Docker là gì? Tìm hiểu về nền tảng containerization hàng đầu

Docker đã trở thành một thuật ngữ quen thuộc trong giới công nghệ thông tin, đặc biệt là trong lĩnh vực phát triển và vận hành ứng dụng. Nhưng Docker Là Gì và tại sao nó lại quan trọng đến vậy? Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn toàn diện về Docker, từ khái niệm cơ bản đến lợi ích và cách sử dụng nó.

Docker là một nền tảng containerization mã nguồn mở, cho phép bạn đóng gói ứng dụng và các thành phần phụ thuộc của nó vào trong một đơn vị gọi là container. Container hoạt động độc lập và nhất quán trên mọi môi trường, từ máy tính cá nhân của nhà phát triển đến các máy chủ sản xuất trên đám mây.

Ban đầu, Docker được phát triển bằng ngôn ngữ Python, nhưng sau đó đã được chuyển sang Go. Sự thay đổi này giúp Docker trở nên mạnh mẽ và hiệu quả hơn, đáp ứng tốt hơn nhu cầu ngày càng tăng của cộng đồng phát triển phần mềm.

Alt text: Minh họa Docker container chứa ứng dụng và các thành phần phụ thuộc, đảm bảo tính nhất quán khi triển khai ứng dụng.

Với Docker, bạn có thể dễ dàng triển khai và mở rộng ứng dụng của mình một cách nhanh chóng và linh hoạt. Docker giải quyết vấn đề “nó hoạt động trên máy của tôi” bằng cách đảm bảo rằng môi trường chạy ứng dụng luôn giống nhau, bất kể bạn triển khai nó ở đâu.

Docker Container là gì?

Docker container là đơn vị cơ bản của Docker. Bạn có thể hình dung container như một gói phần mềm nhẹ, độc lập, chứa mọi thứ cần thiết để chạy một ứng dụng, bao gồm mã nguồn, thư viện, các biến môi trường và thời gian chạy.

Điểm đặc biệt của container là tính cô lập. Mỗi container chạy trong một môi trường riêng biệt, không ảnh hưởng đến hệ thống máy chủ hoặc các container khác. Điều này giúp tránh được xung đột phần mềm và đảm bảo tính ổn định cho ứng dụng.

Container được tạo ra từ Docker image. Image là một bản mẫu chỉ đọc, chứa các hướng dẫn để tạo ra một container. Bạn có thể coi image như “khuôn mẫu” và container là “sản phẩm” được tạo ra từ khuôn mẫu đó.

Tại sao nên sử dụng Docker?

Docker mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các phương pháp triển khai ứng dụng truyền thống, khiến nó trở thành một công cụ không thể thiếu trong quy trình phát triển phần mềm hiện đại. Dưới đây là những lý do chính khiến bạn nên sử dụng Docker:

• Tính nhất quán môi trường: Docker đảm bảo ứng dụng của bạn hoạt động giống nhau trên mọi môi trường, từ phát triển, kiểm thử đến sản xuất. Điều này loại bỏ các vấn đề phát sinh do sự khác biệt giữa các môi trường, giúp tiết kiệm thời gian và công sức gỡ lỗi.
• Triển khai nhanh chóng và dễ dàng: Việc triển khai ứng dụng bằng Docker trở nên đơn giản và nhanh chóng hơn bao giờ hết. Bạn chỉ cần đóng gói ứng dụng vào container và chạy nó trên bất kỳ máy chủ nào có cài đặt Docker.
• Khả năng mở rộng linh hoạt: Docker giúp bạn dễ dàng mở rộng ứng dụng theo nhu cầu. Bạn có thể nhanh chóng tạo thêm các container để đáp ứng lượng truy cập tăng cao mà không cần lo lắng về việc cấu hình môi trường phức tạp.
• Tối ưu hóa tài nguyên: Container chia sẻ kernel hệ điều hành của máy chủ, giúp tiết kiệm tài nguyên hệ thống so với máy ảo truyền thống. Điều này cho phép bạn chạy nhiều ứng dụng hơn trên cùng một máy chủ, giảm chi phí hạ tầng.
• Quản lý phụ thuộc dễ dàng: Docker giúp quản lý các phụ thuộc của ứng dụng một cách tập trung và dễ dàng. Tất cả các thư viện và công cụ cần thiết đều được đóng gói trong container, loại bỏ xung đột phiên bản và đơn giản hóa quá trình quản lý.

Với những ưu điểm vượt trội này, Docker ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong các dự án phát triển phần mềm, đặc biệt là trong kiến trúc microservices và các quy trình DevOps.

Cài đặt Docker

Để bắt đầu sử dụng Docker, bạn cần cài đặt Docker Desktop trên máy tính của mình. Docker Desktop hỗ trợ các hệ điều hành phổ biến như Windows, macOS và Linux.

Bạn có thể tải Docker Desktop từ trang web chính thức của Docker: https://www.docker.com/products/docker-desktop/

Alt text: Hình ảnh giao diện trang web tải xuống Docker Desktop từ trang chủ Docker, hiển thị các tùy chọn tải cho Windows và Mac.

Sau khi tải xuống, bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn cài đặt tương ứng với hệ điều hành của mình. Đối với Windows và macOS, quá trình cài đặt khá đơn giản, tương tự như cài đặt các ứng dụng thông thường khác. Đối với Linux, bạn có thể cần thực hiện một số bước cấu hình bổ sung tùy thuộc vào bản phân phối Linux bạn đang sử dụng.

Sau khi cài đặt thành công, bạn có thể kiểm tra phiên bản Docker và thông tin hệ thống Docker bằng cách mở cửa sổ dòng lệnh (Command Prompt trên Windows hoặc Terminal trên macOS/Linux) và chạy các lệnh sau:

docker version
docker info
docker run hello-world

Nếu các lệnh này chạy thành công và hiển thị thông tin, có nghĩa là Docker đã được cài đặt và cấu hình đúng cách trên máy tính của bạn.

Các khái niệm cơ bản trong Docker

Để làm việc hiệu quả với Docker, bạn cần nắm vững một số khái niệm cơ bản sau:

Alt text: Sơ đồ trực quan hóa các thành phần cốt lõi của Docker, bao gồm Docker Engine, Docker Hub, Docker Image, Docker Container, Docker Client, Docker Daemon, Dockerfile, Docker Volume, Docker Repository, Docker Network, Docker Compose, Docker Swarm, và Docker Service, cùng mối quan hệ giữa chúng.

• Docker Engine: Là thành phần cốt lõi của Docker, chịu trách nhiệm xây dựng, quản lý và chạy các container. Docker Engine bao gồm Docker Daemon (tiến trình chạy nền) và Docker Client (giao diện dòng lệnh).
• Docker Hub: Là một registry công cộng (hoặc private registry) cho phép bạn lưu trữ và chia sẻ các Docker image. Docker Hub giống như “GitHub cho Docker images”, nơi bạn có thể tìm kiếm và tải về các image có sẵn cho nhiều ứng dụng và hệ điều hành khác nhau.
• Docker Image: Như đã đề cập ở trên, Docker image là bản mẫu chỉ đọc, chứa các hướng dẫn để tạo ra một container. Image bao gồm hệ điều hành cơ sở, thư viện, mã nguồn ứng dụng và các cấu hình cần thiết.
• Docker Container: Là một thể hiện đang chạy của một Docker image. Bạn có thể tạo, khởi động, dừng, di chuyển hoặc xóa container thông qua Docker API hoặc Docker CLI.
• Docker Client: Là công cụ dòng lệnh cho phép người dùng tương tác với Docker Daemon. Docker Client gửi các lệnh đến Docker Daemon để thực hiện các thao tác như xây dựng image, chạy container, quản lý volume, network, v.v.
• Docker Daemon: Là tiến trình chạy nền (background process) lắng nghe các yêu cầu từ Docker Client và quản lý các đối tượng Docker như Container, Image, Network và Volume thông qua REST API.
• Dockerfile: Là một tập tin văn bản chứa các hướng dẫn để xây dựng một Docker image. Dockerfile định nghĩa môi trường, các lệnh cài đặt và cấu hình ứng dụng bên trong image.
• Docker Volume: Là cơ chế lưu trữ dữ liệu bền vững cho container. Volume cho phép bạn lưu trữ dữ liệu không phụ thuộc vào vòng đời của container, đảm bảo dữ liệu không bị mất khi container bị xóa.
• Docker Repository: Là tập hợp các Docker image có cùng tên nhưng khác nhau về tag (phiên bản). Ví dụ: ubuntu:latest, ubuntu:20.04 là hai image khác nhau trong cùng repository ubuntu.
• Docker Networking: Cho phép kết nối các container lại với nhau, tạo thành một mạng lưới ứng dụng phức tạp. Docker hỗ trợ nhiều loại network khác nhau, cho phép container giao tiếp với nhau và với thế giới bên ngoài.
• Docker Compose: Là công cụ giúp bạn định nghĩa và quản lý các ứng dụng đa container. Docker Compose sử dụng file docker-compose.yml để cấu hình các container, network và volume cần thiết cho ứng dụng.
• Docker Swarm: Là công cụ orchestration container của Docker, cho phép bạn quản lý một cluster các máy chủ Docker (swarm) và triển khai ứng dụng trên cluster đó.
• Docker Services: Trong môi trường production, container thường được triển khai dưới dạng services. Docker service định nghĩa cách thức chạy image, số lượng container replicas, port mapping, và các cấu hình khác.

Docker Images và Dockerfile: Đi sâu hơn

Docker Image đóng vai trò trung tâm trong hệ sinh thái Docker. Nó là nền tảng để tạo ra các container hoạt động. Docker image có những đặc điểm quan trọng sau:

• Chỉ đọc (Read-Only): Image là bất biến, không thể thay đổi sau khi đã được tạo ra. Khi bạn chạy một container từ image, Docker sẽ tạo một lớp ghi (write layer) phía trên lớp image chỉ đọc, cho phép container ghi dữ liệu trong quá trình hoạt động.
• Dạng lớp (Layers): Docker image được xây dựng từ nhiều lớp layer. Mỗi lệnh trong Dockerfile tạo ra một layer mới. Các layer này được chia sẻ giữa các image và container, giúp tiết kiệm dung lượng lưu trữ và tăng hiệu quả sử dụng disk space.
• Môi trường nhất quán: Image đảm bảo rằng ứng dụng sẽ chạy nhất quán trên mọi môi trường, vì tất cả các phụ thuộc cần thiết đều được đóng gói bên trong image.

Dockerfile là trái tim của việc tạo ra Docker image. Nó là một file văn bản chứa các lệnh hướng dẫn Docker Engine cách xây dựng image. Các lệnh phổ biến trong Dockerfile bao gồm:

• FROM: Chỉ định image nền tảng (base image) để xây dựng image mới. Ví dụ: FROM ubuntu:latest sử dụng image Ubuntu phiên bản mới nhất làm nền.
• LABEL: Cung cấp metadata cho image, ví dụ như thông tin về người bảo trì image.
• ENV: Thiết lập biến môi trường bên trong container.
• RUN: Thực thi một lệnh trong quá trình xây dựng image, thường dùng để cài đặt phần mềm hoặc cấu hình hệ thống.
• COPY: Sao chép file hoặc thư mục từ máy chủ xây dựng image vào container.
• ADD: Tương tự COPY, nhưng ADD có thể giải nén file nén và tải file từ URL.
• CMD: Định nghĩa lệnh mặc định sẽ chạy khi container khởi động. Chỉ có một lệnh CMD được thực thi trong Dockerfile, nếu có nhiều CMD, chỉ lệnh cuối cùng có hiệu lực.
• WORKDIR: Thiết lập thư mục làm việc mặc định cho các lệnh RUN, CMD, ENTRYPOINT, COPY, ADD, v.v.
• ARG: Định nghĩa biến môi trường chỉ dùng trong quá trình build image.
• ENTRYPOINT: Tương tự CMD, nhưng ENTRYPOINT định nghĩa lệnh chính của container và khó bị ghi đè hơn.
• EXPOSE: Khai báo port mà container sẽ lắng nghe.
• VOLUME: Tạo một mount point để gắn volume vào container.

Ví dụ minh họa Dockerfile và build image

Để hiểu rõ hơn về Dockerfile và cách build image, hãy xem ví dụ sau. Giả sử bạn muốn đóng gói một ứng dụng web đơn giản viết bằng Go.

Dockerfile:

FROM golang:1.17-alpine AS builder
WORKDIR /app
COPY go.mod go.sum ./
RUN go mod download
COPY . .
RUN go build -o main .

FROM alpine:latest
WORKDIR /root/
COPY --from=builder /app/main .
CMD ["./main"]

main.go:

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println("Ứng dụng Docker demo!")
}

Trong Dockerfile này:

1. FROM golang:1.17-alpine AS builder: Sử dụng image golang:1.17-alpine làm base image cho giai đoạn build (builder).
2. WORKDIR /app: Thiết lập thư mục làm việc là /app trong container builder.
3. COPY go.mod go.sum ./: Sao chép file go.mod và go.sum vào thư mục làm việc.
4. RUN go mod download: Tải các dependencies Go.
5. COPY . .: Sao chép toàn bộ mã nguồn ứng dụng vào container builder.
6. RUN go build -o main .: Build ứng dụng Go thành file thực thi main.
7. FROM alpine:latest: Sử dụng image alpine:latest làm base image cho giai đoạn runtime.
8. WORKDIR /root/: Thiết lập thư mục làm việc là /root trong container runtime.
9. COPY –from=builder /app/main .: Sao chép file thực thi main từ container builder vào container runtime.
10. CMD [“./main”]: Định nghĩa lệnh chạy ứng dụng khi container khởi động.

Để build image từ Dockerfile này, bạn chạy lệnh sau trong thư mục chứa Dockerfile và main.go:

docker build -t demo-app .

Sau khi build thành công, bạn có thể chạy container từ image demo-app:

docker run demo-app

Kết quả sẽ in ra dòng chữ “Ứng dụng Docker demo!” trên console.

Quy trình thực thi của hệ thống sử dụng Docker

Alt text: Sơ đồ quy trình làm việc cơ bản với Docker, thể hiện các bước Build Image, Push Image lên Registry, Pull Image từ Registry và Run Container.

Quy trình làm việc cơ bản với Docker thường bao gồm các bước sau:

1. Build: Nhà phát triển viết Dockerfile và mã nguồn ứng dụng, sau đó sử dụng Docker Engine để build Docker image. Image này chứa tất cả các thành phần cần thiết để chạy ứng dụng.
2. Push: Sau khi build image, nhà phát triển push image lên một Docker registry (ví dụ: Docker Hub, private registry). Registry là nơi lưu trữ và chia sẻ các Docker image.
3. Pull & Run: Trên máy chủ triển khai, Docker Engine sẽ pull image từ registry về và tạo container từ image đó. Container sau đó được khởi động và ứng dụng bắt đầu chạy.

Quy trình này giúp đơn giản hóa quá trình triển khai ứng dụng, đảm bảo tính nhất quán và khả năng mở rộng của ứng dụng.

Các lệnh Docker cơ bản

Dưới đây là một số lệnh Docker cơ bản mà bạn cần biết:

• docker image ls: Liệt kê các Docker image có trên máy.
• docker container ls: Liệt kê các Docker container đang chạy.
• docker container ls -a: Liệt kê tất cả các Docker container (đang chạy và đã dừng).
• docker image rm <image_id>: Xóa một Docker image.
• docker container rm <container_id>: Xóa một Docker container (phải dừng container trước khi xóa).
• docker pull <image_name>: Tải một Docker image từ Docker Hub hoặc registry khác.
• docker run <image_name>: Tạo và chạy một container từ một Docker image.
• docker run -d <image_name>: Tạo và chạy một container ở chế độ detached (chạy nền).
• docker run --name <container_name> <image_name>: Tạo và chạy container với tên cụ thể.
• docker stop <container_name>: Dừng một container đang chạy.
• docker start <container_name>: Khởi động một container đã dừng.
• docker logs <container_name>: Xem log của một container.
• docker build -t <image_name> .: Build Docker image từ Dockerfile trong thư mục hiện tại.

Khi nào nên sử dụng Docker?

Docker phù hợp với nhiều tình huống khác nhau trong phát triển và vận hành ứng dụng:

• Kiến trúc Microservices: Docker là nền tảng lý tưởng cho việc triển khai kiến trúc microservices, cho phép bạn đóng gói và quản lý từng service dưới dạng container độc lập.
• Ứng dụng web và API: Docker giúp đơn giản hóa việc triển khai ứng dụng web và API, đảm bảo tính nhất quán và khả năng mở rộng.
• CI/CD (Continuous Integration/Continuous Delivery): Docker tích hợp tốt với các công cụ CI/CD, giúp tự động hóa quy trình build, test và triển khai ứng dụng.
• Phát triển đa nền tảng: Docker cho phép nhà phát triển tạo ra môi trường phát triển nhất quán trên các hệ điều hành khác nhau, giảm thiểu vấn đề “chạy trên máy tôi thì được”.
• Thử nghiệm và demo ứng dụng: Docker giúp tạo ra môi trường thử nghiệm và demo ứng dụng nhanh chóng và dễ dàng, không ảnh hưởng đến hệ thống chính.

Tóm lại, Docker là một công cụ mạnh mẽ và linh hoạt, mang lại nhiều lợi ích cho quá trình phát triển và vận hành ứng dụng. Việc nắm vững khái niệm và cách sử dụng Docker sẽ giúp bạn nâng cao hiệu quả công việc và xây dựng các ứng dụng hiện đại, dễ dàng mở rộng và quản lý.

Xem thêm việc làm Docker Developer mới nhất tại TopDev