Docker là gì? Tổng hợp những kiến thức cơ bản về Docker

Bài viết này chia sẻ những kiến thức liên quan đến Docker, bao gồm Docker là gì, Docker hoạt động như thế nào, cách thức hoạt động và nhiều thông tin khác. 

Docker là gì?

Docker là một nền tảng cho phép phát triển ứng dụng nhanh chóng thông qua các container. Sử dụng container, các nhà phát triển có thể đóng gói một ứng dụng cùng với tất cả các dependencies của nó và gửi đi như một gói duy nhất. Điều này làm cho việc triển khai và quản lý ứng dụng trở nên dễ dàng hơn nhiều, đặc biệt trong các kiến trúc dựa trên đám mây hoặc microservices.

Container là các đơn vị tiêu chuẩn chứa tất cả các dependencies và môi trường cần thiết để phát triển và chạy một ứng dụng. Container là một gói nhẹ, độc lập, có thể thực thi, bao gồm mọi thứ cần thiết để chạy phần mềm, bao gồm mã, runtime, công cụ hệ thống, thư viện hệ thống, và các cài đặt.

Kiến trúc Docker

Docker được xây dựng dựa trên mô hình client-server. Client Docker giao tiếp với Docker daemon, thành phần chịu trách nhiệm xây dựng, chạy và phân phối các container Docker. 

Client Docker và Docker daemon có thể chạy trên cùng một hệ thống, hoặc client Docker có thể kết nối với một Docker daemon từ xa. Client và daemon Docker giao tiếp thông qua API REST, UNIX sockets, hoặc giao diện mạng. Docker Compose là một client khác của Docker, cho phép bạn làm việc với các ứng dụng được tạo thành từ một tập hợp các container.

Kiến trúc Docker bao gồm các thành phần chính sau:

• Docker Client
• Docker Daemon
• Docker Registries
• Docker Desktop
• Đối tượng Docker:

- Docker Images

- Docker Container

Docker Client

Docker client cho phép người dùng tương tác với các server Docker. Nó tạo ra một giao diện dòng lệnh (CLI) để gửi lệnh đến server, cũng như một giao diện người dùng đồ họa (GUI) để quản lý các server Docker. 

Docker client giao tiếp với Docker daemon, gửi các lệnh để xây dựng, chạy và dừng các container. Docker client và Docker daemon có thể chạy trên cùng một hệ thống hoặc kết nối một Docker Client với một Docker daemon từ xa. Docker client và daemon giao tiếp thông qua sockets hoặc qua API RESTful.

Docker Daemon

Docker daemon (dockerd) lắng nghe các yêu cầu từ Docker API và quản lý các đối tượng Docker như images, containers, networks và volumes dữ liệu. Một Docker daemon có thể quản lý nhiều container và image. Khi cài đặt Docker, daemon dockerd sẽ tự động được cấu hình và khởi chạy.

Docker Registries

Registry là tập hợp các repository, và một repository là tập hợp các image. Docker Hub là một registry công khai chứa nhiều image Docker. Bạn cũng có thể chạy một registry riêng tư của mình.

Docker Desktop

Docker Desktop là ứng dụng dành cho máy macOS và Windows để tạo và quản lý các container Docker. Với Docker Desktop, bạn có thể phát triển và kiểm thử ứng dụng trên máy cục bộ, sau đó triển khai lên môi trường sản xuất. Docker Desktop bao gồm mọi thứ bạn cần để xây dựng, kiểm thử và triển khai ứng dụng của mình.

Docker Desktop là cách dễ nhất để chạy Docker trên máy tính cá nhân. Nếu bạn mới làm quen với Docker, bạn có thể bắt đầu với khóa học Docker Basics. Docker Desktop có thể được tải xuống và sử dụng miễn phí.

Docker Images

Images là các mẫu chỉ đọc được sử dụng để tạo các container Docker. Image được tạo bằng lệnh build và có thể đẩy lên một registry bằng lệnh push. Docker Hub duy trì một bộ sưu tập các image chính thức, và bạn có thể tìm kiếm trên Docker Hub để tìm image cần thiết.

Docker Containers

Container là một phiên bản runtime của image Docker — nó là dạng thực thi của image khi chạy trong bộ nhớ. Theo mặc định, container chạy hoàn toàn tách biệt với môi trường của host, chỉ truy cập vào các file và cổng của host nếu được cấu hình.

Docker Networks

Networks được sử dụng để cho phép các container giao tiếp với nhau. Theo mặc định, các container có thể giao tiếp với nhau thông qua ID container. Bạn cũng có thể tạo các mạng do người dùng định nghĩa.

Docker hoạt động như thế nào?

Docker là một công nghệ mã nguồn mở có thể chạy trên Windows, Linux và macOS. Nó hoạt động bằng cách cô lập phần mềm mới được xây dựng trong môi trường riêng. Môi trường này bắt đầu từ một Docker image — một gói thực thi xác định cách tạo container, phần mềm nào sẽ sử dụng và cách chạy.

Sau khi thực thi image, Docker tạo ra một container chứa mọi thứ cần thiết để chạy một ứng dụng. Điều này bao gồm các công cụ hệ thống, thư viện mã, các dependencies và môi trường runtime. Hãy coi Docker image là mã nguồn của container, còn Docker container là phiên bản thực thi của Docker image.

Một lợi ích lớn của container hóa là việc cô lập các dependencies. Container chứa tất cả các dependencies cần thiết, trong khi máy chủ chạy container không cần phải có chúng. Điều này cải thiện tính bảo mật và ngăn ngừa xung đột dependencies.

Docker thúc đẩy các hoạt động Agile, bao gồm các chu kỳ phát triển nhanh tập trung vào sự cộng tác, linh hoạt và liên tục triển khai mã hoạt động. Nó cho phép các nhà phát triển chạy các bài kiểm tra nhanh chóng và đảm bảo mọi thứ hoạt động trước khi triển khai ứng dụng vào môi trường staging và production.

Docker được sử dụng để làm gì?

Docker tạo ra các container, là những môi trường tách biệt chứa ứng dụng cùng với tất cả các dependencies cần thiết để đảm bảo hiệu suất nhất quán trên các môi trường khác nhau. Quá trình này bắt đầu với các Docker image, là các mẫu chỉ đọc, định nghĩa những gì có trong container và cách thức hoạt động của nó.

Các nhà phát triển sử dụng Docker theo nhiều cách trong quá trình phát triển, kiểm thử và triển khai phần mềm – từ việc phân chia ứng dụng thành các microservice, tối ưu hóa quy trình CI/CD cho đến đơn giản hóa việc kiểm thử phần mềm và đảm bảo các ứng dụng hoạt động mượt mà trên các môi trường khác nhau.

Kiến trúc microservices

Một cách để trả lời câu hỏi "Docker được sử dụng để làm gì?" là nói về việc sử dụng Docker trong microservices.

Docker hoàn hảo cho việc triển khai kiến trúc microservices, trong đó ứng dụng được xây dựng bằng cách chia nhỏ thành các dịch vụ độc lập, không gắn chặt với nhau.

Bằng cách sử dụng Docker container để xây dựng microservices, các nhóm DevOps có thể kiểm tra mã mà không lo ảnh hưởng tiêu cực đến các phần khác của ứng dụng, nhờ vào các môi trường tách biệt cho mỗi microservice. 

Mỗi container hoạt động độc lập với bộ thư viện và tài nguyên riêng, nghĩa là bất kỳ thay đổi hay vấn đề nào trong một container sẽ không ảnh hưởng đến các container khác. Mức độ biệt lập và kiểm soát này khó có thể đạt được với các Bare Metal Server, nơi mà thay đổi đối với một dịch vụ có thể dễ dàng ảnh hưởng đến toàn hệ thống. 

Theo cách này, Docker cải thiện tốc độ và hiệu quả của quá trình phát triển, đồng thời đảm bảo độ tin cậy cao hơn, khả năng mở rộng tốt hơn, thời gian triển khai nhanh hơn và dễ dàng hơn trong việc áp dụng kiến trúc microservices.

Mặc dù microservices làm giảm độ phức tạp của từng thành phần bằng cách đóng gói chức năng, thì việc điều phối hàng trăm dịch vụ độc lập này vẫn là một thách thức. Đây là lúc Docker có thể giúp ích. Các công cụ như Compass và Kubernetes cũng giúp kiểm soát sự phân tán của microservices. Compass, với danh mục thành phần của mình, tập hợp tất cả các thành phần phần mềm của công ty vào một nơi. Kubernetes cung cấp khả năng điều phối mạnh mẽ, nghĩa là nó có thể quản lý, triển khai và mở rộng các ứng dụng container hóa trên nhiều máy tính.

Compass thiết lập các phương pháp thực hành tốt nhất và đo lường tình trạng phần mềm thông qua các bảng điểm. Nó đưa ra dữ liệu và thông tin chi tiết xuyên suốt chuỗi công cụ DevOps bằng cách sử dụng các tiện ích mở rộng được xây dựng trên nền tảng Atlassian Forge.

Tích hợp và triển khai liên tục

Các nhà phát triển có thể thiết lập quy trình tích hợp liên tục và triển khai liên tục (CI/CD) sử dụng Docker trong DevOps. Điều này có nghĩa là hợp nhất các thay đổi mã vào nhánh chính của dự án (tích hợp liên tục) đồng thời đảm bảo người dùng cuối có một ứng dụng hoạt động với phần mềm cập nhật và đáng tin cậy, cho phép triển khai liên tục.

Docker giúp đơn giản hóa chu kỳ CI/CD. Dựa vào nó, các nhà phát triển cung cấp cho đội ngũ vận hành một ứng dụng được đóng gói dưới dạng image có thể chạy trên bất kỳ docker host nào.

Container

Các nhà phát triển có thể tạo container mà không cần sử dụng Docker. Tuy nhiên, Docker có các giải pháp tiên tiến và công cụ thông minh giúp đơn giản hóa, tinh gọn và tự động hóa toàn bộ quá trình này. Docker images là các gói phần mềm độc lập, nhẹ, có thể thực thi, bao gồm các thư viện hệ thống, cài đặt, công cụ, runtime, mã nguồn và tất cả các dependencies cần thiết để chạy ứng dụng.

Docker image hiệu quả trong việc cô lập phần mềm khỏi môi trường xung quanh, vì vậy nó duy trì hoạt động đồng nhất của nhiều container bất kể sự khác biệt giữa môi trường phát triển hay triển khai. Điều này đạt được nhờ Docker tận dụng khả năng cô lập tài nguyên trong nhân hệ điều hành để chạy nhiều container trong cùng một hệ điều hành.

Docker images chỉ định một lớp cơ bản và có tất cả các dependencies cần thiết được cài đặt trên lớp này. Khi image đã được xây dựng, nó có thể chạy trên bất kỳ máy chủ Docker nào, bất kể hệ điều hành của máy chủ đó, miễn là Docker daemon đang chạy. Container chạy sẽ tương tác với hệ điều hành máy chủ thông qua Docker daemon, cho phép linh hoạt trong việc lựa chọn hệ điều hành của máy chủ.

Ngoài ra, Docker cho phép di chuyển nhanh hơn nhằm dễ dàng tạo các phiên bản mới và đơn giản hóa quy trình bảo trì container trên nhiều môi trường Docker khác nhau.

Kiểm thử phần mềm

Docker mang lại sự linh hoạt và nhiều lợi ích cho việc kiểm thử phần mềm, bao gồm:

• Môi trường kiểm thử đồng nhất: Docker đóng gói tất cả các thành phần cần thiết để ứng dụng chạy trên bất kỳ máy chủ Docker nào, không chỉ trên máy của nhà phát triển.
• Tự động hóa kiểm thử: Việc tích hợp Docker vào quy trình tự động hóa hiện có giúp đơn giản hóa các tác vụ lặp đi lặp lại.
• Giảm chi phí: Docker cho phép thiết lập môi trường kiểm thử trên các máy chủ riêng biệt và ít tốn kém hơn, tránh nhu cầu về phần cứng hoặc máy ảo (VM) chuyên dụng. Các máy chủ sản xuất không bị ảnh hưởng bởi quá trình kiểm thử, duy trì hiệu suất và sự ổn định.
• Hợp tác tốt hơn: Docker giúp dễ dàng chia sẻ môi trường kiểm thử bằng cách chia sẻ các image của container với các thành viên trong nhóm.

Lợi ích của Docker

Lợi ích của việc sử dụng Docker trong phát triển và triển khai phần mềm bao gồm khả năng mở rộng, tính nhất quán, tính di động, tính cô lập và hiệu quả sử dụng tài nguyên. Docker có thể cô lập các dependencies, do đó mỗi container hoạt động ổn định bất kể môi trường nào. Những ưu điểm này tạo ảnh hưởng tích cực đến các nhóm trong công ty, bao gồm phát triển, vận hành và đảm bảo chất lượng.

Khả năng mở rộng

Các container Docker khởi động nhanh chóng, triển khai ứng dụng một cách liền mạch khi cần. Tính phản hồi này tạo điều kiện để các ứng dụng mở rộng hoặc thu hẹp quy mô tùy theo lưu lượng truy cập thay đổi hoặc khối lượng công việc tăng lên.

Ví dụ, trong sự kiện Black Friday, người mua sắm trực tuyến có thể truy cập ồ ạt vào một ứng dụng mua sắm thương mại điện tử. Để xử lý sự gia tăng này, các container Docker chạy các microservices của trang web có thể tự động mở rộng quy mô. Một công cụ điều phối như Kubernetes sẽ quản lý điều này bằng cách được cấu hình để điều chỉnh số lượng container đang chạy dựa trên nhu cầu.

Tính nhất quán

Các nhà phát triển tạo và nhân bản các gói có thể hoạt động trong bất kỳ môi trường nào. Người dùng có thể kiểm tra phiên bản chính xác của các thư viện và gói cần thiết trong container, giảm thiểu nguy cơ phát sinh lỗi do sự khác biệt nhỏ về phiên bản dependency.

Tính di động

Docker là một công cụ phần mềm nhẹ, di động, đóng gói mọi thứ mà ứng dụng cần để chạy nhất quán trên nhiều môi trường khác nhau.

Vì mọi thứ đều độc lập, các container không phụ thuộc vào phần mềm hoặc cấu hình được cài đặt sẵn trên máy chủ. Vì vậy, bạn sẽ dễ dàng thiết lập và triển khai container bất cứ khi nào cần thiết.

Sự độc lập

Docker container cô lập mã nguồn trong một môi trường tự chứa, độc lập với các container khác hoặc hệ điều hành của máy chủ. Sự độc lập này là điều kiện cần thiết để việc kiểm thử an toàn hơn mà không ảnh hưởng đến toàn bộ ứng dụng. Đồng thời, nó loại bỏ các vấn đề về tương thích và xung đột phụ thuộc có thể xảy ra khi chạy ứng dụng trực tiếp trên các môi trường hoặc hệ thống khác nhau.

Hiệu quả sử dụng tài nguyên

So với công nghệ ảo hóa truyền thống, Docker tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên ở nhiều khía cạnh quan trọng:

• Container Docker thường sử dụng ít bộ nhớ và dung lượng đĩa hơn so với máy ảo (VM).
• Các container Docker chia sẻ kernel của máy chủ, loại bỏ chi phí bổ sung khi phải chạy nhiều máy ảo.
• Người dùng có thể phân bổ cụ thể CPU, bộ nhớ và dung lượng đĩa cho từng container Docker.
• Người dùng có thể thiết lập các công cụ điều phối Docker để tự động quản lý vòng đời của container và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên trên một cụm máy chủ.

Kết luận

Docker không chỉ đơn thuần là một công cụ ảo hóa, mà còn là một nền tảng đã cách mạng hóa cách chúng ta phát triển và triển khai phần mềm. Với khả năng đóng gói, triển khai và quản lý các ứng dụng một cách nhanh chóng, hiệu quả, Docker đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong các môi trường DevOps hiện đại.