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tags: AIOT馬拉松講義
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# D07 Docker 軟體容器平台介紹與安裝使用

### 重要知識點
* 安裝 docker
* 學習 Docker
* 使用 Docker file

### Docker 主要架構
Sandbox 一種用於隔離運行程序的安全機制，通常是為了減輕系統故障和(或)軟件漏洞的蔓延。

### Docker 基本元素

### Docker 基本構成元素說明
* 映像檔(Image)：映像檔是一個唯讀的模板，可以把它想像成傳統虛擬機將作業系統封裝成 .iso 的映像檔，它可以包含一個完整的作業系統，而它最重要的是用來<font color="#F000"><b>建立容器</font></b>，且可以<font color="#F000"><b>重複利用</font></b>。
* 容器(Container)：容器才是真正在運行的，每個容器都是<font color="#F000"><b>相互隔離</font></b>的，可以把容器看作是一個簡易版的 Linux 環境。
* 倉庫(Registry)：倉庫是集中存放映像檔檔案的地方。倉庫可以分為<font color="#F000"><b>公開(Public)</font></b>和<font color="#F000"><b>私有(Private)</font></b>兩種，公開倉庫像是 [Docker Hub](https://hub.docker.com/)，裡面存放各式各樣的映像檔供使用者下載。

### Docker 安裝、設定
請依照自己的作業系統安裝 Docker

下載位置(Mac)：[Docker Desktop for Mac](https://hub.docker.com/editions/community/docker-ce-desktop-mac/)
下載位置(Windows)：[Docker Desktop for Windows](https://hub.docker.com/editions/community/docker-ce-desktop-windows/)
Linux(請依照個平台對應指令執行下載指令) : [Docker Linux](https://docs.docker.com/engine/install/)

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Windows 安裝 Docker 需注意以下系統要求：

1. Windows 10 64位：專業版，企業版或教育版（內部版本 15063 或更高版本）。
2. 必須啟用 Hyper-V 和 Containers Windows 功能。
3. 在 Windows 10 上要啟用 Hyper-V，須滿足以下條件：
a. 具有 64 位元處理器
b. 4GB 記憶體
c. 必須在 BIOS 設置中啟用 BIOS 級硬件虛擬化支持。有關更多信息，請參見[虛擬](https://docs.docker.com/docker-for-windows/troubleshoot/#virtualization-must-be-enabled)

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安裝完成後，打開終端機輸入：docker -- version，若有顯示出版本即安裝成功

### 使用 Docker Image(映像檔) - 取得映像檔
前面介紹的 [Docker Hub](https://hub.docker.com/) 可以取得各種不同的 Image，假設我今天想要一個 Ubuntu 的 Image，就在搜尋的地方搜尋 Ubuntu(如下圖)，需要注意的是，Docker Hub 是一個公開讓大家都能上傳自己建立的 Image 的服務，所以如果要取得較穩定的 Image，建議是找有官方認證、維護的。

選好要的 Image 之後，打開終端機執行以下指令：docker pull ubuntu，即可把 Image 下載下來。

若該 Image 有多種版本，我們我們如果沒指定版本時，預設會是 latest，但如果我們想要某個特定版本，則可以加上 tag。
1. 先在 Docker Hub 找到要的版本(tag)。
2. 下 pull 指令時在後面加上 冒號及 tag名稱。

### 使用 Docker Image(映像檔) - 查看映像檔
下載好 Image 之後，可以執行 docker images 或 docker image ls 指令，查看你現在所擁有的 image，包含剛剛所下載的 Python Image。
* REPOSITORY : 來自哪一個倉庫。
* TAG : 標籤，表示不同的版本號。
* IMAGE ID：映像檔的編號。
* CREATED：最後更新時間。
* SIZE：此映像檔所佔的空間。

### 使用 Docker Image(映像檔) - 刪除映像檔
刪除 Image 可以用 docker rmi [ Image id ]，先找到要刪除的 Image 編號，再輸入指令如下圖

### 操作 Docker Container - 建立 Container
因為真正執行的是 Container(容器)，所以必須把我們的 Image(映像檔)變成可執行的 Container。

使用 docker run [ Image 名稱 ]:[ Image Tag ] [ 要執行的指令 ]，若 tag 為 latest，則可以不用填。

以前面下載的 Ubuntu Image 為例 => docker run ubuntu echo Hello World

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指令解析：
1. docker run : 建立 Container 並執行。
2. ubuntu : 建立 ubuntu 這個 image 的 Container。
3. echo Hello World : 在 Container 中執行 echo Hello World 指令
4. Container 執行完指令，停止 Container，也因為 Container 執行完指令就會停止，所以上述範例 Container 執行完 echo Hello World 之後就會停止運行。

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使用 docker ps -a 指令可以查看所有 Container 的狀態。

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1. Container 編號
2. 使用的 Image 名稱
3. Container 啟動時執行的指令
4. Container 被建立的時間
5. Container 的狀態
6. Container 使用的埠號
7. Container 的名稱，若沒有指定名稱，系統會幫你取; 若想要自己取名，可加上 --name 參數後接上你要的名稱，如 docker run --name [ myname ] ubuntu echo Hello World。

Container 執行完指令就會自動停止，所以我們可以用 tail -f 指令，因這個是用來持續監控日誌的指令，所以會持續地執行，Container 也可以保持執行的狀態。

使用 tail -f 指令，終端機畫面會卡在那邊，所以另外開一個終端機來查看 Container 的狀態，即可看到剛剛建立的 Container 還是保持在啟動狀態，跟前面的 Container 執行完 echo 指令即停止有所不同。

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除了使用 run 以外，也可以用 create 指令來建立 container，但建立之後不會馬上啟動。

<b>docker run = docker create + docker start</b>


### 操作 Docker Container - 啟動 Container
使用 docker start 指令啟動 Contaner
<b>docker start [ Container 名稱 / 編號 ]</b>

### 操作 Docker Container - 停止 Container
使用 docker stop 停止執行中的 Container。
<b>docker stop [ Container 名稱 / 編號 ]</b>

### 操作 Docker Container - 進入 Container
docker exec 指令可以進到 Container 中執行某項指令(必須在 Container 是活著的狀態才可使用該指令)

例：docker exec blissful_thompson echo Hello World

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進入 Container 指令可用 docker exec -it [ Container 名稱 / 編號 ] bash

-it : t 代表分配一個終端機給Container，i 則是讓給Container的標準輸入保持在打開的狀態，所以我們在進入到給Container之後，才能夠在裡面下指令、操作。

因 Container 就像是一個陽春版的 Linux 系統，所以進到 Container 之後，可以在裡面下一些 Linux 指令，如：ls、mkdir...等等。

### 操作 Docker Container - 刪除 Container
使用 docker rm [ Container 名稱 / 編號 ] 刪除 Container(必須先停止 Container 才能刪除)

### 操作 Docker Container - 匯出 Container
使用 export 指令匯出已存在的 Container
<b>docker export [ Container 名稱 / 編號 ] > [ 匯出的檔名 ]</b>

### 操作 Docker Container - 匯入 Container
前一個步驟匯出 Container 後，用 import 指令將 Container 匯入，利用 export、import 即可將容器帶著走。
<b>cat [ 匯出的檔名 ] | docker import - [ Image名稱(自訂) ]:[ Tag(可自行設定標籤) ]</b> (Tag可加可不加，若沒有設定，預設是 latest)

### Docker 的資料管理
1. 因 Container 被刪除後，裡面的資料也會一起移除，所以我們必須把不想被刪除的資料放在我們的實體電腦中，這時就會用到 Docker 的 volume 功能。
2. volume 的功能，類似 Linux 中的 mount。
3. 除了實體主機與 Container 的資料共享外，Container 之間也可以透過 volume 功能實現資料共享的功能。
4. Docker 提供以下幾種方式將 Container 裡的資料留存在實體主機中，volume、bind mount，如果是在 Linux 系統下使用 Docker，則還有 tmpfs mount 方式。

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1. bind mount(繫結掛載)：Container 直接與實體主機的檔案位置連結，掛載實體主機位置時需使用絕對路徑。
2. volume(卷)：上面的 bind mount 是直接指定主機的路徑位置，volume 則是儲存於 Docker 中，任何操作皆透過 Docker，此種連結資料的方式對於移植系統是比較友善的，畢竟每種 OS 的路徑設計上不盡相同，且除了使用 Docker 操作 volume 外，其他程序不應該去操作 volume。
3. tmpfs mount：只能用在 Linux 系統下運行的 Docker，可以暫時的將資料存在實體主機的記憶體中，當 Container 停止時就會被移除，需注意的是不能在 Container 之間做使用。

### Docker 的資料管理 - 直接指定實體主機路徑
在使用 docker run 建立 Container 時，加上 -v 參數，讓Container中的檔案路徑和實體主機的檔案路徑上連通。
<b>$ docker run -v /Desktop/test:/usr/local/www ubuntu</b>
實體主機目錄必須是絕對路徑，如果資料夾不存在，Docker 會自動幫你建立。

### Docker 的資料管理 - 建立 Volume
前面的方法為 bind mount，直接指定實體主機的目錄位置，而以下方法為建立一個 Docker Volume，使用 Docker 管理這個資料。
1. docker volume create [ Volume 名稱 ] 語法建立一個新的 Volume
2. 使用 docker volume ls 語法即可列出所有 Volume
3. 也可以使用 docker volume inspect [ Volume 名稱 ] 查看該 Volume 的詳細資訊。

### Docker 的資料管理 - 啟動 Container 並連結 Volume
以下範例利用前面建立的 Volume(my-volume)，連結到 Container 中的資料夾(container-folder)。
<b>docker run -v [ Volume 名稱 ]:[ Container中路徑 ] [ Image 名稱 ]</b>

### Docker 的資料管理 - Container 之間的資料共享
1. 這邊我們再建立一個 Container，並使用 --volumes-from 參數，連結到 container1 的 Volume。(B圖)
2. 在第一個 Container 與 Volume 連結的資料夾內新增一個檔案(test.txt)。(A圖)
3. 新增完之後，查看第二個 Container 與 Volume 連結的資料夾，可以發現剛剛在第一個 Container 內新增的檔案。(B圖)

### 從外部存取 Container 內的服務
1. 這邊我們使用 apache 的 Image 作為範例，首先先把 Image 下載下來，下載完成後再用 docker images 指令確認一下。
2. 用 httpd Image 建立 Container，並且使用 -P 參數(大寫P)。
<b>docker run -d -P httpd</b>
註：連結到 Container 的埠號(port) 80是因為 apache 服務本身會開啟的就是埠號(port) 80

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確認 Container 有啟動之後，開啟瀏覽器輸入 http://localhost:32769 (請依照前面顯示開啟的埠號修改)

看到以下畫面即成功。

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用 <b>docker ps -a</b> 指令確定 Container 有正確啟動，且確實有幫我們指定主機的某一個埠號去對應到 Container 中apache服務開啟的埠號。(Container 這邊是80是因為此 apache 映像檔預設就是用 80)

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除了使用 -P(大寫) 參數讓 Docker 自動幫我們指定實體主機開啟的埠號，我們也可以自行設定，只要使用 -p(小寫) 參數，後面接上[ 你要的埠號]:[ Container 開啟的埠號 ] 即可，如下：
<b>docker run -d -p 8088:80 httpd</b>

### Container 之間的互聯
如果要讓 Container 之間可以互相連接，則要使用 --link 參數
1. 先建立第一個 Container : container1(名字自行設定)。(圖A)
2. 接著建立第二個 Container，加上 --link 參數，後面接第一個 Container 的名字(以這邊為例就是 container1)。(圖B)
<b>docker run -it --name container2 --link container1 ubuntu bash</b>
3. 這邊要讓大家能夠看出來是否真的有連到，我們需要在 Container 裡面安裝 ping 這個套件；進入到 container2 之後，輸入 : apt-get update && apt-get install -y iputils-ping。(圖C)
4. 上面的步驟完成也安裝成功之後，接著輸入 ping container1(第一個Container的名稱)，就可以看到我們的 container2 確實有收到來自 container1 的回應。(圖D)

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### 知識點回顧
* Docker 是一種虛擬化技術，具有高效能、低資源消耗、易遷移及擴展特性。
* Docker 三個重要基本元素：容器(Container)、映像檔(Image)、倉庫(Repository)。
* Docker 使用 Volume 來做資料的管理，不論是要和實體主機共享資料，或是要讓容器之間共享資料都可以透過 Volume 來實現。
* 我們可以透過設定IP、埠號(Port)，讓外部可以連到容器內的服務; 若要使容器間的服務可以溝通，則可以透過設定 --link 參數完成。

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### 參考資料
[Docker -- 從入門到實踐](https://philipzheng.gitbook.io/docker_practice/)

[Docker 菜鳥教程](https://www.runoob.com/docker/docker-tutorial.html)