🚀 三句話總結

  1. 了解為什麼我們會需要Docker這類容器化產品
  2. 學會Docker的file、image、container、compose、hub…etc
  3. 了解Docker的網路系統為什麼能映射到本機上

☘️ 為什麼我要了解

因為在上一回中提到Senior為了預防問題產生，所以有個產品是前後端都會需要的，就是Docker。

🎨 改變了什麼

了解Docker的原理和一系列的Docker操作，而我個人的專案就運用Docker實現標準化的CI/CD，而不是像以前使用個人電腦出版後才把出版資料部屬雲端，讓依賴的直接轉移成可以標準化的「容器」，而不是依賴我不乾淨的電腦。

✍️ 總結和心得

為什麼需要Docker？

在軟體業中，我們常把程式分為好幾個branch進行版控，每個branch都有他的定義，而業界常採用的方案為：

  • Git Flow
  • GitHub Flow
  • GitLab Flow

而每種Flow定義都不一樣，但不外乎都有「生產branch」，即產線的程式版本就是這個Branch的程式版本，由此可知這個Branch至關重要。

而程式還需要編譯才能變成「產品」，因為程式的編譯常常被很多外部環境干擾，像是Windows版本、編譯器版本、環境變數 …etc，而這些如果用開發者電腦進行編譯，勢必有很大的風險，因為開發者電腦最「髒」，所以我們常需要額外的 VM、出版機 …etc，用來專門編譯「產品」。

而不論是VM還是出版機，他們的容量都非常的大具有繁多的產品不需要的功能(藍芽驅動、鍵盤驅動、螢幕驅動..etc)，並且還是有可能被開發者「玷汙」，無法標準化和最佳化出版環境，只能靠公司團隊治理才能規避，所以有個工具叫做「Docker」，該產品能夠標準化出版和最佳化環境，並且只需要靠軟體人員就能構建，不像是出版機還需要額外硬體部門支援，所以Docker是現代標準化容器系統的工具。

Ex:

小明寫了個javaScript程式，然後他要進行「出版」，如果沒有Docker，他要安裝VM於是他進行了以下操作

  • 選擇OS、配置硬碟容量、安裝各種javaScript不需要的驅動 ..etc
  • 進入OS後 下載瀏覽器、下載並安裝NVM、下載並安裝指定NodeJs版本
  • 安裝依賴套件
  • 執行出版
  • 刪除VM

而上述步驟有一步做錯，出版環境就被玷汙了，但如果有了Docker會變成如何？

  • 利用Docker產生Container
  • 基於Container執行出版
  • 利用Docker刪除Container

Docker是什麼：

想像一下，今天你購買了一個蛋糕

  • 如果是VM，他會就地烘烤蛋糕，而為了蛋糕於是你被迫購買了 烤箱、攪拌機 …etc，最終你會獲得蛋糕與一堆烤箱、攪拌機。
  • 如果是Docker，你會獲得一個貨櫃，貨櫃裡裝的就是一個蛋糕而已。

在上述範例中蛋糕就是程式、烤箱和攪拌機則是驅動軟體，所以綜上所述，我們可以整理出Docker的特性：

  • Docker是一個工具，能夠幫助我們更方便的創建、運行、部屬程式
  • Docker占用資源少，資源利用率高，運行快
  • Docker能提供一次性服務，常被使用在雲服務中和微服務架構

而貨櫃這比喻，在Docker中則稱為 Container

Docker 原理：

Docker之所以能生成一個貨櫃，實現與VM一樣的完全隔離效果主要是利用Linux的功能，如下：

我們利用Linux的功能，將Container完全獨立，就像是VM一樣，所以貨櫃中的程式，就必須要有個Linux系統基底，不然無法實做Docker，但幸運的Linux有各種發行版本，最小的版本可以達到容量不到100M而已。

所以在程式中貨櫃中會裝有兩個東西：

  1. Linux系統
  2. 你的程式

那麼上述中的貨櫃(Container)怎麼來的？

  • Container由Image創建，Container也就是貨櫃
  • Image由File提供，Image也就是蛋糕模具、蛋糕材料 ..etc所組裝的「烘焙組合包」
  • File由廚師所設計，File也就是蛋糕要用什麼巧克力品種、奶油幾克，模具應該長怎樣，一張文字清單

下載Docker

網址：Docker
雖然Docker是基於Linux實做的，但我們仍可以在Mac or Windows上安裝並使用他，是因為

  • Windows 使用 Hyper V 技術安裝Linux
  • Mac 使用 Virtualbox 技術安裝Linux

注意：這邊只是我們為了使用Docker會透過VM方式安裝，但實際打包出來的Container 並不包含任何VM。只有在非Linux系統使用Docker才要透過VM安裝。

而安裝步驟這邊不多贅述，但是要特別注意的是，Docker是一個Client to Server的架構

這邊的Client是非常陽春的Command Line介面 (CLI = Command line interface)，而我們如果要使用CLI呼叫Docker的功能我們就必須指定要用哪台Docker機器 (Server)。
正常情況下，Docker Machine預設的機器都是我們上面講到的VM容器，但你也可以指定另一台實體Linux機器，可以是GCP、AWS、樹莓派 …etc 有點像是SSH遠端功能。

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於終端機輸入 docker version:

Client:
 Cloud integration: v1.0.29
 Version:           20.10.20
 API version:       1.41
 Go version:        go1.18.7
 Git commit:        9fdeb9c
 Built:             Tue Oct 18 18:28:44 2022
 OS/Arch:           windows/amd64
 Context:           default
 Experimental:      true

Server: Docker Desktop 4.13.0 (89412)
 Engine:
  Version:          20.10.20
  API version:      1.41 (minimum version 1.12)
  Go version:       go1.18.7
  Git commit:       03df974
  Built:            Tue Oct 18 18:18:35 2022
  OS/Arch:          linux/amd64
  Experimental:     false
 containerd:
  Version:          1.6.8
  GitCommit:        9cd3357b7fd7218e4aec3eae239db1f68a5a6ec6
 runc:
  Version:          1.1.4
  GitCommit:        v1.1.4-0-g5fd4c4d
 docker-init:
  Version:          0.19.0
  GitCommit:        de40ad0

這邊Client是你的電腦，明顯我是使用Windows系統，而我透過Dokcer安裝軟體自動幫我用 Hyper V 創建的 Linxu/amd64 被當作我預設的Docker Machine。
而如果你想要使用別人的Linux機當作你的Docker Server，可以自行搜尋 Docker Machine 指令說明進行切換Server，這邊不多闡述。

Dockerfile

安裝好Docker後就來實作出一個Container，而我們上面說過
Container -> Image -> File

Dockerfile是所有一切源頭，所以就先來聊聊Dockerfile。

Dockerfile其實是一個文字檔(該文字檔檔名必須叫做「Dockerfile」不能是「Dockerfile.txt」否則Docker軟體不會偵測到)，其裡面記載了貨櫃

  1. 使用的基底，通常是某個Linux版本 (debian、ubuntu、alpine …etc)
  2. 依賴的東西(使用VM會自動安裝不必要的東西，但是這邊可以指定你要的東西就不會亂裝不必要的東西)
  3. 要做的事(通常依賴的東西下載好後，都要安裝，又或是設定你的程式需要的配置)

Ex:

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FROM selenium/standalone-chrome:99.0
## USER 代表使用者帳號，沒意外通常是指定root，類似Windwos的系統管理員帳號
USER root
## 當前預設路徑是什麼，類似打開終端機預設路徑通常是 C:/Users/user
WORKDIR app

## install nodejs
## RUN 代表在File Build成 Image時會下的指令，curl 是linux指令
RUN curl -s https://deb.nodesource.com/setup_16.x | sudo bash
## apt 是 Unbutn 的套件管理器，與之類似的產品是 python中的 pip、nodejs的npm、C#中NuGet、Mac中的homebrew
RUN apt install -y nodejs

## install 依賴
## 把當前目錄resource Copy到容器中的 app/test 資料夾
COPY ./resource test
RUN npm install

## 設定ENV
ENV TZ="Asia/Taipei"

FROM 使用哪個人的帳號名稱/那個人的作品名稱:版本號

這邊使用的是「別人的做好的 File」，當然你也可以自己使用各種發行版的Linux，而發行版的Linux是Docker官方維護的所以無須指定「使用哪個人的帳號名稱」。
其結構就如下：

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FROM ubuntu:latest
RUN 下載爬蟲套件 - Chrome
RUN 安裝nodejs
RUN 安裝依賴
ENV 設定環境變數

這邊FROM的對象如果沒有特別寫URL，則通常是指 DockerHub，這是類似Github的倉庫，只是Docker官方運營的倉庫，專門存放別人做好的Docker Image供任何人使用。
而我們知道類似Github的倉庫有很多Gitlab ..etc，所以Docker倉庫也有很多種：

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FROM gcp.io/foo/bar:123

其意思是使用gcp.io這個docker倉庫，並使用foo這個人的bar專案，其版本號為123。

而撰寫好Dockerfile後，就必須把他build 成Image。

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docker build -t lucas-project .

-t 代表Image到時候要叫什麼名稱，而如果要丟到 DockerHub命名方式必須是「帳號名稱/專案名稱」
. 代表Dockerfile的位置，這邊只有一個「.」代表Dockerfile在當前目錄下，當然也可以使用絕對路徑

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docker build -t lucas-project C:\Users\jlthu\OneDrive\桌面\Lucas\shopee-coins-bot

Docker Image

上述可以透過指令把 Dockerfile build成 Image，而此時Docker Image指是一個檔案而已，毫無任何作用，你無法直接交互他，你如果要使用他，就必須把它 run 成一個Container

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docker run -d -p 123:80 lucas-project

而一個Image可以生成多個Container，用完即刪，以此達到標準化功能。
所以實務上，我們可以寫一個出版專用的Image，裡面包含了所有出版會需要的依賴。以後只要我的Code修改了，我只用把這Image生成一個Container就可以進行編譯，用完後就刪掉，下次Source Code又改就可以再次使用Image生成，再次利用。

PS: -d 是代表這個Container跑起來後就進入背景模式，與之相反的是 -it，這個Container跑起來後我要進入這個Container
PS: -p 123:80 是說本機中123 Port 對接這個Container的 80 Port

Docker Compose

我們知道怎麼從Dockerfile To Container後，其實Docker的作用並不只是出版專用這麼簡單而已，在業界中系統架構有很多種，而其中「微服務」是現今主流的架構，而為了實現微服務功能我們會需要使用Docker部屬各個微小的服務，以此進行獨立並解偶。

假設我們有個訂單系統，我們會有三個基本單元 前端、後端、DBM，這就是三個服務也就是三個Container，但是他們要如何溝通呢？因為根據Docker的特性他們是虛擬化隔離以網路隔離甚至與父層級的本機也是隔離的，那們要讓
前端下單 -> 後端寫單 -> DB儲存
這樣的溝通要怎麼實現？

在Docker中有一個概念網域，我們可以建立一個網域，然後把 前端、後端、DB 的Container塞入，讓他們可以彼此溝通得到，類似以下指令

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let network = [];
netowrk.push(前端)
netowrk.push(後端)
netowrk.push(DB)

PS: 詳細如何建立網路的指令和把容器加入自定義網域，請自行搜尋因為不常用，Docker有另外一個指令可以取代他。

但Docker有個指令可以更簡單實作該功能，就是Docker Compose。
Compose會自動建立一個網域，然後所有被Compose Run起來的容器，都會被自動塞進這個網域中。Compose可以用來解決容器與容器之間的合作關係，並且功能非常多，甚至你可以透過Comopse就取代上面的 Docker run、build指令，所以Compose算是蠻方便的工具。

而要使用Docker Compose功能就必須建立一個檔案「docker-compose.yml」

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version: "3.9"

services: 
  filebeat_0:
    build: 
      context: ./filebeat/.
      args:
        - CONFIG_NAME=filebeat_kafka.yml
        - KAFKA_PORT=9092
    ports: 
      - 9000:9000
    volumes:
      - ./filebeat/input:/var/log
      - ./filebeat/output:/tmp/filebeat

  kafka_1:
    image: bitnami/kafka:3.8
    ports:
      - 9201:9201
    volumes:
      - ./kafka/kafka_1/persistence:/bitnami
    environment:
      - KAFKA_CFG_LISTENERS=CLIENT://:9092,EXTERNAL://:9201

該檔案是yaml格式是種常見的config格式，類似python的空白規則，從上述yaml檔案看得出來，有兩個Container名叫filebeat_0、kafka_1

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  filebeat_0:
    build: 
      context: ./filebeat/.
      args:
        - CONFIG_NAME=filebeat_kafka.yml
        - KAFKA_PORT=9092
...
  kafka_1:
    image: bitnami/kafka:3.8
...
  • filebeat_0的Image是由filebeat資料夾內的Dockerfile所build而得，並且那個Dockerfile需要提供兩個自定義的參數(CONFIG_NAME、KAFKA_PORT)
  • kafka_1的Image是由DockerHub中bitnami這人所提供
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C:\Users\jlthu\OneDrive\桌面\Lucas\docker-filebeat-kafka-clickhouse
.
│  .gitIgnore
│  docker-compose.yml
│  README.md
│
├─filebeat
│  │  Dockerfile
│  │  filebeat_http.yml
│  │  filebeat_kafka.yml
│  │  filebeat_local.yml
│  │
│  ├─input
│  └─output
├─kafka
│  │  .gitkeep
│  │
│  ├─kafka_1
│  │  └─persistence
│  └─kafka_2
│      └─persistence
│ ...etc

上面就是Docker Compose取代Docker build的功能

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    filebeat_0:
...
    ports: 
      - 9000:9000
    volumes:
      - ./filebeat/input:/var/log
      - ./filebeat/output:/tmp/filebeat
    
    kafka_1:
...
    ports:
      - 9201:9201
    volumes:
      - ./kafka/kafka_1/persistence:/bitnami
    environment:
      - KAFKA_CFG_LISTENERS=CLIENT://:9092,EXTERNAL://:9201

上面就是Docker Compose取代Docker run的功能

  • filebeat_0 的Container Run起來後，監聽本機9000對應到Container內的9000，並且把Container中/var/log路徑的東西同步到本機的./filebeat/input
  • kafka_1 的Container Run起來後，監聽本機9100對應到Container內的2181，並且把Container中/bitnami路徑的東西同步到本機的./kafka/kafka_1/persistence並設定Container的環境變數(ENV)

當這些設置文件都配置好後，我們就可以使用docker-compose up，就會根據docker-compose.yml記載所運行，而要關掉則可以docker-compose down --rmi local，就會把compose的容器都關掉，並且rmove local image也就是filebeat這種本地build的Image檔案。

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C:\Users\jlthu>docker network ls
NETWORK ID     NAME                                       DRIVER    SCOPE
70adcd35d649   bridge                                     bridge    local
92dde023f305   docker-filebeat-kafka-clickhouse_default   bridge    local
84d037c58f0a   host                                       host      local
45f8ac4c0ca3   none                                       null      local

上面就是Docker Compose取代Docker Network的功能，使用docker-compose up指令會自動建立一個network，他的名字是docker-filebeat-kafka-clickhouse_default 規則是 $資料夾名稱_default，而我們可以使用docker inspect進行檢查docker-filebeat-kafka-clickhouse_default內的Containers有誰

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C:\Users\jlthu\OneDrive\桌面\Lucas\docker-filebeat-kafka-clickhouse> docker inspect docker-filebeat-kafka-clickhouse_default
[
    {
        "Name": "docker-filebeat-kafka-clickhouse_default",
        "Id": "92dde023f305ca43a07c2f22d8ac24b9f956d65961d6ed97229784424f0346ba",
        "Created": "2022-12-04T12:32:01.361081354Z",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
        "EnableIPv6": false,
        "IPAM": {
            "Driver": "default",
            "Options": null,
            "Network": ""
        },
        "ConfigOnly": false,
        "Containers": {
            "23e3789efd434b695a9bca8d285b96121ed69e1e2e5f5ea31d2f5fec973d887e": {
                "Name": "docker-filebeat-kafka-clickhouse-filebeat_slb_0-1",
                "EndpointID": "d6bdaf92ccb529ad727abea80b276458e51c20260cefb6cb9fc3b8fd7d8534ec",
                "MacAddress": "02:42:ac:18:00:03",
                "IPv4Address": "172.24.0.3/16",
                "IPv6Address": ""
            },
            "7e6c99015b0e741eb0df623b236350f04c7d315e72e27d1da0371d93acb69f37": {
                "Name": "docker-filebeat-kafka-clickhouse-kafka_1-1",
                "EndpointID": "1da02e5ca91b46acff552b7ebae959ba12c9d56fe39395d9f5cdbf89fe036224",
                "MacAddress": "02:42:ac:18:00:04",
                "IPv4Address": "172.24.0.4/16",
                "IPv6Address": ""
            }
        },
        "Options": {},
        "Labels": {
            "com.docker.compose.network": "default",
            "com.docker.compose.project": "docker-filebeat-kafka-clickhouse",
            "com.docker.compose.version": "2.12.0"
        }
    }
]

顯然Containers欄位就有我們在Compose記載的Container

Docker Network

在上述我們大致了解Network，只有在同一個網域內的Containers 才能互相溝通到，但是在Docker中Network算是一門學問，所以這邊稍微解釋下。

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C:\Users\jlthu>docker network ls
NETWORK ID     NAME           DRIVER    SCOPE
70adcd35d649   bridge         bridge    local
84d037c58f0a   host           host      local
45f8ac4c0ca3   none           null      local
1df61848e6bb   lucas          bridge    local

在安裝Docker後，Docker會自動建立三個Network，這三個是無法被刪除的，也是最常用的Docker Network Drivers

PS:Docker有七種Network Drivers，這邊僅簡述其中三種，畢竟還有NAT、GateWay、veth ..etc 概念，詳細規則可能日後會單獨寫一篇文章。

Null

這類型如其名，就是null，無法進行與外部和其他容器任何連結 

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C:\Users\jlthu>docker run -it --network=none ubuntu:14.04 /bin/bash
root@66308c6686be:/## ifconfig
lo        Link encap:Local Loopback  
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0 
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)
          
           
C:\Users\jlthu>docker inspect 66308c6686be | grep -i ipaddr
            "SecondaryIPAddresses": null,
            "IPAddress": "",
                    "IPAddress": "",

你可以從上面的各種指令看得出來，這個Container的網卡並沒有能力向外發出連線能力，甚至curl和apt這類的網路指令都無法運作，完全屏蔽了網路隔離但是並沒有完全屏蔽虛擬化隔離，也就是說雖然無法收發任何網路封包，但是我們可以透過 volumes 同步Container內的資源

如果你今天需要執行一個不需要網路需求的Container，可以考慮用null類型。

Bridge

這是Docker默認的網路模式，我們可以透過 port 參數進行橋接，Host只能透過 Conatiner Export 的Port 進行網路溝通(Container內的Port對應到Host的Port)，而其他網路功能完全與Host隔絕。
而在相同的網路中，彼此的Container可以互相溝通到，但是但是

  • 如果Container的網路不是自定義的Bridge，換句話說也就是使用系統自動建立的Bridge網路的那些Container，不會享有Conatiner Name map to DNS 功能，要溝通必須透過ping ip，不能ping Name
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C:\Users\jlthu>docker inspect bridge
[
    {
        "Name": "bridge",
        "Id": "1f0a0dd9a2e9e0c97510bc8015f2f89c5ce2d08f9cccdbd798f910a7e611b3b4",
        "Created": "2022-12-05T03:38:48.105702522Z",
        "Scope": "local",
        "Driver": "bridge",
...etc 
        "Containers": {
            "4ebcb5c0698e278f1aed99ed437d316ae14e9229ffff9b43fdaf9e80c9b734a5": {
                "Name": "abc",
                "EndpointID": "9439061af972f6673d507925c1db47118b63acf1c246e3ac4cbc5923e9ead4f2",
                "MacAddress": "02:42:ac:11:00:02",
                "IPv4Address": "172.17.0.2/16",
                "IPv6Address": ""
            },
            "8737ece3f19393bca1490b0c1b70dd18c345576c31eb0b73f8ec4bd308da0b85": {
                "Name": "def",
                "EndpointID": "e19b43b34205f0c8642df6684ea17cf26b29b5638933079242b727f4e62ce1fb",
                "MacAddress": "02:42:ac:11:00:03",
                "IPv4Address": "172.17.0.3/16",
                "IPv6Address": ""
            }
        }
...etc
    }
]

C:\Users\jlthu>docker exec -it abc sh
## ping def
ping: unknown host def
## ping 172.17.0.3
PING 172.17.0.3 (172.17.0.3) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.17.0.3: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.051 ms
64 bytes from 172.17.0.3: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.060 ms
64 bytes from 172.17.0.3: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.044 ms
64 bytes from 172.17.0.3: icmp_seq=4 ttl=64 time=0.090 ms
  • 如果Container的網路是使用者自定義的Bidge(包含Docker-compose自動建立的網域)，將會享有同個網路內的 Conatiner Name map to DNS 功能，可以使用 ping Name。
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C:\Users\jlthu>docker network create -d bridge lucas
74aa6bee776408eb7cb13d89f239d1326bccec4de151aaf30e739988be69da0f

C:\Users\jlthu>docker run -itd --rm --network lucas --name qqq ubuntu:14.04
0b186ea56bebc480493ea81ab353a5bab9fbf2554ce07f006c0fe5eeb5c314df

C:\Users\jlthu>docker run -itd --rm --network lucas --name ccc ubuntu:14.04
2f1fdd829d195ff4ba83d457a6c2be206ad9157f061676e902cb026ce6ae9f4e

C:\Users\jlthu>docker exec -it qqq sh
## ping ccc
PING ccc (172.18.0.3) 56(84) bytes of data.
64 bytes from ccc.lucas (172.18.0.3): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.052 ms
64 bytes from ccc.lucas (172.18.0.3): icmp_seq=2 ttl=64 time=0.059 ms
64 bytes from ccc.lucas (172.18.0.3): icmp_seq=3 ttl=64 time=0.067 ms

Host

這是一個可以把Container直接運作在Host的網域，完全捨棄網域隔離的功能，也就是可以不經過 -p 80:80這種指定export Port方式，因為Conatiner的網域就是Host網域

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docker run -itd --rm --network host --name nginx-test nginx

然後你在網頁上輸入127.0.0.1:80 就可以看到畫面了，因為nginx預設是80 port，並且host的網域。

注意!!!!
host網域有限制!!!
如果你是透過 docker desktop 安裝Docker，請注意這邊的host網域並非是你主機網域。

因為我們說過 Docker是基於Linux系統，而你之所以能在Mac or Windwos上運行，全因為是 Hyper-V or Virtualbox，所以你host的對象是他們而不是你的主機，換而言之，Host網域無法運作在Windwos Mac

Prerequisites

  • This procedure requires port 80 to be available on the Docker host. To make Nginx listen on a different port, see the documentation for the nginx image
  • The host networking driver only works on Linux hosts, and is not supported on Docker Desktop for Mac, Docker Desktop for Windows, or Docker EE for Windows Server.

PS: 詳細請參考 Docker官方說明、stackoverflow

docker swarm

這個可以不用學，因為業界都在使用 K8S ，K8S可以完全取代他，而K8S還可以運行非Docker的容器。所以去學K8S吧。

PS: 誰說容器化只有Docker的，市面上還有很多類似Docker的產品。