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# Docker 簡介與樹莓派應用實例

[TOC]

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此文主要簡述並介紹 Docker 的常見使用方法，若有需要特定功能或此文章模糊的地方，可以參考[另一篇文章](https://github.com/twtrubiks/docker-tutorial)
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此文著重在 CLI 交互上，請使用者先行安裝好 Docker

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## 簡介

Docker 存在的目的之一是為了取代虛擬機器，他具有以下優點與原因
- 啟動速度快
- 容量占用小 (對於多開而言)
- 整體利用性高
- 使用 VM 時，通常會需要分配指定量 CPU 與 RAM 資源，因為多個作業系統需要同時並行。但 Docker 僅只有一個 Image 在後端執行，Container 將共享所所分配的資源

由 Docker 衍伸的專有名詞有以下，其定義與相依如附圖

### Docker Hub (倉庫)
- 官方 Image 儲存庫
- 使用者可以自行上傳至註冊的帳號

### Image (映像檔)
- 唯讀 (R/O)
- 類似 Windows 的 ISO 安裝檔案
- 檔案大
- 包含環境、初始化設定 (設定越多則越多個層級(Layers))
- 需包含 Container 啟動的進入點

### Container (容器)
- 可讀寫 (R/W)
- 使用者互動端
- 基於 Image 建立的最外層級(Layer)
- 資料僅存在 Container 中 (若需要保存需要設定 Volume)

-> 附圖為 Image 與 Container 的關係圖。由多層 Image Layers 與一層 Container Layer 組成。

### Volume (卷宗)
- 管理檔案的東東
- 可與主機交互 (Container <=> Host)

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## 常用命令
https://www.runoob.com/docker/docker-command-manual.html

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## 應用實例: 自己做個樹莓派吧

### 建立一個 Image
:::info
簡述:
1. 新增一個空目錄，建立一個新檔案名為 `Dockerfile` 用來存放 Image 設定資料
2. 選定一個系統基底(Base Image)
3. 在上方疊加更多 Layer 變成自己喜歡的樣子
4. Build 成 Image
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:::info
大致步驟如下
1. 根據 [Wiki](https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi_OS)，樹莓派作業系統是基於 debian 的，我們拿它作為 Base Image
2. debian 沒有的內建庫需要手動安裝，例如 `openssh-server`, `g++` 等...。要先 `update` 才可以 `install`。安裝完後要把 `update` 紀錄刪除，不然 Image 會變胖
3. 新增使用者 `pi` 並更改密碼。設定使用者到 sudo 群組下
4. 設定 ssh 訪問
5. 請 GPT 幫忙修改 PS1、alias 使終端有漂亮的顏色
6. 複製預設目錄到的使用者目錄下，例如 Desktop, Documents, Downloads...。並變更所有權
7. 設定 Container 進入點為等待 sshd 連線。若未設定，容器啟動後不知道要做什麼則會在 Build 報錯
8. 標示曝露對外端口 (默認只對其他容器曝露)
:::

1. 根據上文所編之 Dockerfile 內容為以下
::::::spoiler Dockerfile

# 以 debian image 為基底
FROM debian:latest

# 更新資料包 -> 安裝庫 -> 刪除資料包 -> 新增使用者 -> 更改使用者密碼 -> 設定使用者群組 -> 
# 設定 ssh 訪問 -> 設定彩色終端
RUN apt-get update && apt-get install -y \
    openssh-server g++ bash-completion telnet nmap iputils-ping net-tools \
    man-db zip unzip tree iproute2 rsync htop lsof inetutils-tools sudo \
    file nano git vim wget curl python3 python3-pip && \
    rm -rf /var/lib/apt/lists/* && \
    useradd -m -s /bin/bash pi && \
    echo "pi:raspberry" | chpasswd && \
    adduser pi sudo && \
    mkdir /var/run/sshd && \
    echo 'PermitRootLogin no' >> /etc/ssh/sshd_config && \
    echo 'PasswordAuthentication yes' >> /etc/ssh/sshd_config && \
    ssh-keygen -A && \
    echo 'PS1="\[\033[01;32m\]\u@\h\[\033[00m\]:\[\033[01;34m\]\w\[\033[00m\]\$ "' >> /home/pi/.bashrc && \
    echo 'alias ls="ls --color=auto"' >> /home/pi/.bashrc && \
    echo 'alias grep="grep --color=auto"' >> /home/pi/.bashrc && \
    echo 'if [ -f /etc/bash_completion ]; then . /etc/bash_completion; fi' >> /home/pi/.bashrc && \
    echo 'if [ -f /usr/share/bash-completion/bash_completion ]; then . /usr/share/bash-completion/bash_completion; fi' >> /home/pi/.bashrc && \
    echo 'force_color_prompt=yes' >> /home/pi/.bashrc && \
    echo 'export LANG=C.UTF-8' >> /home/pi/.bashrc && \
    echo 'if [ -f "$HOME/.bashrc" ]; then . "$HOME/.bashrc"; fi' >> /home/pi/.profile

# 複製預設目錄並更改所有者
COPY --chown=pi:pi ./files/ /home/pi/

# 設定容器進入點
CMD ["/usr/sbin/sshd", "-D"]

# 設定對外曝露端口 (需在 run 時指定映射本機端口位置，否則默認僅曝露給其他 Container)
EXPOSE 22
EXPOSE 80

:::warning
註:
1. 可減少 Docker 命令數量，以減少 Layer 層數影響檔案大小
2. 若有需要使用 Image 內相對路徑，需透過 Docker 命令 WORKDIR 設定工作目錄。例如: `WORKDIR /home/pi`
3. 關於對外曝露端口會在下個步驟詳細說明
:::

::::::

2. 在 ./files/ 底下建立預設的檔案目錄或檔案，例如 Desktop, Documents, Downloads...

3. Build 成 Image (可使用參數 -f 指定 Dockerfile 位置)
`$ docker build -t pi .`

參數說明
  -t {TEXT}: Image 名稱

4. 可以打包成檔案便於傳輸
`$ docker save -o pi.tar pi`
[檔案下載 839.4MB](https://drive.google.com/uc?export=download&id=1QLeI2vEnAJRE1FibTSRl5PoGClelcraR)

5. 導入 Image 檔案
`$ docker load < pi.tar ` 或
`$ docker load -i pi.tar`

### 透過 Image 建立並執行 Container

1. 自動建立並執行 Container
`$ docker run -dit --name n1 -p 2222:22 -p 8080:80 -h raspberrypi pi`

參數說明
  -d : (detach) 在後台運行
  -i : (interactive) 互動模式，通常與 -t 成對出現
  -t : (tty) 使用 tty 偽輸入終端，通常與 -i 成對出現
  --name {TEXT} : 為容器命名。若未定義，則會隨機以英文字組合命名
  -p {HOST}:{HOST_PORT}:{CONTAINER_PORT} : (port) 連結特定主機端口與容器端口，可在指令中重複使用
  -h {TEXT} : (HOST) 自定義主機名稱

:::warning
註:
1. 若要使用 `-d` 參數，後面建議緊接 `-it` 使用，避免遇到其他[特殊問題](https://stackoverflow.com/questions/41916435/practically-what-is-the-difference-between-docker-run-dit-itd-vs-docker-run)
:::

2. 檢查 Container 狀態
`$ docker ps -a`

參數說明
  -a : (all) 包含已停止的 Container

### 嘗試連線到終端

1. 透過 docker 連線進容器終端
`$ docker exec -it n1 /bin/bash`

2. 透過 ssh 連線進容器終端
`$ ssh pi@localhost -p 2222`

### 其他實用控制指令

1. 關閉(結束) Container
`$ docker stop n1`

2. 開啟(執行)已存在 Container
`$ docker start n1`

3. 刪除 Container (可加上 -f 強制刪除執行中的容器)
`$ docker rm n1`

4. 刪除 Image (可加上 -f 強制刪除被被容器使用的映像檔，包含已關閉的容器)
`$ docker rmi pi`

5. 強制刪除所有 Container
`$ docker rm -f $(docker ps -a -q)`

5. 強制刪除所有 Image
`$ docker rmi -f $(docker images -q)`

大致上常用的功能與指令都說明了，更細部的用法和很多有趣的參數再自己摸摸看吧～

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