# Basic Concepts (EN & CH)
## [EN]
## ✅ 1. **Hardware**

### 🔹 What it is:

Physical computing resources — the **foundation layer** for everything. Includes:

* CPU (processor)
* RAM (memory)
* Storage (SSD/HDD)
* Network cards (NIC)
* GPU (optional)

### 🔹 Real-life Example:

* A **MacBook Pro** running Intel i7, 16GB RAM, and 512GB SSD.
* A **cloud server** from AWS EC2 or Google Cloud Compute Engine.

### 🔹 Usage:

* Hosts the **operating system**.
* Determines the limits of performance (CPU cores, available memory, etc.).

---

## ✅ 2. **Kernel**

### 🔹 What it is:

The **core part** of an operating system. It manages:

* Communication between hardware and software
* Resource allocation
* Process scheduling
* Memory and device control

> Think of the kernel as the "translator" between software apps and hardware.

### 🔹 Real-life Examples:

* **Linux kernel**: Used in Ubuntu, Red Hat, Android
* **Windows NT kernel**: Used in all modern Windows versions

### 🔹 Usage:

* If an app requests access to memory or disk, the kernel decides how and when.
* Docker **shares the host kernel** across all containers — that’s what makes it lightweight.

---

## ✅ 3. **Operating System (OS)**

### 🔹 What it is:

A **complete environment** that includes the kernel plus user-level tools, libraries, services, and a UI or CLI shell.

### 🔹 Real-life Examples:

* **Ubuntu**, **Debian**, **Fedora** (Linux-based)
* **Windows 11**
* **macOS**
* **Android**

### 🔹 Usage:

* You boot into your OS when you turn on your laptop.
* Developers choose OS based on toolchain compatibility (e.g., Linux for servers, Windows for .NET apps).

---

## ✅ 4. **Application**

### 🔹 What it is:

Software built by developers to run **on top of the operating system**. Can be:

* GUI-based
* CLI-based
* Server-side or client-side

### 🔹 Real-life Examples:

* **Google Chrome** (Web browser)
* **PostgreSQL** (Database)
* **Node.js API Server**
* **Nginx** (Web server)
* **Slack**, **VSCode**, **Zoom**

### 🔹 Usage:

* The programs users interact with or that power backend systems.
* In Docker, applications are packaged **with all their dependencies**.

---

## ✅ 5. **Virtual Machine (VM)**

### 🔹 What it is:

A **full software emulation of a computer**, including virtual CPU, memory, disk, and OS. Runs on a **hypervisor** (like VirtualBox or VMware).

Each VM includes:

* Its own OS
* Its own kernel
* Isolated from the host machine

### 🔹 Real-life Examples:

* Run **Ubuntu on Windows** using VirtualBox
* Deploy a **Windows Server 2019 VM** in Azure
* A developer uses a VM to test software in an isolated environment

### 🔹 Usage:

* Heavy-duty isolation
* Suitable for legacy software that depends on a full OS
* Common in enterprise environments

---

## ✅ 6. **Docker**

### 🔹 What it is:

A **containerization platform** that allows you to run applications in **isolated, lightweight environments** called containers.

Docker **does not emulate hardware** like a VM. Instead:

* It shares the host’s OS kernel
* Packages everything the app needs (code, runtime, system tools)

### 🔹 Real-life Examples:

* Run a **Node.js app** in a Docker container with all its dependencies
* Use **Docker Compose** to run a multi-service app (API + database + Redis)
* Deploy containers using **Kubernetes** or **AWS ECS**

### 🔹 Usage:

* Microservice architecture
* CI/CD pipelines
* Dev/prod consistency
* Easy rollback and replication

---

## 🔧 Architecture Diagram: Conceptual Overview

[Hardware: CPU, RAM, Disk]
        ↓
    [Kernel: Linux/Windows NT]
        ↓
  [Operating System: Ubuntu, Windows]
        ↓
   ┌──────────────┬──────────────┬───────────────┐
   │ VirtualBox VM│ Docker Engine│ Native App    │
   │ (Ubuntu VM)  │ (Containers) │ (Chrome, etc.)│
   └──────────────┴──────────────┴───────────────┘
        ↓                ↓
 [VM: OS + Kernel]   [App + Libs + Files]
                     [Containerized App]

---

## ✅ Final Summary

| Layer | Scope | Isolation | Startup Time | Resource Usage | Example |
| ---------------- | ---------------- | --------- | ------------ | -------------- | ------------------------ |
| Hardware | Physical machine | N/A | N/A | N/A | MacBook, AWS EC2 |
| Kernel | Core of OS | Shared | Always on | Medium | Linux kernel, Windows NT |
| Operating System | System software | Full | Minutes | High | Ubuntu, Windows, macOS |
| Application | User software | Process | Seconds | Depends | Nginx, VSCode, Node.js |
| Virtual Machine | Emulated OS | Full | Minutes | High | VirtualBox, VMware |
| Docker | App container | Process | Seconds | Lightweight | Docker, Compose, K8s |

---

[CH]

---

## ✅ 1. **硬體（Hardware）**

### 🔹 什麼是硬體：

硬體是實體的電腦資源，是所有運算的**基礎層級**，包含：

* CPU（中央處理器）
* RAM（記憶體）
* 儲存裝置（SSD/HDD）
* 網路卡（NIC）
* GPU（圖形處理器，可選）

### 🔹 實際範例：

* 一台搭載 Intel i7、16GB RAM、512GB SSD 的 **MacBook Pro**
* 一台部署在 AWS EC2 或 Google Cloud 的雲端主機

### 🔹 使用場景：

* 作業系統會安裝在硬體上
* 決定可支援的效能上限（例如處理器核心數、記憶體大小）

---

## ✅ 2. **核心（Kernel）**

### 🔹 什麼是核心：

核心是作業系統的**核心組件**，負責：

* 軟體與硬體間的溝通
* 資源分配
* 行程排程
* 記憶體與裝置控制

> 可將核心視為軟體與硬體之間的「翻譯官」。

### 🔹 實際範例：

* **Linux 核心**：應用於 Ubuntu、Red Hat、Android
* **Windows NT 核心**：用於現代的所有 Windows 作業系統

### 🔹 使用場景：

* 當應用程式需要使用記憶體或硬碟時，由核心來控管
* Docker 容器會**共用主機的核心**，因此相較虛擬機更輕量

---

## ✅ 3. **作業系統（Operating System, OS）**

### 🔹 什麼是作業系統：

作業系統是一個**完整的運行環境**，包含核心、系統工具、程式庫、服務及使用者介面（UI/CLI）。

### 🔹 實際範例：

* Linux 系列：**Ubuntu**, **Debian**, **Fedora**
* 商用系統：**Windows 11**, **macOS**
* 行動裝置：**Android**

### 🔹 使用場景：

* 電腦開機後會載入作業系統
* 開發者根據專案需求選擇 OS（例如部署伺服器多用 Linux）

---

## ✅ 4. **應用程式（Application）**

### 🔹 什麼是應用程式：

開發人員撰寫的軟體，用於執行特定功能。可分為：

* 圖形介面（GUI）
* 命令列介面（CLI）
* 前端/後端應用程式

### 🔹 實際範例：

* **Google Chrome**（網頁瀏覽器）
* **PostgreSQL**（資料庫）
* **Node.js 應用伺服器**
* **Nginx**（Web Server）
* **Slack**, **VSCode**, **Zoom**

### 🔹 使用場景：

* 使用者或後端系統執行的實際程式
* 在 Docker 中，應用程式會被**與所有依賴一起打包進容器**

---

## ✅ 5. **虛擬機（Virtual Machine, VM）**

### 🔹 什麼是虛擬機：

完整模擬一台電腦環境，包括虛擬 CPU、記憶體、磁碟與作業系統，透過 **Hypervisor（虛擬機管理器）** 運行。

每個虛擬機都包含：

* 自己的作業系統
* 自己的核心
* 與主機完全隔離

### 🔹 實際範例：

* 在 Windows 上透過 VirtualBox 運行 **Ubuntu**
* 在 Azure 上部署 **Windows Server 2019 VM**
* 開發人員用虛擬機測試高風險軟體，避免影響主系統

### 🔹 使用場景：

* 需要完全隔離的測試環境
* 舊版應用程式或舊作業系統相容性需求
* 企業內部部署多個獨立系統

---

## ✅ 6. **Docker**

### 🔹 什麼是 Docker：

Docker 是一種**容器化平台**，可以讓應用程式在**輕量、隔離的環境中運行**，稱為「容器」。

Docker 與虛擬機不同：

* **不模擬硬體**
* 容器會**共用主機的核心**
* 每個容器都包含應用程式、相依檔案、程式庫等

### 🔹 實際範例：

* 使用 Docker 執行一個 **Node.js 應用程式**
* 使用 Docker Compose 同時啟動 API + 資料庫 + Redis
* 在 AWS、Kubernetes 上部署多個容器進行水平擴展

### 🔹 使用場景：

* 微服務架構
* CI/CD 自動化部署
* 開發與生產環境一致性
* 快速版本回滾、複製與測試

---

## 🔧 架構總覽圖（簡化示意）

[硬體]
  ↓
[核心]
  ↓
[作業系統]
  ↓
 ┌─────────────┬──────────────┬─────────────┐
 │ 虛擬機器     │ Docker 容器引擎 │ 原生應用程式 │
 │（完整作業系統）│（容器）        │（安裝在 OS） │
 └─────────────┴──────────────┴─────────────┘

---

# Summary Tables
## [EN]
## 🧩 **1. Docker vs Virtual Machine (VM)**

| Feature | **Docker (Container)** | **Virtual Machine (VM)** |
| ------------------------ | ----------------------------------------------- | ---------------------------------------------- |
| **Virtualization Layer** | OS-level (shares host kernel) | Hardware-level (emulates full hardware stack) |
| **Resource Usage** | Lightweight (shares OS, minimal overhead) | Heavy (requires full guest OS per VM) |
| **Startup Time** | Very fast (seconds) | Slower (minutes) |
| **Isolation Level** | Process-level (namespaces, cgroups) | Full system isolation |
| **Performance** | Near-native | Slower due to hardware emulation |
| **Use Case** | Microservices, dev/test, lightweight deployment | Full OS testing, legacy apps, strong isolation |
| **Size** | Small (MBs) | Large (GBs) |
| **Example Tools** | Docker, Podman, containerd | VirtualBox, VMware, Hyper-V |

---

## 🧱 **2. Hardware → Kernel → OS → Application → VM → Docker**

| Layer | **Description** | **Example** |
| -------------------- | ------------------------------------------------------------------- | ---------------------------------- |
| **Hardware** | Physical machine (CPU, RAM, disk, etc.) | Intel CPU, SSD, RAM, NIC |
| **Kernel** | Core of the OS, interfaces between hardware and software | Linux kernel, Windows NT kernel |
| **Operating System** | Full system with tools, services, libraries, and shell | Ubuntu, CentOS, Windows |
| **Application** | End-user programs or services running on the OS | Nginx, Node.js, VSCode |
| **Virtual Machine** | Emulated OS running on hypervisor (needs full OS + kernel) | Ubuntu VM on VirtualBox |
| **Docker (Engine)** | Container runtime that uses host OS kernel to run apps in isolation | Docker running a Node.js container |

---

## 🐳 **3. Docker Components Comparison**

| Component | **Description** |
| ------------------------- | -------------------------------------------------------------------------------------- |
| **Docker Image** | Read-only **blueprint** for creating containers. Contains app, dependencies, OS files. |
| **Docker Container** | **Running instance** of an image. Lightweight, isolated, shares host kernel. |
| **Container Environment** | The **runtime environment** inside a container (file system, libraries, app). |

---

## ⚙️ **Optional Docker Tooling (Bonus)**

| Tool/Component | Description |
| ------------------ | ----------------------------------------------------------------------- |
| **Docker Engine** | Core runtime that builds, runs, and manages containers |
| **Docker Compose** | Tool to define and run multi-container setups via `docker-compose.yml` |
| **Docker Toolbox** | Legacy bundle (before Docker Desktop) for Windows/macOS development |
| **Docker Machine** | Creates and manages Docker hosts on VMs/clouds (now deprecated) |
| **Kitematic** | GUI for managing Docker containers (discontinued, once part of Toolbox) |

---
## [CH]

以下是「**Docker 容器 vs 虛擬機器（VM）**」的比較表格（繁體中文版本）：

---

## 🧩 **1. Docker 與虛擬機（VM）比較**

| 功能項目 | **Docker（容器）** | **虛擬機（VM）** |
| --------- | ------------------------------- | ------------------------- |
| **虛擬化層級** | 作業系統層級（共用主機核心） | 硬體層級（模擬完整硬體堆疊） |
| **資源使用量** | 輕量（共用作業系統，開銷小） | 較重（每個 VM 需要完整作業系統） |
| **啟動速度** | 非常快（幾秒鐘即可啟動） | 較慢（需要數分鐘來啟動整個作業系統） |
| **隔離等級** | 程式層級隔離（使用 namespaces 和 cgroups） | 完整系統隔離（每台 VM 都有獨立的核心與 OS） |
| **效能表現** | 接近原生效能 | 較慢（因為模擬硬體，效能有損耗） |
| **適用場景** | 微服務、開發/測試環境、輕量級部署 | 完整 OS 測試、執行舊系統、需要高度隔離的應用 |
| **檔案大小** | 小（通常為數十到數百 MB） | 大（通常為數 GB） |
| **範例工具** | Docker、Podman、containerd | VirtualBox、VMware、Hyper-V |

---
## ✅ 2. Hardware → Kernel → OS → Application → VM → Docker

| 層級（Layer） | **說明（Description）** | **範例（Example）** |
| ---------------------------- | ----------------------------------------- | --------------------------- |
| **硬體（Hardware）** | 實體機器（CPU、記憶體、硬碟等） | Intel 處理器、SSD、記憶體、網路卡（NIC） |
| **核心（Kernel）** | 作業系統的核心，負責軟體與硬體之間的溝通與管理 | Linux 核心、Windows NT 核心 |
| **作業系統（Operating System）** | 完整的系統環境，包含工具、服務、程式庫與命令列/圖形介面 | Ubuntu、CentOS、Windows |
| **應用程式（Application）** | 安裝並運行於作業系統上的終端應用程式或服務 | Nginx、Node.js、VSCode |
| **虛擬機（Virtual Machine）** | 在虛擬化平台（如 Hypervisor）上模擬出來的作業系統，需包含完整核心與系統 | 在 VirtualBox 上執行的 Ubuntu VM |
| **Docker 引擎（Docker Engine）** | 容器運行時環境，利用主機的作業系統核心來隔離並執行應用程式 | Docker 執行中的 Node.js 容器 |

---

## ✅ 3. `Dockerfile` vs `docker-compose.yml` vs 設定檔（Config File）

| 比較項目 | **Dockerfile** | **docker-compose.yml** | **設定檔（Config File）** |
| ---------- | ---------------------- | ----------------------------- | ------------------------------------- |
| **主要功能** | 定義如何建立一個 Docker 映像檔 | 定義並管理多個容器服務的運作方式 | 提供應用程式所需的環境變數或設定值 |
| **用途** | 建立自訂的映像檔（image） | 啟動並串接多個容器（如 Web + DB） | 控制應用程式的行為（例如資料庫主機、連接埠） |
| **檔案格式** | Docker 專屬語法 | YAML 格式 | 通常為 `.env`、`.json`、`.yaml`、`.ini` 等格式 |
| **由誰讀取使用** | Docker Engine | Docker Compose 工具 | 應用程式本身（或透過 Compose 轉給容器） |
| **關係說明** | 是建立映像檔的「建構腳本」 | 是啟動映像檔後的「部署設定」 | 是應用程式執行時所使用的「設定資訊」 |
| **典型檔案位置** | `/project/Dockerfile` | `/project/docker-compose.yml` | `/project/.env`、`config.yaml` 等 |
| **舉例** | 安裝 Node.js，複製檔案，執行應用程式 | 啟動 web + db 並配置網路、環境變數 | `PORT=3000`、`DB_HOST=localhost` 等 |

---

## ✅ 4. Docker Image vs Docker Container vs 容器環境

| 比較項目 | **Docker 映像檔（Image）** | **Docker 容器（Container）** | **容器環境（Container Environment）** |
| -------- | ----------------------- | ------------------------------- | ------------------------------- |
| **定義** | 只讀的模板，用來建立容器 | 映像檔的運行實體，實際執行中的容器 | 容器內部的運行環境（包括檔案系統、程式庫、依賴） |
| **狀態** | 靜態、不會改變 | 動態、可啟動、停止、刪除 | 是容器內部運行時所表現出來的行為 |
| **內容包含** | 作業系統層、應用程式、依賴套件、設定檔等 | 運行中的程式、程序、記憶體狀態、網路介面等 | 用來支援應用程式的所有元件，如檔案系統、變數、服務等 |
| **可否修改** | 不可修改（如需修改需重建） | 可在執行期間暫時修改，但關閉後會消失（除非建立 volume） | 容器內的應用程式與設定會影響容器環境行為 |
| **關係** | 映像檔 → 啟動 → 容器 | 容器是映像檔的「執行版本」 | 容器環境是容器運行時所呈現的「系統樣貌」 |
| **舉例** | `node:20-alpine` 是一個映像檔 | 執行中的 `Node.js` 容器 | 容器中的 `/app` 目錄、環境變數、網路組態等 |

---

### 🎯 補充說明：

* **Dockerfile** 建立 **映像檔**
* **映像檔** 被 **docker-compose.yml** 呼叫，啟動為一個或多個 **容器**
* **容器** 在啟動時會讀取應用程式的 **設定檔（Config File）**（如 `.env`）

---