mosquitto 的简介

mosquitto 是一个开源的轻量级消息代理服务, 支持 MQTT-3.1 和 MQTT-3.1.1, 采用发布订阅模式. mosquitto 目前广泛用于手机设备, 底端传感器, 嵌入式计算机的消息通信, 是一个成熟的物联网通信服务方案. 作为一个用 C 编写的应用服务, mosquiitto 项目同样提供了 C library 便于 MQTT 服务的拓展, 比如有名的 mosquitto-auth-plug.

mosquitto 的部署

这里我们打算部署在 docker 容器内.

在 docker 内构建

参考 eclipse-mosquitto docker hub
构建目录 /mosquitto
目录结构是:

- mosquitto
    - config
        - mosquitto.conf
    - data
    - log

其中 mosquitto.conf 的内容是:

persistence true
persistence_location /mosquitto/data/
log_dest file /mosquitto/log/mosquitto.log

在 docker 内启动

启动命令:

$ docker run -d -p 1883:1883 -p 9001:9001 -v mosquitto/:/mosquitto/ eclipse-mosquitto

编译 mosquitto-auth-plug

参考: https://www.loraserver.io/gui…

准备工作

注意: 在 docker 内部构建编译环境的时候(尤其是在 alpine 环境中)会经常出现:

temporary error (try again later)

这是因为在获取像openssl,build-base之类包的时候, 需要从一些官方的镜像库中获取, 而由于国内的”某些”网络原因, DNS 往往不能直接解析到官方镜像库. 参考这篇文章:彻底解决docker build时安装软件失败问题, 可以用tcpdump观察这一现象. 所以我们最好先安排一下宿主机的 DNS.

查看本机 nameserver

根据阿里云ECS启动Docker容器无法访问外网这篇文章, 我们可以这样来获取本机 nameserver:

$ cat /etc/resolv.conf
nameserver 10.143.xx.xxx
nameserver 10.143.xx.xxy
options timeout:2 attempts:3 rotate single-request-reopen

这里我们可以看到有可能有多个域名解析服务地址, 这是一种容灾措施, 如果其中一个解析失败了, 在若干次尝试后会使用另外一个服务器去解析. 我们选取其中一个就好.

然后修改/etc/docker/daemon.json, 添加:

"dns": ["10.143.xx.xxx"]

重启守护进程:

$ sudo systemctl daemon-reload
// 最好也重启一下docker
$ sudo systemctl restart docker

当然, 如果网络环境足够好(比如在国外), 可以不需要配置 DNS. 即使不配置 DNS, 也有一定的几率安装软件都成功.

修改软件源为国内加速镜像

现在发现单纯改 DNS 还是经常会下载软件失败, 只好修改容器的软件源了. 在 Dockerfile 中将 aliyun 的软件源写入 /etc/apk/repositores:

RUN echo "http://mirrors.aliyun.com/alpine/v3.4/main/" > /etc/apk/repositories

创建宿主机文件目录结构

目录结构如下:

- mosquitto
    - Dockerfile
    - config
        - mosquitto.conf
        - config.mk
    - data
    - log
    - src
- postgres
    - Dockerfile
- docker-compose.yml

其中config放置 mosquitto 的启动配置mosquitto.conf和 mosquitto-auth-plug 的编译配置config.mk. data, log分别作为 mosquitto 的数据存储目录和日志存储目录, src用于放置编译需要的源文件.

配置 mosquitto.conf

mosquitto.conf 应该声明 mosquitto-auth-plug 插件编译之后生产的 auth-plug.so的位置, 并说明 postgres 数据库的连接用户, 连接端口, 连接密码, 以及处理权限和读写的 sql 语句. 参考:
Setting up ACL in Mosquitto using Postgres, 和MQTT authentication & authorization, 和mosquitto-auth-plug 在 github 上的 README.下面是一个可供参考和使用的 mosquitto.conf:

persistence true
persistence_location /mosquitto/data/
log_dest file /mosquitto/log/mosquitto.log

allow_anonymous false

auth_plugin /mosquitto/src/mosquitto-auth-plug/auth-plug.so
auth_opt_backends postgres

auth_opt_host pgsql_db
auth_opt_port 5432
auth_opt_dbname mosquitto
auth_opt_user root
auth_opt_pass root_password

auth_opt_userquery SELECT password FROM account WHERE username = $1 limit 1
auth_opt_superquery SELECT COALESCE(COUNT(*), 0) FROM account WHERE username = $1 AND super = 1
auth_opt_aclquery SELECT topic FROM acls WHERE (username = $1) AND rw >= $2

配置 config.mk

这里我们打算将 postgres 作为验证后端, 因此 config.mk 应该是这样的:

BACKEND_CDB ?= no
BACKEND_MYSQL ?= no
BACKEND_SQLITE ?= no
BACKEND_REDIS ?= no
BACKEND_POSTGRES ?= yes 
BACKEND_LDAP ?= no
BACKEND_HTTP ?= no
BACKEND_JWT ?= no
BACKEND_MONGO ?= no
BACKEND_FILES ?= no
BACKEND_MEMCACHED ?= no

# MOSQUITTO_SRC = /mosquitto/src/mosquitto
MOSQUITTO_SRC = 

OPENSSLDIR = /usr/lib
SUPPORT_DJANGO_HASHERS ?= no
CFG_LDFLAGS =
CFG_CFLAGS =

OPENSSLDIR 指定为 /usr/lib,
MOSQUITTO_SRC 指定为/mosquitto/src/mosquitto/src, 也可以不需要指定, 因为在容器中已经安装了 mosquitto, 编辑脚本可以从环境中获取源码地址, 这样甚至后面我们都不需要用 git 从 github 上拉取 mosquitto 的源码了, 注意: 这里最好不要指定, 因为在实际编译的时候经常会发生报错, 直接使用环境中即可.

编写 Dockerfile

镜像的源来自 eclipse mosquitto 的 Docker Hub, 基于 alpine linux.
这是我根据编译经验写的Dockerfile:

FROM eclipse-mosquitto
WORKDIR /mosquitto
ADD mosquitto/config /mosquitto/config

RUN apk update && \
    apk add wget && \
    apk add mosquitto-dev && \
    apk add postgresql-dev && \
    apk add openssl && \
    apk add build-base && \
    mkdir /mosquitto/src && \
    wget https://github.com/jpmens/mosquitto-auth-plug/archive/0.1.2.tar.gz \
        -O /mosquitto/src/mosquitto-auth-plug.tar.gz && \
    tar zxf /mosquitto/src/mosquitto-auth-plug.tar.gz -C /mosquitto/src && \
    mv /mosquitto/src/mosquitto-auth-plug-0.1.2 /mosquitto/src/mosquitto-auth-plug && \
    rm -rf /mosquitto/src/mosquitto_auth_plug.tar.gz && \
    mv /mosquitto/config/config.mk /mosquitto/src/mosquitto-auth-plug/config.mk && \
    cd /mosquitto/src/mosquitto-auth-plug && \
    make clean && make

EXPOSE 1881 9001

可以看到这里我们安装了以 postgresql 为后端编译 auth-plug 需要的依赖: mosquitto-dev, postgresql-dev, openssl, 和 C 语言的 GCC 编译环境build-base. 用 git 拉取了 mosquitto 和 mosqtuitto-auth-plug 的源码, 最好还是直接从mosquitto-auth-plug/release中获取发布的稳定版本, 最后使用自定义的 config.mk 进行 make 编译.

编写 docker-compose.yml

打算用容器编排工具 docker-compose 运行编译了 mosquitto-auth-plug 的 mosquitto 容器, 下面是一个可供使用和参考的 docker-compose.yml:

version: '3'
services:
  mosquitto:
    build: ./Dockerfile_mosquitto
    volumes:
      - ./mosquitto/config/mosquitto.conf:/mosquitto/config/mosquitto.conf
    command: ['mosquitto', '-c', '/mosquitto/config/mosquitto.conf']
    ports:
      - '1881:1881'
      - '9001:9001'

部署 postgres 后端

前面已经把 mosquitto 部署成功, 但是由于这里我们打算让 mosquitto 的权限认证和读写认证交给 postgres(不然为什么我们要花那么费劲去编译 mosquitto-auth-plug?), 所以我们还要部署一个 mosquitto 可以访问的 postgres 后端或者在已有的 postgres 上创建相关的表结构. 注意 postgres 后端的用户, 密码等应该和 mosquitto.conf 上配置的一致.

编写 postgres 的 docker-compose.yml

直接在原有的 docker-compose.yml 上加一个 service:

services:
  ...
  postgres_db:
    image: postgres
    environment:
      POSTGRES_DB: mosquitto
      POSTGRES_USER: root
      POSTGRES_PASSWORD: root_password

这里我们不暴露 postgres 的 5432 端口, 因为 docker 内部的同一个网络可以直接通过容器名字来访问对应的容器, 而且我们不希望容器外的其他人可以访问数据库. 注意这里的POSTGERS_USER应该和 mosquitto.conf 中的auth_opt_user对应, 类似的也有POSTGRES_DB, POSTGRES_PASSWORD. 而容器名字postgres_db可以成为auth_opt_host的值, docker 会为这个 host 做 DNS 解析.

然后我们就可以直接运行 postgres 容器:

$ docker-compose up -d

初始化 postgres

为了满足 mosquitto-auth-plug 的业务需求, 需要为 postgres 生成对应的表, 可以参考mosquitto-auth-plug/examples/mysql.sql

CREATE TABLE account(
id SERIAL,
username TEXT NOT NULL,
password TEXT,
super smallint DEFAULT 0 NOT NULL,
PRIMARY KEY (id)
);

CREATE INDEX account_username ON account (username);

CREATE TABLE acls (
id SERIAL,
username TEXT NOT NULL,
topic TEXT NOT NULL,
rw INTEGER NOT NULL DEFAULT 0,
PRIMARY KEY (id)
);

CREATE UNIQUE INDEX acls_user_topic ON acls (username, topic);

这些 SQL 语句也可以写在 Dockerfile 里面作为第一次构建时就执行的.
接着就可以插入几条测试数据了. 用户的密码生成需要使用 mosquitto-auth-plug 提供的密码生成器, 它是以 PBKDF2 的形式储存在数据库后端的.

比如我们 进入 mosquitto 容器内:

$ docker exec -it <mosquitto_auth_container_id> /bin/sh

为用户生成一个明文为123456的密码:

$ /mosquitto/src/mosquitto-auth-plug/np
Enter password:
Re-enter same password:
PBKDF2$sha256$901$Yf1FSeMi1j7OjWdW$u1MqFR7iIZj+m6P7vKDvuMx+oDDJW4ub

之后为 account 表内为test_user添加一条记录:

> INSERT INTO account(username, pasword, super) values (
    'test_user', 
    'PBKDF2$sha256$901$Yf1FSeMi1j7OjWdW$u1MqFR7iIZj+m6P7vKDvuMx+oDDJW4ub',
    0)

并设定test_user对于 topic /topic1为可读可写:

> INSERT INTO acls(username, topic, rw) values (
    'test_user',
    '/topic1',
    2)

现在数据库内的记录是:

 id | username |                              password                               | super 
----+----------+---------------------------------------------------------------------+-------
  1 | test_user | PBKDF2$sha256$901$S55aebUoogFy6XSf$E6PbQWDFQ06KLFlqqR3x+NBjg6ixjwez |     0


 id | username |   topic    | rw 
----+----------+------------+----
  1 | test_user| /topic1    | 2

意味着用户 test_user 可以用密码123456向 topic topic1 发布主题和订阅主题.

搭建应用环境进行测试

我们这里用 python 中同样实现了 mqtt 协议的 paho-mqtt 进行测试, 如果生产环境是使用 python 的话, 也可以直接使用这个库作为连接库.
安装很简单的:

$ pip install paho-mqtt

搭建一个 python-alpine 容器:

应用程序代码就放在 python-alpine 容器里好了. 下面是一个可供参考和使用的 docker-compose.yml:

services:
  mqtt_server:
    image: python-alpine
    command: ['tail']

用 docker-compose up mqtt_server -d 使得该容器挂起, 然后用docker exec -it <container_id> /bin/sh黑魔法进入容器. 编写一个测试用的订阅者(client.py):

import paho.mqtt.client as mqtt
import time

HOST = 'mosquitto'
PORT = 1883

def client_loop():
    client_id = time.strftime('%Y%m%d%H%M%S', time.localtime(time.time()))
    client = mqtt.Client(
        client_id=client_id, clean_session=True)
    client.username_pw_set('test_user', '123456')
    client.on_connect = on_connect 
    client.on_message = on_message
    client.connect(HOST, PORT, 60)
    client.loop_forever()

def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print('Connected with result code ' + str(rc))
    client.subscribe('/topic1')

def on_message(client, userdata, msg):
    print(msg.topic + ' ' + msg.payload.decode('utf-8'))

if __name__ == '__main__':
    client_loop()

然后编写一个测试用的发布者(publish.py):

import paho.mqtt.publish as publish
import time

HOST = 'mosquitto'
PORT = 1883

if __name__ == '__main__':
    client_id = time.strftime('%Y%m%d%H%M%S', time.localtime(time.time()))
    publish.single('topic1', 'hello mqtt', qos=2, hostname=HOST, port=PORT,
            client_id=client_id, auth={'username': 'test_user', 'password': '123456'})

当运行 client.py 之后, client 陷入监听 mosquitto 的状态, 等待收到发送在 topic topic1 的消息。 再运行一次 publish.py, 它往 topic1发送了一个消息, 我们可以看到 client.py 就已经收到了.

总结

我们成功地搭建了一个 mosquitto 的消息代理服务, 并为它编译了 mosquitto-auth-plug, 可以供后续后端消息业务的开发. 详细代码也可以参考已经上传到 github 的 example.