Docker به صورت ساده، پلتفرمی است که به سادگی قابلیت ساخت، انتقال و اجرا کردن Imageها را در اختیار دارد و همچنین به صورت native درون سرور‌های لینوکسی و ویندوزی اجرا میشود؛ به علاوه اینکه در محیط محلی، برای تست نیز بر روی ماشین‌های ویندوزی و مک از طریق virtual machine قابل اجراست.
دو مفهوم اساسی در محیط Docker وجود دارند که دانستن آنها ضروری است: Image و Container
image عملا چیزی است که از آن برای Build یک Container استفاده میشود. image دارای یک سری فایل‌های لازم و اساسی است که باعث میشود بر روی یک Operation System اجرا شود؛ مثل Ubuntu یا Windows. بنابراین شما Application Framework خود را خواهید داشت و همچنین Databaseی که با آن کار میکند. بنابراین قابلیت استفاده از زبان‌ها و فریم ورک‌های مختلف چون Asp.net Core, Nodejs, Python و غیره را خواهد داشت. یک image به خودی خود غیر قابل استفاده است تا زمانیکه بر روی یک Container توزیع شده باشد، تا قابلیت اجرا پیدا کند. بنابراین نقطه‌ی شروع اصلی اجرایی یک برنامه با Container مربوط به آن میباشد.
به صورت خلاصه Image یک template از نوع Readonly است که ترکیبی از لایه‌های File System میباشد، به همراه فایل‌های share شده‌ی دیگر (از قبیل فریم ورک‌ها و ...) که میتوانند یک Docker Container Instance را تولید نمایند.
Container یک محیط امن و ایزوله است که به وسیله‌ی image ساخته شده است و میتواند اجرا، متوقف، منتقل و یا حذف شود (بطور قابل ملاحظه‌ای اجرا کردن و متوقف کردن آن سریع میباشد).
تفاوت Docker Containers و Virtual Machines
Virtual Machines همیشه بر روی Host Operation System اجرا میشوند (که میتواند بر روی ویندوز یا لینوکس باشد) و بعد از آن اجرای Guest OS بر روی سطحی به نام Hypervisor. پس میتوان گفت یک کپی کامل از سیستم عامل است که که بر روی hypervisor اجرا میشود و خودش نیز بر روی سخت افزار اجرا میشود. بنابراین میتوان مثل شکل زیر، یک App داشت که عملا یک سری باینری و کتابخانه است و اگر قرار باشد بر روی سیستم عامل‌های مختلفی کار کند، احتیاج به کپی کردن کل آن میباشد و بطور واضحی زمان و هزینه‌ی بیشتری برای بالا آوردن آن لازم است.
اما بر خلاف آن، داکر با استفاده از ابزاری به نام Docker Engine کار میکند که میتواند Containerهای مختلفی از OSهای مختلف را اجرا نماید و نیازی به کپی گرفتن از کل سیستم عامل برای اجرای هر container نخواهد بود.
بنابراین با استفاده از ابزار‌های مجازی سازی چون Vmware، نسخه‌ی کاملی را از سیستم عامل مطبوع خود میتوان نصب و اجرا نمود؛ اما برخلاف آن با استفاده از داکر، یک نسخه‌ی کوچک از سیستم عامل، بدون وابستگی‌ها و پیچیدگی‌های نسخه‌ی اصلی در اختیار خواهد بود.
با این وجود، بوسیله داکر به راحتی میتوان تعداد زیادی از Containerها را به راحتی و با سرعت بالا اجرا نموده و مورد تست و ارزیابی قرار داد.
چطور Docker میتواند سریعتر از Virtual Machineها عمل کند ؟
داکر از چیزی به نام Copy On Write استفاده میکند؛ به معنای کپی کردن همزمان با نوشتن. همانطور که گفته شد هر Container از یک Image ساخته میشود و عملا Imageها همان FileSystemهای از قبل تولید شده هستند و هر کدام از لایه‌ای از کتابخانه‌ها استفاده میکنند که برای اجرای برنامه‌های کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سرور آپاچی را در نظر بگیرید، به عنوان یک فایل image که FileSystem بر روی آن ذخیره شده‌است. با نصب Php یک لایه بر روی لایه دیگر ایجاد شده و فقط تغییرات جدید به آن اضافه خواهند شد و حال اگر بخواهید تغییری را بر روی source code خود بدهید، عملا فقط آن تغییر به Image و FileSystem اضافه خواهد شد. این معماری لایه لایه باعث تولید یک FileSystem بصورت read-only میشود که شامل لایه‌های متفاوتی است و سبب کم حجم شدن آن، بالا رفتن سرعت آن میشود و همچنین با استفاده از Caching، قدرت زیادی را بدان میبخشد.
پس همانطور که در شکل فوق مشاهده میکنید، هر image از لایه‌های مختلفی تشکیل شده است و توانایی به اشتراک گذاشتن این لایه‌های متمایز از یکدیگر در Containerها وجود دارد.
بنابراین طبق شکل فوق، بحث را اینگونه خلاصه میکنیم که هر Image از ترکیبی از لایه‌هایی از نوع read-only تشکیل شده است و با اضافه شدن Container، عملا یک لایه‌ی دیگری که قابلیت read/write را دارد بر روی آن اضافه میشود و درون آن source code میتواند قرار گیرد و اینکه بر مبنای شکل زیر میبینید که قابلیت به اشتراک گذاری Image layerها به Containerهای مختلف تعبیه شده است که باعث میشود لایه‌ی نصب شده بر روی سیستم، بصورت اشتراکی قابل استفاده‌ی مجدد باشد و فضای دیسک کمتری، به علاوه سرعت اجرای بالاتری را داشته باشد. هر لایه یک مقدار هش شده‌ی یکتایی را در اختیار دارد تا از لایه‌های دیگر تمیز داده شود و قابل شناسایی باشد.
داکر در شبکه چگونه کار میکند؟
ضمنا نکته‌ی قابل توجه که در مقاله‌های بعدی به صورت عملی به آن میپردازیم این است که با استفاده از داکر میتوانیم وب سرورهایی را بر روی Containerهای مختلفی داشته باشیم که همگی بر روی پورت بطور مثال 80 هستند؛ طوری که درون هر Container بدلیل ایزوله بودن پروسس‌های مخصوص Container مربوط به خود، به پورت‌های باز داخل آن شبکه دسترسی دارند و میتوانند پورت در نظر گرفته شده‌ی درون Container را با پورت دیگری بیرون Container به اصطلاح Expose نمایند.
ضمن اینکه نکته‌ی دیگری که وجود دارد، ارتباط Containerها با یکدیگر است. برای مثال یک Container برای Database و دیگری برای WebApp میباشد که باید به همدیگر link شده تا قابل استفاده گردند و عملا نیازی به نوشتن ip یکدیگر در این حالت وجود ندارد. البته راه‌های دیگری از قبیل Compose کردن نیز وجود دارد که در ادامه بیشتر با آنها آشنا خواهیم شد.
Docker Volume چیست؟
بحث دیگری که وجود دارد، Volumeها هستند که قسمتی از FileSystemها میباشند و بصورت ساده، مثال کاربردی‌اش میتواند قسمتی از یک سیستم و دایرکتوری خاصی را بر روی Container خاصی Map کردن باشد و عملا داخل آن دایرکتوری میتواند source code بوده باشد (یکی از راه‌های ممکن برای map کردن source code به container) و بر روی Container ایجاد شود.
فوایدی که با استفاده از Volumeها میتوان به آن رسید از قبیل موارد زیر میباشند:
قابلیت به اشتراک گذاری یک Volume بین Containerهای مختلف که به شدت میتواند قابل استفاده باشد.
Data Volumeها ماندگار هستند. یعنی حتی بعد از اینکه Container مربوطه را حذف نمایید، volume مربوط به آن بطور اتوماتیک حذف نمیشود (مگر اینکه خودتان دستور حذف کردن آن را وارد نمایید). پس عملا قابلیت استفاده‌ی مجدد را نیز خواهد داشت.
طبق شکل فوق ما میتوانیم درون یک container یک volume داشته باشیم. وقتی ما چیزی را درون آن مینویسیم عملا داریم در قسمت خاصی به نام Docker Host عمل write کردن را انجام میدهیم که باعث میشود داکر متوجه آن شود. وقتی اسمی را به یک Volume انتساب میدهیم همانند /var/www، در واقع یک اسم مستعار (alias) میباشد که اشاره میکند به این Docker host موجود. در ادامه بیشتر با Volumeها آشنا خواهیم شد.
DockerFile و ساخت imageها چگونه است؟
روش دیگر برای اجرای source code در داکر، ساخت یک image اختصاصی از آن و اجرا کردن آن بر روی یک container مجزا است. با استفاده از DockerFile میتوانید imageهای خود را build کرده که عملا هر image در آخر باید به یک سیستم عامل برسد و همانطور که گفته شد به صورت لایه‌ای کار میکنند و مراتب اجرای آن از قبیل working directory و expose کردن بر روی پورتی خاص، همچنین استفاده از Environment Variableها میباشد و همچنین با استفاده از DockerHub (که نسخه‌ی enterprise نیز دارد) میتوان imageهای ساخته شده را بر روی cloud نگه داشت و همه‌ی اعضای تیم از یک image بخصوص استفاده کنند؛ برای مثال همه‌ی اعضای تیم از یک نسخه‌ی Nodejs استفاده کنند و اشتباها بر روی ماشین‌های توسعه‌ی مختلف برنامه نویسان، از نسخه‌های مختلفی استفاده نشود و همچنین روند به‌روز رسانی به سادگی انجام گیرد.
مزایای Docker برای برنامه نویسان
فرض کنید که یک App Service از Azure تهیه کرده باشید. تست‌های unit, integration, acceptance را انجام داده و با خیال راحت Container خود را از طریق برای مثال Visual studio team service بر روی App service به صورت انتشار از طریق مدل Continuous Integration و Continuous Deployment داشته باشید. پس عملا داکر به Devops بودن محیط و چابک بودن تیم توسعه کمک شایانی کرده و فرآیند‌های سخت و زمانبر انتقال Codeها از محیط توسعه به محیط انتشار را تسریع میبخشد.
بنابراین از داکر به راحتی میتوان در محیط Production نیز استفاده کرد و مزایای فوق العاده ای را برای برنامه نویسان ارائه کرده است. بطور مثال فرض کنید در تولید نرم‌افزار یک Web server ، تعدادی Database و یک Caching server که کانفیگ کردن، اجرا و ... به صورت عادی بسیار صعب و مشکل ساز بوده را به راحتی میتوان اجرا نمود. ضمن اینکه ممکن است هر کدام از ابزارهایی که استفاده شده، فقط مخصوص سیستم عاملی خاص باشد که قاعدتا احتیاج به بالا آوردن Virtual Machine خواهید بود و در سناریو‌های خاصی مثل سیستم هایی با معماری Microservice که هر کدام از این ریز سرویس‌ها ممکن است زبان، فریم ورک، دیتابیس و ... مخصوص به خود را داشته باشند، عملا کار بسیار سخت و پر هزینه خواهد بود (ضمن اینکه استفاده‌ی همزمان از چند Virtual Machine در کنار هم در محیط توسعه، حجم زیادی از memory و disk سیستم شما را خواهد گرفت و شما را مجبور به ارتقای سیستم خود خواهد کرد!).
مشکل دیگری که Docker آن را حل کرده، Conflictهای ورژن‌های مختلف ابزار‌های مورد استفاده است. به راحتی میتوان Containerی از Imageها را به صورت ایزوله با ورژن‌های مختلفی ایجاد کرد تا بطور کامل برنامه نویسان را از مشکل همیشگی به‌روزرسانی‌ها و Role-back کردن‌ها آسوده خاطر نماید.
از آنجایی که داکر قابلیت اجرای در محیط production را نیز دارد، عملا محیط Development با محیط Production تفاوتی ندارد و این جمله‌ی معروف که «در سیستم من کار میکند اما در نسخه‌ی انتشار داده شده خیر» دیگر اتفاق نخواهد افتاد.
به راحتی میتوانید از یک Image خاص، Containerهای ایزوله‌ی متفاوتی را ساخته و همگی آنها را در کنار هم اجرا نمود و مورد تست و ارزیابی قرار داد.
Dokcer hub
مخرنی است از هزاران Image آماده از قبیل سیستم عامل، فریم ورک و... که قابلیت استفاده‌ی مجدد خواهد داشت. همچنین شما میتوانید Imageهای خود را نیز بدان اضافه نموده تا دیگران از آن استفاده نمایند. استفاده از مخزن‌های public آن رایگان میباشد. از آنجایی که Docker یک محصول متن باز و رایگان است، یک بخش از درآمد‌های آن از فروش اختصاصی مخزن‌ها در DokcerHub میباشد (چیزی شبیه به Private Repository در Github).
بیشتر از این به مفاهیم نمیپردازیم. برای مطالعه‌ی بیشتر، کتاب فوق العاده‌ی
Mastering Docker را پیشنهاد میکنم.
شروع به کار با Docker
بعد از نصب کردن نسخه‌ی رسمی
Docker و باز کردن ترمینال مربوطه، اولین دستوراتی را که باید با آن آشنا باشیم، شامل موارد زیر میباشد:
لیست Imageهای کش شده‌ی بر روی سیستم:
لیست containerهای در حال اجرای بر روی ماشین محلی:
بعد از تست کردن دو دستور فوق مشاهده میکنید که هیچ image و containerی بر روی سیستم شما وجود ندارد.
برای آزمایش کردن و نصب اولین image، دستور زیر را وارد میکنیم (میتوانید اطلاعات بیشتری از imageها را در dockerHub پیدا کنید). من در اینجا
kitematic/hello-world-nginx را به عنوان image از مخزن dokcerhub، بر روی سیستم خود pull کرده‌ام (این یک نسخه‌ی بسیار سبک از کانتینر nginx میباشد).
docker pull kitematic/hello-world-nginx
بعد از اجرای دوباره‌ی دستور docker images مشاهده میکنید که image مربوطه بر روی سیستم شما نصب شده است.
حال وقت اجرای این image و توزیع آن بر روی container میباشد که با استفاده از دستور زیر است:
docker run -p 80:80 kitematic/hello-world-nginx
پرچم p- برای مقدار دهی پورت خارجی و داخلی میباشد و بعد از آن هم که نام image مربوطه برای اجرای container میباشد (فلگ‌های خیلی بیشتر و تخصصی‌تری در رابطه با اجرا وجود دارند که در ادامه بیشتر مورد بحث قرار می‌گیرند) .
بعد از اجرای این دستور میتوانید با وارد کردن ip مربوط به virtual machine ساخته شده بر روی سیستم خود (اگر از مک یا ویندوز استفاده میکنید احتمالا 192.168.99.100 خواهد بود) که البته با دستور docker-machine ip میتوانید آن را پیدا کنید و وارد کردن آن بر روی مرورگر خود، تصویری مثل زیر را مشاهده کنید:
بدین معناست که container شما اجرا شده و قابلیت مورد استفاده قرار گرفتن را خواهد داشت. حال اگر دستور docker ps را مجددا وارد نمایید، اطلاعات این container را از نوع id, status port و غیره، مشاهده خواهید کرد.
