Docker 基本介紹

架構總覽

上圖展示了 Docker 完整架構，包含 Docker 客戶端、Docker 守護程序、容器運行時、映像檔倉庫等核心元件及其互動關係

Docker 如何運作？

Docker 采用客戶端-伺服器架構，主要包含以下工作流程：

1. 開發階段：使用 Dockerfile 定義應用程式環境
2. 建構階段：透過 docker build 將 Dockerfile 轉換為映像檔
3. 分享階段：將映像檔推送到 Docker Registry 進行分享
4. 部署階段：在任何支援 Docker 的環境中運行容器

這個流程確保了「一次建構，到處運行」的目標。

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Docker Engine

Docker 的核心運行引擎

• 負責管理容器的整個生命週期
• 包含 Docker 守護程序（dockerd）和 REST API
• 提供容器的建立、啟動、停止和刪除等功能

Container（容器）

應用程式的輕量化運行環境

• 基於映像檔建立的可執行實例
• 提供隔離的運行環境，包含應用程式及其所有依賴
• 相較於虛擬機器，具有更快的啟動速度和更低的資源消耗
• 每個容器都有獨立的檔案系統、網路和程序空間

Image（映像檔）

容器的唯讀模板

• 包含執行應用程式所需的所有檔案、函式庫和設定
• 採用分層架構，支援增量更新和快速部署
• 具有不可變性，確保環境一致性
• 可以透過 Dockerfile 自動化建構

Dockerfile

映像檔的建構腳本

• 定義映像檔建構過程的文字檔案
• 包含一系列指令，如 FROM、RUN、COPY、CMD 等
• 實現基礎設施即程式碼（Infrastructure as Code）
• 支援版本控制和自動化建構

提示
Dockerfile 是實現可重現部署的關鍵，建議遵循最佳實踐來優化映像檔大小和安全性

Docker Registry

映像檔的儲存和分發中心

• 提供映像檔的上傳、下載和版本管理
• Docker Hub 是官方的公共註冊中心
• 支援私有註冊中心，滿足企業安全需求
• 實現映像檔的集中管理和團隊協作

Volume（資料卷）

持久化資料儲存

• 解決容器重啟時資料遺失的問題
• 提供容器間的資料共享機制
• 支援多種儲存驅動，如本機儲存、網路儲存等
• 資料生命週期獨立於容器生命週期

Network（網路）

容器間的通訊管理

• 提供容器與外部世界的網路連接
• 支援多種網路驅動模式：
  • bridge: 預設網路模式，適用於單機容器通訊
  • host: 直接使用主機網路，提供最佳性能
  • overlay: 跨主機容器通訊，適用於叢集環境
  • none: 無網路存取，適用於安全要求較高的場景

註解
適當的網路配置對於容器安全性和性能至關重要

Docker Compose

多容器應用程式的編排工具

• 透過 YAML 檔案定義和管理多容器應用程式
• 簡化複雜應用程式的部署和管理
• 支援服務依賴關係和啟動順序控制
• 提供開發、測試和生產環境的一致性

重要提示
Docker Compose 非常適合開發環境和小規模部署，對於大規模生產環境建議使用 Kubernetes 等編排工具

安裝 Docker

Docker 提供了跨平台的安裝支援。以下將介紹最常用的安裝方式和注意事項。

推薦安裝方式

Windows/macOS 使用者：直接下載 Docker Desktop，這是最簡單且完整的解決方案。

Linux 使用者：使用以下方式之一：

• 推薦：官方安裝腳本（最新版本）
• 替代：套件管理器安裝（簡單快速）

系統需求

平台	最低需求	建議配置
Linux	64位元、Kernel 3.10+	Ubuntu 20.04+、Debian 10+、CentOS 8+
Windows	Windows 10 Pro 64位元	Windows 11 + WSL 2
macOS	macOS 10.15+	macOS 12+ 含 Apple Silicon 支援

方法一：官方一鍵安裝腳本（推薦）

這是 Docker 官方提供的最簡單安裝方式：

# 下載並執行官方安裝腳本
curl -fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh
sudo sh get-docker.sh

# 啟動 Docker 服務
sudo systemctl enable --now docker

# 將使用者加入 docker 群組
sudo usermod -aG docker $USER

# 重新載入群組設定
newgrp docker

方法二：手動安裝（Ubuntu/Debian）

如果您需要更精確的控制，可以使用手動安裝：

# 更新套件索引
sudo apt update

# 安裝必要的套件
sudo apt install -y apt-transport-https ca-certificates curl gnupg lsb-release

# 添加 Docker 官方 GPG 金鑰
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg

# 添加 Docker 軟體源
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

# 更新套件索引並安裝 Docker
sudo apt update
sudo apt install -y docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin

# 啟動 Docker 服務並設定為開機自動啟動
sudo systemctl enable --now docker

# 將目前使用者加入 docker 群組，避免每次都需要 sudo
sudo usermod -aG docker $USER

方法三：套件管理器安裝（簡單快速）

適用於快速測試或學習環境：

# Ubuntu/Debian
sudo apt update && sudo apt install -y docker.io docker-compose-plugin

# CentOS/RHEL
sudo yum install -y docker docker-compose-plugin

# 啟動服務並設定開機自啟
sudo systemctl enable --now docker
sudo usermod -aG docker $USER
newgrp docker

安裝後必要步驟

無論使用哪種安裝方式，都需要完成以下步驟：

1. 驗證安裝

# 檢查 Docker 版本
docker --version

# 檢查 Docker 狀態
docker info

# 執行測試容器
docker run --rm hello-world

2. 確認權限設定

# 確認使用者在 docker 群組中
groups $USER | grep docker

# 如果沒有，執行以下指令：
sudo usermod -aG docker $USER
newgrp docker

安全提醒：將使用者加入 docker 群組會給予該使用者等同 root 的 Docker 操作權限。在生產環境中請謹慎考慮安全性。

Windows 和 macOS 安裝

這兩個平台的安裝非常簡單：

1. 下載 Docker Desktop
2. 執行安裝檔並遵循安裝精靈
3. 安裝完成後重新啟動電腦（Windows）或啟動應用程式（macOS）
4. 等待 Docker 服務啟動完成
5. 使用上述驗證步驟確認安裝成功

安裝 Docker Compose

Docker Compose 是用於定義和管理多容器 Docker 應用程式的工具。現代版本的 Docker 已經內建 Compose 功能，但您也可以單獨安裝 Docker Compose。

檢查是否已安裝

現代版本的 Docker Desktop 和 Docker Engine 已經內建了 Docker Compose：

# 檢查 Docker Compose 版本（新版語法）
docker compose version

# 檢查 Docker Compose 版本（舊版語法）
docker-compose --version

Linux 手動安裝 Docker Compose

如果您的系統沒有內建 Docker Compose，可以手動安裝。有兩種主要的安裝方式：

方法一：作為 Docker CLI 插件安裝（推薦）

# 設定 Docker 配置目錄
DOCKER_CONFIG=${DOCKER_CONFIG:-$HOME/.docker}
mkdir -p $DOCKER_CONFIG/cli-plugins

# 下載 Docker Compose 插件
curl -SL https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.24.5/docker-compose-linux-x86_64 \
  -o $DOCKER_CONFIG/cli-plugins/docker-compose

# 給予執行權限
chmod +x $DOCKER_CONFIG/cli-plugins/docker-compose

方法二：作為獨立執行檔安裝

# 下載最新版本的 Docker Compose
sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/latest/download/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose

# 給予執行權限
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

# 建立軟連結（可選）
sudo ln -s /usr/local/bin/docker-compose /usr/bin/docker-compose

兩種安裝方式的區別

特性	插件安裝（方法一）	獨立安裝（方法二）
安裝位置	~/.docker/cli-plugins/	/usr/local/bin/
權限需求	用戶權限即可	需要 sudo 權限
使用語法	docker compose	docker-compose
整合性	與 Docker CLI 深度整合	獨立運行
更新方式	替換插件檔案	重新下載執行檔
系統影響	僅影響當前用戶	全系統可用
Docker 版本	需要 Docker 20.10+	支援較舊版本

推薦使用插件安裝的原因：

• 不需要 sudo 權限，更安全
• 與 Docker CLI 更好的整合
• 支援新的 docker compose 語法
• 更容易管理和更新

使用套件管理器安裝

Ubuntu/Debian：

sudo apt install -y docker-compose-plugin

CentOS/RHEL：

sudo yum install -y docker-compose-plugin

驗證安裝

# 驗證 Docker Compose 安裝
docker compose version

# 查看幫助資訊
docker compose --help

新舊語法差異

• 新版語法：docker compose （推薦使用）
• 舊版語法：docker-compose

新版 Docker Compose 作為 Docker CLI 的插件，提供更好的整合性和性能。

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完整環境驗證

完成 Docker 和 Docker Compose 安裝後，使用以下步驟驗證整個環境：

# 1. 檢查 Docker 基本狀態
docker --version && docker compose version

# 2. 檢查 Docker 服務狀態
docker info | grep -E "Server Version|Storage Driver|Cgroup Driver"

# 3. 執行簡單的容器測試
docker run --rm hello-world

# 4. 測試 Docker Compose 功能
echo 'version: "3.8"
services:
  test:
    image: hello-world' > docker-compose.yml
docker compose up
docker compose down
rm docker-compose.yml

# 5. 清理測試資源
docker system prune -f

如果以上所有步驟都成功執行，恰喜您！Docker 環境已經準備就緒，可以開始您的容器化之旅了！

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下一步學習建議

現在您已經了解了 Docker 的核心概念並完成了安裝，接下來建議：

1. 學習基本指令：熟悉 docker run、docker build、docker ps 等常用指令
2. 編寫 Dockerfile：學習如何建立自己的映像檔
3. 使用 Docker Compose：管理多容器應用程式
4. 探索實際專案：將現有應用程式容器化