove -y \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/* \
    && mkdir \${XDG_RUNTIME_DIR} && chmod 700 \${XDG_RUNTIME_DIR} \
    && mkdir \${workdir} \
    && set +x容器要使用图形化界面，必须安装`nvidia-container-toolkit`套件，**以下操作都是在宿主机上进行**

##3.1 添加`nvidia-container-toolkit`的源

distribution=IDdistribution/nvidia-docker.list | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/nvidia-docker.list

##3.2 安装`nvidia-container-toolkit`

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y nvidia-container-toolkit
sudo systemctl restart docker

WORKDIR \${workdir}
ENTRYPOINT ["/bin/bash"]

清除一些缓存文件，减小镜像体积，最后设置进入容器的工作目录

2.2.3 拉取镜像命令

docker pull xxx
xhost + 在宿主机上运行显示界面的映射
docker run --gpus all -ti --name melodic -e DISPLAY --env="QT_X11_NO_MITSHM=1" -v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix ros:melodic /bin/bash

2.3 总结

通过NVIDIA的驱动来解决rviz和gazebo可视化显示
0 构建自己的镜像，要引入nvidia的那个镜像，然后安装ROS。（rviz那个报错需要宿主机安装nvidia驱动）
1 安装nvidia docker，并且要在run的时候加上--gpus参数
2 apt-get install dbus，开启x11必须软件包
3 xhost + 运行显示界面的映射
4 运行参数要加上显示设置的参数
docker run --gpus all -ti -e DISPLAY --env="QT_X11_NO_MITSHM=1" -v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix ros:kinetic

--gpus 调用gpu显示gui界面
-it 以交互方式进入到容器中
--rm 退出容器时，会自动删除容器
-e DISPLAY 是开启显示，否则无法显示
--env="QT_X11_NO_MITSHM=1"如果不设置，gazebo无法正常显示
-v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix 显示传输的缓存地址，使用的是X11server的服务

2.4 osrf和NVIDIA的Dockerfile

osrf/ros有自己的dockerfile，在github的最里面
https://github.com/osrf/docker_images/blob/master/ros/melodic/ubuntu/bionic/ros-core/Dockerfile

下面网站分别三cudagl，cuda，opengl的docker镜像，可以在overiew里面看到对应的dockerfile，可以看出，这些镜像都是从ubuntu18.04作为base开始构建。
https://hub.docker.com/r/nvidia/cudagl
https://hub.docker.com/r/nvidia/cuda
https://hub.docker.com/r/nvidia/opengl

三、含桌面组件的ROS镜像

3.1 Docker容器图形界面显示（运行GUI软件）的配置方法种类介绍

Docker显示GUI界面的解决方式有三种
三种介绍：
https://www.cnblogs.com/panpanwelcome/p/12877902.html

3.1.1 通过vnc，可以直接用ubuntu的镜像
vnc是作为中介，把在宿主机打开，所以docker里面不涉及到gui，本质是调用外界gui。
https://blog.csdn.net/zkk9527/article/details/121159353

3.1.2 是采用xserver，需要nvidia的镜像
内置驱动，在docker里面打开，把gui数据流传输出来，本质是在里面打开

3.1.3 直接ip传输
https://blog.csdn.net/wzw_mzm/article/details/70916202

3.1.4 安装桌面组件

常见的桌面环境，如xfce4，其可以一个提供轻量级桌面环境； LXDE，全名为Lightweight X11 Desktop Environment，也是一个开源桌面环境。

LXDE相比xfce4更为齐全，且有声音设备驱动，可以完美打开Gazebo；而xfce4运行gazebo会报ALSA的waring。

用LXDE构建的博客：
https://blog.csdn.net/fafawf/article/details/104474727

用LXDE构建ROS
https://blog.csdn.net/weixin_39752599/article/details/116425034

比较常用的lxde镜像：
https://hub.docker.com/r/dorowu/ubuntu-desktop-lxde-vnc
其它镜像都是在该基础上进行开发的

用xfce4构建的博客
xfce构建比较简单，
https://blog.csdn.net/lxyoucan/article/details/121679346

高质量的镜像
1泡泡机器人（注意拉镜像的时候，要加上tag，如ros-vnc:kinetic、ros-vnc:melodic）
https://hub.docker.com/r/paopaorobot/ros-vnc
2纯LXDE的ubuntu桌面，不含ROS
https://hub.docker.com/r/dorowu/ubuntu-desktop-lxde-vnc
https://github.com/ct2034/docker-ubuntu-vnc-desktop/blob/master/Dockerfile（fork了上一个LXDE的repo）

3基于2构建的ROS镜像
https://github.com/lishuwei0424/ros-melodic-docker/blob/main/Dockerfile
https://github.com/Tiryoh/docker-ros-desktop-vnc/blob/master/melodic/Dockerfile

为这些镜像安装ROS中，遇到的ros init和rosdep update问题，解决方法有1直接执行的，2有不执行的，3有拷贝文件过去的（3中的第二个github链接）。

关于rosdep update，官方orsf镜像的操作，没有切换用户，是以root用户执行此命令的

RUN rosdep init && \
  rosdep update --rosdistro $ROS_DISTRO

四、分发docker镜像

4.1 离线模式

1.主机A有镜像nginx，版本为v1.0版本。执行命令：
docker save -o nginx:v1.0 /root/nginx.tar
---> 将nginx:v1.0保存为nginx.tar包

2.通过scp命令将nginx.tar包拷贝给主机B。

3.在主机B上执行命令：
docker load -i /root/nginx.tar
---> 从nginx.tar包load为镜像nginx:v1.0

注意：执行docker save nginx:v1.0 -o /root/nginx.tar命令，如果不加版本v1.0，会将主机A上所有版本nginx镜像都save到一个nginx.tar包。

4.2 在线模式

注册dockerhub账号，上传上去后，再通过阿里云加速，暂时用不到，建议用离线镜像部署。