Add Containers/docker-registry
Prima stesura
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b95d268633
commit
efeeb35150
460
Containers/docker-registry
Normal file
460
Containers/docker-registry
Normal file
@ -0,0 +1,460 @@
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= Private Docker Registry
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Sottotitolo documento
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:authors: Celestino Amoroso
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:docinfo: shared
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:encoding: utf-8
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:toc: right
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:toclevels: 4
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:toc-title: Indice Generale
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:icons: font
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:icon-set: fi
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:numbered:
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:table-caption: Tabella
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:figure-caption: Figura
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:sectanchors:
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:source-highlighter: rouge
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:rouge-style: gruvbox
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// :rouge-style: colorful
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//:rouge-style: monokay
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toc::[]
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## Introduzione
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Le informazioni contenute in questa guida sono frutto di una serie di approfondimenti condotti al fine di realizzare un ambiente operativo idoneo allo studio e alla sperimentazione di Docker e Kubernetes.
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In particolare, l'impulso iniziale per tale approfondimento è scaturito dal tentativo di esecuzione del comando _kubectl_ per creare ed esegure un Pod:
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`kubectl run` _nome-pod_ ``--image=``_nome-immagine_
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L'effettivo funzionamento di questo comando è subordinato alla reperibilità dell'immagine richiesta. Se l'immagine specificata con _nome-immagine_ non può essere ritrovata, il Pod creato non entrerà in funzione. Questa situazione si è in effetti verificata seguendo le indicazioni pratiche del libro _Kubernetes Up and Running_. Le istruzioni fornite nel libro presuppongono la disponibilità del servizio *_gcr.io_* per il caricamento e il recupero di immagini Docker, ovvero un servizio _registry_.
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.Attivazione di Pod con immagine su *gcr.io*
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[source,shell]
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$ kubectl run kuard --image=gcr.io/kuar-demo/kuard-amd64:blue
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pod/kuard created
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$ kubectl get pods
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NAME READY STATUS RESTARTS AGE
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kuard 0/1 ErrImagePull 0 6s
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L'errore riportato, _ErrImagePull_, indica l'impossibilità di scaricare l'immagine richiesta. Le cause di queto tipo di problema possono essere diverse. In questo caso l'errore è dovuto al fatto che il servizio _gcr.io_ è stato deprecato e che quindi non è stato possibile caricarvi l'immagine non essendo il servizio più disponibile.
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Per proseguire con lo studio del libro è stato perciò necessario trovare una soluzione alternativa al registry _gcr.io_. Fra le possibilità considerate, si è alla fine deciso predisporre un registry privato.
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Questa guida descrive appunto l'infrastruttura hardware e software impiegata per la soluzione e le procedure per realizzarla.
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## Infrastruttura hardware e software
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Lo studio sui container e sulla loro orchestrazione si è inizialmente concentrato sulla costruzione e gestione di un cluster Kubernetes. Per tale finalità è stata impiegata una macchina virtuale Linux con sistema operativo Fedora 42. La macchina virtuale è attiva su un mini-pc casalingo anch'esso funzionante con Fedora 42.
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In seguito al verificarsi della situazione descritta in introduzione, nell'ambiente è stato incluso anche un server remoto VPS esposto su Internet nel quale è stato appunto realizzato il servizio registry privato.
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### Cluster Kubernetes
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Per la realizzazione del cluster Kubernetes è stata impiegata una macchina virtuale Fedora 42 con le seguenti caratteristiche.
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#### Componenti hadware
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.VM Fedora 42 *fedoravm*
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[cols="<2,^2"]
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|*Caratteristica*|*Valore*
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|Host-name| fedoravm
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|Sistema operativo|Fedora 42
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|Hypervisor|QEMU/KVM
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|Tipo CPU| x86_64
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|Numero CPU| 2
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|Memoria| 4 GB
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|Storage| 60 GB
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|Network| Bridge (rete LAN domestica)
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La macchina virtuale _fedoravm_ è eseguita su host Minis Forum, attualmente connesso alla rete LAN domestica mediante link WiFi.
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Il sistema operativo del mini-pc è raggiungibile via SSH da Internet grazie all'impostazione di un port-forward sul router di casa.
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.Mini-PC Minis Forum
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[cols="<2,^4"]
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|*Caratteristica*|*Valore*
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|Host-name| minis.portale-stac.it
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|Sistema operativo|Fedora 42
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|Tipo CPU| 12th Gen Intel(R) Core(TM) i7-12650H (x86_64)
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|Numero CPU logiche| 16
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|Memoria| 32 GB
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|Storage| 1 TB SSD M.2 NVMe
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|Network| 2 Ethernet, 1 WiFi
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#### Componenti software
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Per l'uso di Docker su _fedoravm_ sono stati installati i pacchetti disponibili in Fedora 42.
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.Pacchetti Docker di Fedora 42
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docker-buildx.x86_64 0.25.0-1.fc42
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docker-cli.x86_64 28.2.2-1.fc42
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Per altre sperimentazioni, sul sistema è anche presente il pacchetto _podman.x86_64_ 5:5.5.2-1.fc42.
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Fra le opzioni dispobili per la creazione di un cluster Kubernetes è stato scelto *_KinD_*, _Kubernetes in Docker_, o più semplicemente https://kind.sigs.k8s.io/[_kind_]. I requisiti per l'installazione di _kind_ sono
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* https://golang.org/[go] 1.17+
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* https://www.docker.com/[docker], https://podman.io/[podman], oppure https://github.com/containerd/nerdctl[nerdctl]
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.Installazione di kind
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[source,shell]
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[fedoravm]$ go install sigs.k8s.io/kind@v0.29.0
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...
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Il commando di soprà scaricherà una serie di moduli Go e produrrà l'eseguibile kind nel path `~/go/bin/kind`.
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.Installazione di kubectl
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[source,shell]
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[fedoravm]$ curl -LO "https://dl.k8s.io/release/$(curl -L -s https://dl.k8s.io/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
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[fedoravm]$ sudo mv kubectl /usr/local/bin <1>
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<1> #todo# verificare funzionamento comando
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Per ulteriori informazioni vedere https://kubernetes.io/docs/tasks/tools/install-kubectl-linux/[Install and Set Up kubectl on Linux
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Before you]
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.Crezione del cluster Kubernetes
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[source,shell]
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[fedoravm]$ kind create cluster
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...
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[fedoravm]$ kubectl cluster-info
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Kubernetes control plane is running at https://127.0.0.1:34905
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CoreDNS is running at https://127.0.0.1:34905/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy
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To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.
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Per soluzioni alternive a _kind_ vedere https://minikube.sigs.k8s.io/docs/tutorials/multi_node/[minikube], https://killercoda.com/playgrounds/scenario/kubernetes[Killercoda], https://kodekloud.com/public-playgrounds[KodeKloud], https://labs.play-with-k8s.com/[Play with Kubernetes].
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### Docker registry
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Per la realizzazione di un docker registry esistono diverse guide nel web. Tali guide spiegano come attivare un servizio registry basato sull'omonima immagine disponibile su Docker Hub e utilizzando una configurazione Docker Compose. Ecco alcuni riferimenti per l'attivazione di un registry su un proprio sistema:
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* https://hub.docker.com/_/registry[Docker Hub]
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* https://distribution.github.io/distribution/about/deploying/[CNCF Distribution]
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* https://www.freecodecamp.org/news/how-to-self-host-a-container-registry/#heading-how-to-self-host-a-container-registry[freeCodeCamp]
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Un'altra possibilità è l'uso di https://goharbor.io/[Harbor].
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La soluzione descritta in questa guida si basa su un Virtual Private Server, VPS, sul quale sono già attivi dei servizi raggiungibili tramite il dominio _portale-stac.it_. Esempi:
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* https://git.portale-stac.it[Git server]
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* https://cloud.portale-stac.it[OCIS Cloud service]
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Sullo stesso server è inoltre in corso di sperimentazione un'installazione di https://caprover.com/[CapRover], la cui console è raggiungibile all'URL https://captain.paas.portale-stac.it/#/login[Captain]. Per le app attive in CapRover è stato registrato nel DNS di Aruba il recordo _*.paas.portale-stac.it_. In tal modo ad un'app chiamata ad esempio _myapp_ sarà automaticamente assgnato il nome host _myapp.paas.portale-stac.it_.
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Sia i servizi preesstenti che la console CapRover non sono direttamente esposti su Internet ma mediati tramite un _reverse proxy_ basato su Apache web server, _httpd_, e i suoi virtual host.
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In questo contesto si è deciso quindi di realizzare un registry attraverso i seguenti passaggi:
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. Creazione di un app CapRover con nome _hub_ in cui eseguire il servizio registry
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.. Definizione dell'app basata sull'immagine _registry_ di Docker Hub.
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.. Creazione di un volume per lo storage delle immagini
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.. Configurazione di un meccanismo di autenticazione
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. Configurazione di un nuovo virtual-host per la raggiungibilità del registry da Internet (gateway).
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.. Il nome di dominio assegnato è _hub.paas.portale-stac.it_.
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#### Creazione registry come app CapRover
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Come accennato sopra, il nome scelto per l'app CapRover che implementarà il registry Docker è *_hub_* e, di conseguenza, essendo _paas.portale-stac.it_ il sotto-dominio assegnato all'istanza CapRover, il suo nome di dominio completo risulta *_hub.paas.portale-stac.it_*.
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Il registry si basa sull'immagine *registry:3* disponibile in Docker Hub. Il programma contenuto nell'immagine e che implementa il servizio registry si chiama anch'esso *registry*. Ciò che serve sapere dell'immagine e del programma che esegue sono le variabili d'ambiente necessarie al suo funzionamento. Quelle considerate nel caso in esame sono le seguenti:
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[[a_env_vars,Variabili d'ambiente]]
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.Variabili d'ambiente per l'app registry
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[source,shell]
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# Tipo di credenziali
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REGISTRY_AUTH=htpasswd
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# Dominio delle credenziali
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REGISTRY_AUTH_HTPASSWD_REALM=Registry Realm
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# Percorso logico dell'archivio (file) delle credenziali
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REGISTRY_AUTH_HTPASSWD_PATH=/auth/registry.password
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# Percorso logico della directory delle immagini Docker
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REGISTRY_STORAGE_FILESYSTEM_ROOTDIRECTORY=/data
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L'app _hub_ attualmente in funzione sull'istanza CapRover è stata creata attraverso l'interfaccia web https://captain.paas.portale-stac.it/#/login[Captain].
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In questa sezione si ripercorrono i passaggi eseguiti nel VPS per giungere al docker registry funzionante.
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[[a_volumes,Volumi]]
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##### Predisposizione dei volumi logici del registry
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Dai valori delle variabili d'ambiente _REGISTRY_AUTH_HTPASSWD_PATH_ e _REGISTRY_STORAGE_FILESYSTEM_ROOTDIRECTORY_ si ricava che, per il suo funzionamento, l'appplicazione eseguita nell'immagine registry necessita di due aree di storage che sopravvivano all'app stessa:
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. File delle credenziali degli utenti per l'accesso al registry
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. Directory del registro vero e proprio, dove l'app archivia le immagini dei container.
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Nel container dell'app saranno definiti quindi due volumi logici:
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. */auth* nel quale sarà reperibile il file delle credenziali _registry.password_.
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. */data* in cui saranno registrate le immagini.
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La configurazione predefinita di Docker in Fedora predispone nel server host la directory fisica `/var/lib/docker/volumes` nella quale sono creati i volumi fisici corrispondenti a quelli logici dei container.
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Normalmente i nomi delle directory fisiche dei volumi sono identificate con stringhe alfanumeriche, ad esempio _fc17967070f949c325b6417388d6e600f69d6fe8b55fda99e04ff4a48cce072d_, non riconducibili immediatamente ai container che fanno riferimento a quelle directory tramite i rispettivi volumi logici.
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CapRover ha fissato una convenzione basata su etichette per la creazione delle directory dei volumi fisici con nomi predittibili. Nell'associazione fra volumi logici e fisici, CapRover consente in alternativa di indicare in modo esplicito il percorso fisico delle directory. Quest'ultima soluzione è quella adottata per l'app registry _hub_.
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Per l'esecuzione dei comandi seguenti sono richiesti privilegi di amministratore sul server fisico, accessibilità SSH e il tool _htpasswd_.
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Accedere al VPS mediante SSH.
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.Creazione dei volumi (directory) fisici
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[source,shell]
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# Variabile utile per abbreviare i percorsi
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[vps]$ VOLUMES=/var/lib/docker/volumes
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# Creazione delle directory fisiche
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[vps]$ sudo mkdir -p ${VOLUMES}/manual--hub-registry/data
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# Creazione archivio delle credenziali con l'utente iniziale camoroso
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[vps]$ sudo htpasswd -c -B ${VOLUMES}/manual--hub-registry/registry.password camoroso
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NOTE: Per ragioni storiche, il vero host name del VPS è impostato col nome di dominio _www.portale-stac.it_. In questa sede, nelle sessioni CLI si è preferito indicare il VPS con il nome _vps_ per meglio identificare l'host su cui si deve operare.
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IMPORTANT: Nel comando _htpasswd_ l'opzione `-c` è richiesta solo per la creazione del file, mentre `-B` è necessario per selezionare la modalità _bcrypt_ riconosciuta dal programma _registry_.
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##### Creazione del reverse proxy
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Per consetire l'accesso al registry da Internet, l'implementazione del gateway, anche detto reverse proxy, richiede di:
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. Creare un nuovo record di tipo *A* nel servizio DNS per impostare il puntamento del nome _hub.paas.portale-stac.it_ all'indirizzo IP del server VPS.
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. Ottenere un certificato digtale firmato da una CA pubblica per il nome _hub.paas.portale-stac.it_.
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. Configurare un nuovo virtual-host in Apache web server per il gateway vero e proprio.
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Nel caso del dominio _portale-stac.it_ il DNS di riferimento (Aruba) è già configurato per indirizzare l'intero sotto-dominio _paas.portale-stac.it_ all'indirizzo IP del VPS.
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Per quanto riguarda il certificato digitale, il web server Apache fa già uso di un certificato _Let's encrypt_ SAN (Subject Alternative Names),. Per semplificare le operazioni si effettua una nuova richiesta per lo stesso certificato SAN con l'aggiunta del nome _hub.paas.portale-stac.it_.
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Prima di procedere con il certificato, conviene definire il virtual-host Apache perché nella sua configurazione si specifica il percorso del _DocumentRoot_ utilizzato dal tool di richiesta dei certificati _Let's encrypt_.
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.Configurazione del virtual-host hub.paas.portale-stac.it
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[source,apache]
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include::vhost_hub.conf[]
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Usando privilegi di amministratore (root o sudo), copiare la configurazione del virtual-host nel file:
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/etc/httpd/conf.d/vhost_hub.paas.conf
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La configurazione del virtual-host potrebbe eventualmente essere completata con ulteriori parametri di _mod_ssl_ per, ad esempio, selezionare i protocolli SSL/TLS supportati e gli algoritmi crittografici ammessi. Ciò però non è necessario perché il tool _certbot_, utilizzato per l'aggiornamento del certificato SAN, estende automaticamente la configurazione con i parametri più appropriati e sicuri (vedi oltre).
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.Preparazione del contesto del virtual-host
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[source,shell]
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# Directory DocumentRoot
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[vps]$ sudo mkdir -p /var/www/vhosts/paas.portale-stac.it/hub
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# Directory log
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[vps]$ sudo mkdir -p /var/log/httpd/paas.portale-stac.it/hub
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# Riavvio Apache web server
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[vps]$ sudo systemctl restart httpd.service
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# Verifica assenza di problemi
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[vps]$ sudo systemctl httpd.service
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Per l'estensione del certificato SAN con il nuovo nome si utilizza il tool _certbot_, disponibile nei pacchetti di Fedora.
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.Estensione certificato SAN
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[source,shell]
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# Elenco abbreviato dei domini (notare puntini sospensivi ...)
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[vps]$ sudo certbot -d cloud.portale-stac.it,git.portale-stac.it,captain.paas.portale-stac.it,hub.paas.portale-stac.it,...,www.portale-stac.it
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Il comando _certbot_, dopo aver ottenuto il nuovo certificato, procede con la revisione di tutti i virtual-host presenti in `/etc/httpd/conf.d` aggiungendo o aggiornando le seguenti righe alle loro configurazioni:
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.Integrazione Let's encrypt nei virtual-host Apache
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[source,apache]
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include::letsencrypt-section.conf[]
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.Attivazione del virtual-host
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[source,shell]
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# Riavvio Apache web server
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[vps]$ sudo systemctl restart httpd.service
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# Verifica assenza di problemi
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[vps]$ sudo systemctl httpd.service
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La configurazione del virtual-host a questo punto è completa ma non è ancora operativo in quanto il server effettivo al quale il gateway punta, _hub.paas.portale-stac.it:5000_, non è ancora stato creato.
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#### Creazione app registry in CapRover
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Per la creazione dell'app registry in CapRover, si farà uso della console Captain.
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Accedere alla console puntando il browser all'URL https://captain.paas.portale-stac.it[] e autenticarsi nella form di login.
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##### Creazione app
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Nel menù di sinistra cliccare su *Apps* e, quindi, sul bottone *Create A New App* sulla destra, in alto.
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.Porzione GUI per la creazione di una nuova app
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image::Screenshot_new-app.png[New App]
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Nella casella di testo *my amazing app* inserire il nome dell'app, in questo caso _hub_, e sotto la casella spuntare il check-box *Has Persistent Data*.
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IMPORTANT: La spunta su "Has Persistent Data" è fondamentale perché, se assente, non si potranno definire i volumi logici nel container.
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.Creazione app *hub*
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image::Screenshot_hub-create.png[Creazione hub,380,align=center]
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A questo punto procedere con la creazione cliccando sul bottone *Create New App*.
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Dopo la creazione, l'app _hub_ compare nell'elenco delle app dell'istanza CapRover.
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.Selezione app *hub* per la configurazione
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image::Screenshot_app-list.png[App list]
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Cliccare sul nome [blue]_hub_ nella colonna *App Name* per accedere alla GUI di configurazione dell'app.
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##### Porta HTTP interna dell'app
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Nella prima scheda, *HTTP Settings*, impostare solo il parametro *Container HTTP Port* con il valore 5000: image:Screenshot_container-port.png[Porta HTTP,220].
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##### Variabili d'ambiente
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Attivare la scheda *App Config*. Qui si imposterà il maggior numero di parametri richiesti per il registry.
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Definire le variabili d'ambiente anticipate in <<a_env_vars>> nella sezione "Environment Variables". Per facilitare l'inserimento cliccare sul commutatore "Bulk Edit" che attiverà l'inserimento testuale. Copiare le variabili seguenti nell'editor appena attivato.
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.Variabili del container
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[source]
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REGISTRY_AUTH=htpasswd
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REGISTRY_AUTH_HTPASSWD_REALM=Registry Realm
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REGISTRY_AUTH_HTPASSWD_PATH=/auth/registry.password
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REGISTRY_STORAGE_FILESYSTEM_ROOTDIRECTORY=/data
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A propria convenienza, dopo l'inserimento disattivare l'editor cliccando nuovamente sul commutatore *Bulk Edit*.
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.Variabili d'ambiente
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image::Screenshot_env-vars.png[Env-Vars]
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##### Port mapping
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Definizione della mappatura fra la porta interna 5000 impostanta nella sezione HTTP e quella esterna, anch'essa di valore 5000:
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.Port mapping
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image::Screenshot_port-map.png[Port mapping]
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##### Definizione volumi
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Nella sezione *Persistent Directory* aggiungere due directory cliccando sul bottone *Add Persistent Directory*:
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.Persistent directory
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image::Screenshot_persist-dirs.png[Persistent directory]
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Attivare la corrispondenza esplicita fra i volumi logici e le directory fisiche cliccando sui bottoni *Set specific host path* e impostare le caselle di testo con i valori indicati in <<a_volumes>>.
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.Corrispondenza volumi/directory
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/auth --> /var/lib/docker/volumes/manual--hub-registry
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/data --> /var/lib/docker/volumes/manual--hub-registry/data
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Il risultato dovrà apparire come in figura.
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.Associazioni volumi/directory
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image::Screenshot_volumes.png[Volumi]
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##### Deploy immagine registry
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Infine si deve indicare l'immagine _registry_ di Docker Hub in cui è presente l'applicazione che implementa effettivamente il servizio.
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La scheda *Deployment* consente diversi metodi per il deploy di un'applicazione, sia partendo dai sorgenti che da immagini già pronte all'uso. Per il registry fornito come immagine si possono considerare i metodi dal 4 al 6.
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Nel caso attuale è stato utilizzato il metodo 4, *Method 4: Deploy plain Dockerfile*. In pratica, nella corrispondente casella di testo è stato inserita la sola direttiva _FROM_ del _Dockerfile_ con il testo seguente.
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.Dockerfile
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[source,docker]
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FROM registry:3 AS registry
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Copiare il testo di sopra nella casella di testo come mostrato in figura.
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.Deploy dell'immagine
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image::Screenshot_deploy.png[Deploy]
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Cliccare sul bottone *Deploy Now* per avviare il caricamento dell'immagine e la sua attivazione.
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##### Verifica finale
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La procedura di deploy è completa. Verificare il funzionamento del registry effettuando il login e provare a caricarvi un'immagine Docker.
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.Autenticazione per l'accesso al servizio
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[source,shell]
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[fedoravm]$ docker login -u camoroso https://hub.paas.portale-stac.it
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Password:
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Login Succeeded
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.Caricamento di un'immagine (già presente) nel registry
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[source,shell]
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[fedoravm]$ docker push hub.paas.portale-stac.it/kuard-amd64:amo1
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The push refers to repository [hub.paas.portale-stac.it/kuard-amd64]
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96844c0866be: Layer already exists
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fd2758d7a50e: Layer already exists
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amo1: digest: sha256:f8ff90f6715f4708afe556f5b708befeb5f0480c175fc369c2e59202f3374f04 size: 739
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Add ImagePullSecrets to a service account
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https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/configure-service-account/#add-imagepullsecrets-to-a-service-account
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In questa sezione però si descrivono i passaggi per ottenere lo stesso risultato attraverso l'interfaccia a riga di comando _caprover_. Per l'installazione di _caprover_ è necessario il tool _npm_ disponibile nei pacchetti Fedora.
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.Installazione della CLI *caprover*
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[source,shell]
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$ npm install -g caprover
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.Accesso all'istanza CapRover
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[source,shell]
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$ caprover login -u paas.portale-stac.it
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Login to a CapRover machine...
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? CapRover machine password: [hidden]
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? CapRover machine name, with whom the login credentials are stored locally: captain-01 <1>
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Logged in successfully.
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Authorization token is now saved as captain-01 at https://captain.paas.portale-stac.it.
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# Verifica
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$ caprover list
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Logged in CapRover Machines:
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>> captain-01 at https://captain.paas.portale-stac.it
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<1> Il nome della macchina in cui sono registrate le credenziali presumibilmente è stato fissato automaticamente in fase di attivazione del servizio CapRover.
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'''
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*Celestino Amoroso* +
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*celestino . amoroso @ gmail . com*
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