Docker 基礎概念與安裝

在開始實際操作之前，我們需要先花一點時間建立正確的「容器化世界觀」。理解了 Docker 為了解決什麼問題而生，你在後續的學習中就會更有方向感。

為什麼傳統部署方式會出問題？

想像一下，你是一位廚師，開發了一道全新的料理。你在自己的廚房（開發環境）中完美地完成了這道菜，但當你要把這道菜帶到朋友家（生產環境）去展示時，你發現：

朋友家的爐子跟你家的品牌不同（作業系統差異）
他的鍋子尺寸不對（套件版本不同）
缺少了你需要的某種調味料（系統依賴缺失）
他的廚房擺設完全不一樣（環境變數與設定檔不同）

結果就是：你在家完美的料理，在朋友家完全做不出來。這就是軟體開發中最經典的噩夢：「Works on My Machine」症候群。

傳統虛擬機 (VM) 的解決方案與限制

在 Docker 出現之前，業界使用「虛擬機 (Virtual Machine)」來解決這個問題。虛擬機的概念是：在實體電腦上模擬出一整台「虛擬」的電腦，包含完整的作業系統核心 (OS Kernel)。

VM 的優點：

完全隔離，安全性高
可以在 Windows 上跑 Linux 環境

VM 的缺點：

❌ 重量級：每個 VM 都包含了完整的 Guest OS，佔用數 GB 的硬碟空間
❌ 啟動慢：開機需要數分鐘（因為要啟動整個作業系統）
❌ 資源浪費：就算只跑一個小程式，也需要完整的 OS 支援
❌ 移植性差：VM Image 體積巨大，傳輸與部署都很困難

Docker 容器化技術的核心概念

Docker 提出了一個革命性的思維：「我們不需要完整的作業系統，我們只需要應用程式運行所需的最小環境。」

容器 (Container) vs 虛擬機 (VM)

| 特性 | 虛擬機 (VM) | Docker 容器 | |------|------------|------------| | 啟動速度 | 數分鐘 | 數秒鐘 | | 硬碟空間 | GB 等級 | MB 等級 | | 效能損耗 | 15-20% 損耗 | 接近原生 | | 核心共享 | 不共享，每個 VM 有自己的 OS Kernel | 共享宿主機 OS Kernel | | 隔離層級 | 完整硬體虛擬化 | 行程層級隔離 (Namespace) |

簡單來說：

VM 是 「模擬一台電腦」，每台電腦都要裝自己的作業系統
Docker 是 「創造一個隔離的執行環境」，所有容器共用同一個作業系統核心，只隔離檔案系統、網路、行程等資源

Docker 的三大核心元件

為了理解 Docker 如何運作，你需要記住以下三個關鍵角色：

1. Docker Engine (Docker 引擎) 這是 Docker 的核心程式，是一個在背景執行的守護行程 (Daemon)。它負責管理所有容器的生命週期：建立、啟動、停止、刪除容器。

2. Docker Image (映像檔) Image 是一個唯讀的模板，裡面包含了應用程式及其所有依賴（程式碼、系統函式庫、環境變數、設定檔）。你可以把它想像成「光碟映像檔」或是「安裝光碟」——它本身是唯讀的，但你可以用它來建立多個容器。

3. Docker Container (容器) Container 是 Image 的運行實例。當你從 Image 啟動一個容器時，Docker Engine 會在 Image 上方加上一個可寫層 (Writable Layer)，讓容器可以正常讀寫檔案。你可以把 Container 想像成「用安裝光碟開機後正在運行的電腦」。

Docker 的運作流程圖

Dockerfile (建置腳本)
     ↓ docker build
Docker Image (唯讀模板)
     ↓ docker run
Docker Container (運行實例)
     ↓ 可以有多個
Container 1  ─── 應用 A
Container 2  ─── 應用 B
Container 3  ─── 應用 C

安裝 Docker Desktop

Docker Desktop 是 Docker 官方提供的圖形化工具，它同時包含了 Docker Engine、Docker CLI 以及 Docker Compose，讓你可以在自己的電腦上輕鬆使用 Docker。

macOS 安裝步驟

步驟 1：確認系統需求

macOS 必須是 macOS 11 (Big Sur) 或更新版本
電腦必須是 2020 年以後的 Apple Silicon (M1/M2/M3) 或 Intel 晶片

步驟 2：下載 Docker Desktop 請前往 Docker 官方網站下載 macOS 版本的 Docker Desktop：

🔗 https://www.docker.com/products/docker-desktop/

選擇 Apple Chip（如果你是 M1/M2/M3 Mac）或 Intel Chip。

步驟 3：安裝 Docker Desktop

雙擊下載的 .dmg 檔案
將 Docker.app 拖曳到 Applications 資料夾
開啟 Docker.app（首次開啟可能需要允許安全性驗證）
等待 Docker Engine 啟動（會看到狀態列上的鯨魚圖示）

步驟 4：驗證安裝

安裝完成後，打開你的終端機 (Terminal)，輸入以下指令來確認 Docker 已經正常運作：

docker version

你會看到類似以下的輸出：

Client: Docker Engine - Community
 Version:           24.0.6
 API version:       1.43
 Go version:        go1.20.7

Server: Docker Engine - Community
 Engine:
  Version:          24.0.6
  API version:      1.43 (minimum version 1.12)

如果你看到了 Client 與 Server 資訊，就代表 Docker 已經成功安裝並運行！

⚠️ 常見問題： 如果你只看到 Client 但沒有 Server，代表 Docker Engine 沒有正常啟動。請確認 Docker Desktop 的狀態列圖示是綠色的，如果沒有，點擊圖示選擇「Start Docker Desktop」。

Windows 安裝步驟（給 Parallels 或雙系統的使用者）

如果你是使用 Windows 的開發者：

下載 Docker Desktop for Windows：https://www.docker.com/products/docker-desktop/
確認你的 Windows 已啟用 WSL 2 (Windows Subsystem for Linux 2)
安裝過程中選擇 Use WSL 2 instead of Hyper-V（效能更好）
安裝完成後重啟電腦

Linux 安裝步驟

如果你是使用 Ubuntu/Debian 系列的 Linux 使用者，可以直接透過系統套件管理工具安裝：

# 更新套件列表
sudo apt update

# 安裝 Docker
sudo apt install docker.io

# 啟動 Docker 服務
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

# 將你的使用者加入 docker 群組（避免每次都要 sudo）
sudo usermod -aG docker $USER

# 重新登入後生效

[!TIP] 安裝完成後，請執行 docker run hello-world 來測試。如果看到 Hello from Docker! 的歡迎訊息，就代表一切正常！

安裝 kubectl（Kubernetes CLI）

由於我們的最終目標是將容器部署到 Kubernetes 上，我們可以先安裝 kubectl 指令工具。

macOS 安裝 kubectl

# 使用 Homebrew 安裝（最簡單）
brew install kubectl

# 驗證安裝
kubectl version --client

輸出範例：

Client Version: v1.28.3
Kustomize Version: v5.0.4-0.20230601165947-6ce0bf390ce3

驗證最終環境

安裝完成後，請確認你的開發環境是否準備就緒：

# 確認 Docker 可正常運行
docker run hello-world

# 確認 kubectl 已安裝
kubectl version --client

如果你兩者都能順利執行，恭喜你！你的容器化開發環境已經準備完成。

本日總結

在本章中，你學到了：

✅ 傳統部署的問題：環境不一致導致「Works on My Machine」的噩夢
✅ Docker 與 VM 的差異：Docker 更輕量、更快、資源使用效率更高
✅ 三大核心元件：Docker Engine → Image → Container 的運作流程
✅ 安裝 Docker Desktop：在你的電腦上成功安裝了 Docker 執行環境
✅ 安裝 kubectl：為後續的 Kubernetes 學習做好準備

下一章，我們將實際撰寫第一個 Dockerfile，將你寫好的應用程式打包成標準的 Docker Image！