داکر چیست و چه کاربردی دارد؟

مقدمه

امروزه نرم‌افزارهایی که استفاده می‌کنیم، فقط محدود به اپلیکیشن‌های موبایل یا برنامه‌های کامپیوتری نیستند. وب‌سایت‌ها و سرویس‌های آنلاین هم به بخش بزرگی از زندگی روزمره ما تبدیل شده‌اند. اما چیزی که ممکن است ندانید این است که این نرم‌افزارها و وب‌سایت‌ها ممکن است به راحتی از یک دستگاه به دستگاه دیگر یا از یک سیستم‌عامل به سیستم‌عامل دیگر منتقل نشوند، زیرا محیط‌ها و تنظیمات مختلف در هر دستگاه یا سیستم‌عامل می‌تواند باعث بروز مشکلاتی در عملکرد نرم‌افزارها شود.

برای مثال، ممکن است یک وب‌سایت در کامپیوتر شخصی شما به خوبی کار کند، ولی وقتی آن را روی سرور یا گوشی موبایل می‌برید، ممکن است در نحوه نمایش یا عملکرد با مشکلاتی مواجه شوید. علت این مشکل می‌تواند تفاوت در مرورگرها، اندازه صفحه‌نمایش یا سیستم‌عامل‌ها باشد. به همین دلیل، وقتی یک برنامه یا وب‌سایت را می‌سازید، باید اطمینان حاصل کنید که در هر دستگاه و مرورگری به درستی کار می‌کند.

حالا داکر (Docker) یک ابزار قدرتمند است که این مشکل را حل می‌کند. داکر به شما اجازه می‌دهد تا برنامه‌ها و وب‌سایت‌هایتان را داخل "کانتینرها" قرار دهید. این کانتینرها مانند جعبه‌های کوچکی هستند که تمامی اجزای مورد نیاز برنامه، از جمله تنظیمات، فایل‌ها و ابزارها، به طور کامل درون آن‌ها بسته‌بندی شده است. به این ترتیب، شما می‌توانید با اطمینان برنامه‌تان را از یک محیط به محیط دیگر منتقل کنید.

در این مقاله بررسی می‌کنیم که داکر چیست، چطور کار می‌کند و چرا برای توسعه نرم‌افزار و وب‌سایت‌ها یک ابزار ضروری است. همچنین، چالش‌های احتمالی در استفاده از آن را نیز مرور خواهیم کرد.

داکر چیست؟

تصور کنید شما یک نرم‌افزار نوشته‌اید و اکنون می‌خواهید آن را بر روی یک سرور یا سیستم دیگری اجرا کنید. در این مرحله، مشکلات زیادی می‌تواند پیش بیاید. ممکن است سیستم دیگری که قرار است نرم‌افزار شما در آن اجرا شود، تنظیمات متفاوتی نسبت به سیستم شما داشته باشد. مثلا نسخه‌های مختلف سیستم‌عامل‌ها، کتابخانه‌ها و نرم‌افزارهای مورد نیاز، ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی در اجرای صحیح برنامه شوند. در نتیجه، شما باید زمان زیادی را صرف پیکربندی و تنظیم محیط‌ها کنید تا مطمئن شوید که برنامه روی همه دستگاه‌ها و محیط‌ها به درستی کار می‌کند.

این مشکلات به‌ویژه زمانی که شما نیاز به اجرای نرم‌افزار خود در محیط‌های مختلف دارید، پیچیده‌تر و وقت‌گیرتر می‌شوند. برنامه‌نویسان مجبور هستند برای هر محیط متفاوت تنظیمات خاصی انجام دهند، و این روند همیشه با چالش‌هایی از جمله نصب کتابخانه‌ها و اطمینان از هماهنگی بین نسخه‌های مختلف نرم‌افزارها مواجه است. این مشکل به‌ویژه هنگام استفاده از ماشین‌های مجازی (VM) بیشتر نمایان می‌شود.

ماشین‌های مجازی برای هر محیط یک سیستم‌عامل جداگانه راه‌اندازی می‌کنند و به منابع زیادی مانند حافظه و پردازنده نیاز دارند. علاوه بر این، فرآیند راه‌اندازی ماشین‌های مجازی بسیار زمان‌بر است و منابع زیادی مصرف می‌کند.

داکر: راه‌حل ساده برای مشکلات پیچیده

در اینجا بود که داکر وارد میدان شد. داکر یک فناوری است که به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا نرم‌افزارها و برنامه‌ها را در یک محیط ایزوله به نام "کانتینر" اجرا کنند. این کانتینرها به‌طور کامل حاوی همه‌چیزهایی هستند که یک برنامه برای اجرای صحیح نیاز دارد: از جمله تنظیمات، فایل‌ها، کتابخانه‌ها، و نرم‌افزارهای وابسته. به عبارت ساده، داکر این امکان را به شما می‌دهد که برنامه‌هایتان را در یک محیط بسته و مستقل از سیستم‌عامل اجرا کنید.

داکر محیطی ایزوله‌شده برای نرم‌افزار فراهم می‌کند که به شما این امکان را می‌دهد تا نرم‌افزارها را در یک محیط یکسان در هر دستگاه یا سروری اجرا کنید. در نتیجه، دیگر نگران تفاوت‌های سیستم‌عامل‌ها یا تنظیمات خاص نخواهید بود، زیرا داکر همه‌چیز را داخل یک کانتینر بسته‌بندی می‌کند و به شما این امکان را می‌دهد که همانطور که روی سیستم شما کار می‌کند، روی سایر سیستم‌ها نیز به درستی اجرا شود.

چرا داکر به وجود آمد؟

در گذشته، زمانی که یک برنامه نوشته می‌شد، برای اجرای آن نیاز به تنظیمات خاصی در هر سیستم یا سرور بود. برای مثال، شما باید اطمینان می‌کردید که هر سیستم دارای کتابخانه‌ها و نرم‌افزارهای مشابه باشد تا برنامه بدون مشکل اجرا شود. این مشکل به ویژه زمانی پیچیده می‌شد که شما باید برنامه خود را روی چندین سرور یا محیط مختلف اجرا می‌کردید. در اینجا، ماشین‌های مجازی یکی از راه‌حل‌های مورد استفاده بودند

ماشین‌های مجازی به شما اجازه می‌دهند که سیستم‌عامل جداگانه‌ای را برای هر محیط اجرا کنید. ماشین‌های مجازی مزایای خاص خود را دارند اما در عین حال، مشکلاتی مانند مصرف بالای منابع و زمان راه‌اندازی طولانی را نیز به همراه دارند.

در این زمان بود که داکر وارد میدان شد. داکر به طور ساده این مشکلات را حل کرد. به جای استفاده از ماشین‌های مجازی که سیستم‌عامل جداگانه‌ای برای هر محیط راه‌اندازی می‌کنند، داکر از کانتینرها استفاده می‌کند. کانتینرها محیطی ایزوله فراهم می‌کنند که به طور مستقل از سیستم‌عامل‌ها عمل می‌کنند و در عین حال منابع کمتری مصرف می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود که داکر بسیار سریع‌تر از ماشین‌های مجازی باشد و به شما اجازه می‌دهد که نرم‌افزارهایتان را با سرعت بیشتر و منابع کمتر اجرا کنید.

مزایای استفاده از داکر از این قرارند:

یکسان بودن محیط‌ها
داکر این امکان را فراهم می‌کند که محیط‌های توسعه، تست و تولید کاملاً یکسان باشند. این به این معناست که دیگر لازم نیست نگران اجرای ناهماهنگ برنامه در سرورها یا دستگاه‌های مختلف باشید.
افزایش سرعت و کاهش خطاها
با استفاده از داکر، دیگر نیازی به تنظیمات پیچیده و پیکربندی محیط‌ها نیست. این باعث می‌شود که زمان توسعه و تست برنامه کاهش پیدا کند و احتمال بروز خطاها به حداقل برسد.
مقیاس‌پذیری آسان
داکر به شما این امکان را می‌دهد که برنامه‌هایتان را به راحتی در مقیاس بزرگ اجرا کنید. به‌عنوان مثال، اگر شما نیاز به اجرای هزاران کانتینر داشته باشید، داکر این کار را به سرعت و با کارایی بالا انجام می‌دهد.

اجزای داکر

داکر از چندین جزء اصلی تشکیل شده که هرکدام نقش خاص خود را در فرآیند ساخت، اجرا و مدیریت کانتینرها ایفا می‌کنند. در اینجا به مهم‌ترین اجزای داکر اشاره می‌کنیم:

موتور داکر (Docker Engine)

Docker Engine یک نرم‌افزار است که به شما این امکان را می‌دهد که کانتینرها را بسازید، اجرا کنید و به راحتی آن‌ها را مدیریت کنید. این موتور قلب داکر است و دو بخش اصلی دارد:

Docker Daemon
آن بخش از Docker Engine است که در پس‌زمینه اجرا می‌شود و از طریق آن می‌توانید دستورات مختلف داکر را ارسال کنید.
Docker CLI (Command Line Interface)
این بخش از داکر است که شما از طریق خط فرمان با آن تعامل دارید. شما با وارد کردن دستورات مختلف از طریق ترمینال، Docker Daemon را کنترل می‌کنید.

کانتینرهای داکر (Docker Containers)

کانتینرها همان محیط‌های ایزوله‌شده‌ای هستند که برنامه‌ها و سرویس‌ها داخل آن‌ها اجرا می‌شوند. هر کانتینر در داکر به‌طور مستقل از سایر کانتینرها عمل می‌کند و تمامی وابستگی‌ها و تنظیمات مورد نیاز برای اجرای یک برنامه را شامل می‌شود. کانتینرها مشابه ماشین‌های مجازی هستند، با این تفاوت که منابع کمتری مصرف کرده و سرعت بالاتری دارند.

ایمیج‌های داکر (Docker Images)

ایمیج‌های داکر، شبیه به الگوهایی هستند که برای ساخت کانتینرها استفاده می‌شوند. یک تصویر شامل تمامی فایل‌ها، کتابخانه‌ها و تنظیمات مورد نیاز برای اجرای یک برنامه است. زمانی که شما یک کانتینر جدید ایجاد می‌کنید، از یک ایمیج به عنوان پایه استفاده می‌شود. ایمیج‌ها می‌توانند از Docker Hub (یک مخزن آنلاین ایمیج‌های داکر) بارگیری شوند یا خودتان آن‌ها را ایجاد کنید.

فایل داکر (Dockerfile)

Dockerfile یک فایل متنی است که شامل دستوراتی است که به داکر می‌گوید چطور یک ایمیج (image) بسازد. در این فایل، می‌توانید تنظیمات سیستم‌عامل، نرم‌افزارها و کتابخانه‌های مورد نیاز، و هر چیزی که برای راه‌اندازی و اجرای برنامه لازم است را تعریف کنید.

سرویس Docker Hub

Docker Hub یک سرویس آنلاین است که ایمیج‌های داکر را ذخیره می‌کند و به اشتراک می‌گذارد. این مخزن عمومی، کاربران را قادر می‌سازد تا ایمیج‌های داکر را به راحتی دانلود و استفاده کنند. علاوه بر این، کاربران می‌توانند ایمیج‌های خود را برای استفاده دیگران در این مخزن آپلود کنند.

ابزار Docker Compose

Docker Compose ابزاری است که به شما این امکان را می‌دهد که چندین کانتینر را با استفاده از یک فایل YAML (که یک فرمت متنی ساده برای پیکربندی است) به‌طور هم‌زمان و به صورت هماهنگ اجرا کنید. این ابزار به‌ویژه زمانی که شما نیاز به اجرای چندین سرویس به صورت هم‌زمان دارید، مفید است.

ابزار Docker Swarm

Docker Swarm ابزاریست که به شما این امکان را می‌دهد تا چندین سرور یا ماشین مختلف را به یک گروه بزرگتر به نام خوشه (Cluster) تبدیل کنید. این خوشه به شما کمک می‌کند که برنامه‌ها و کانتینرها را به‌طور خودکار و به صورت هماهنگ بین سرورهای مختلف پخش و مدیریت کنید. به طور ساده، Docker Swarm به شما این امکان را می‌دهد که بار کاری یک برنامه را بین چندین سرور تقسیم کنید، و به‌طور اتوماتیک کانتینرها بر روی این سرورها توزیع شود تا برنامه به راحتی مقیاس‌پذیر و کارا باشد.

چالش‌های استفاده از Docker

شکی نیست که داکر یک ابزار قدرتمند و مفید برای دولوپرهاست اما استفاده از آن چالش‌هایی هم به همراه دارد که در ادامه به مهمترین آنها اشاره می‌کنیم.

یادگیری اولیه

اولین چالشی که کاربران جدید با آن مواجه می‌شوند، یادگیری مفاهیم و دستورات جدید داکر است. به ویژه برای کسانی که به تازگی وارد دنیای توسعه نرم‌افزار شده‌اند یا آشنایی کمتری با مفاهیم کانتینرها دارند، ممکن است مفاهیم داکر در ابتدا پیچیده به نظر برسد. این مفاهیم شامل یادگیری نحوه کار با Dockerfile (فایل‌هایی که برای ساخت کانتینرها استفاده می‌شوند)، دستورات داکر، مدیریت کانتینرها، و تعامل با Docker Hub (مخزن آنلاین برای بارگذاری و دریافت ایمیج‌های کانتینرها) است.

برای حل این مشکل، توصیه می‌شود که با آموزش‌های ساده شروع کنید و گام به گام به مفاهیم پیچیده‌تر بروید. از مستندات رسمی داکر استفاده کنید، چرا که این مستندات به طور شفاف و دقیق توضیح می‌دهند که چگونه از این ابزار بهره ببرید.

مدیریت تعداد زیاد کانتینرها

در پروژه‌های بزرگ، ممکن است تعداد زیادی کانتینر ایجاد شود. این کانتینرها می‌توانند شامل پایگاه‌داده‌ها، اپلیکیشن‌ها، سرویس‌ها، و دیگر اجزای سیستم باشند. زمانی که این کانتینرها زیاد می‌شوند، مدیریت آن‌ها پیچیده می شود و چالش‌هایی نظیر مدیریت وابستگی‌ها، پیکربندی صحیح، و نظارت بر عملکرد به وجود می‌آید.

برای مدیریت این مشکل، ابزارهایی مانند Docker Compose و Kubernetes به کمک شما می‌آیند. Docker Compose به شما این امکان را می‌دهد که چندین کانتینر را در یک فایل پیکربندی مشترک تعریف کرده و آن‌ها را با یک دستور واحد راه‌اندازی کنید. Kubernetes برای مقیاس‌بندی و مدیریت تعداد زیادی کانتینر و سرویس‌ها در محیط‌های پیچیده‌تر و بزرگ‌‌مقیاس‌تر، استفاده می‌شود.

امنیت

مانند هر فناوری دیگری، داکر نیز با چالش‌های امنیتی خاص خود روبرو است. یکی از مهم‌ترین چالش‌های امنیتی در این زمینه، پیکربندی نادرست کانتینرها است. اگر کانتینرها به درستی ایزوله نشوند یا تنظیمات امنیتی آن‌ها رعایت نشود، می‌تواند به خطرات امنیتی بزرگ منجر شود. همچنین استفاده از ایمیج‌های غیررسمی یا ناامن می‌تواند تهدیدات امنیتی ایجاد کند.

برای حل این مشکل، توصیه می‌شود که از ایمیج‌های رسمی Docker Hub استفاده کنید. ایمیج‌های داکر (Docker images) شامل تمام موارد مورد نیاز برای راه‌اندازی و اجرای یک کانتینر هستند، از جمله تنظیمات سیستم‌عامل، نرم‌افزارها و کتابخانه‌ها. این ایمیج‌ها به‌طور معمول به صورت آماده در Docker Hub (مخزن آنلاین ایمیج‌های داکر) در دسترس هستند و استفاده از آن‌ها این اطمینان را می‌دهد که کانتینر شما بر اساس بهترین استانداردهای امنیتی و عملکرد ساخته شده است. همچنین، برای افزایش امنیت، لازم است کانتینرها را با حداقل دسترسی ممکن اجرا کنید و اطمینان حاصل کنید که سیستم‌عامل‌های داخل کانتینرها از نظر امنیتی به‌روز هستند و به‌طور منظم آپدیت‌های امنیتی اعمال می‌شوند.

یک مثال ساده

فرض کنید شما یک اپلیکیشن ساده در زبان Python نوشته‌اید که پیامی را چاپ می‌کند. می‌خواهیم این برنامه را داخل یک کانتینر داکر قرار دهیم تا بتوانیم آن را در هر محیطی اجرا کنیم.

1. ساخت اپلیکیشن ساده Python

بعد از نصب داکر بر روی سیستم، ابتدا یک فایل پایتون به نام app.py ایجاد می‌کنیم که پیامی را در کنسول چاپ می‌کند.

app.py

print("Hello, Docker!")

2. ساخت Dockerfile

برای اینکه این برنامه را در یک کانتینر داکر اجرا کنیم، نیاز به یک فایل به نام Dockerfile داریم. این فایل به داکر می‌گوید که چگونه یک کانتینر بسازد و برنامه را در داخل آن اجرا کند. در اینجا یک Dockerfile ساده را می‌نویسیم.

$ FROM python:3.9

$ COPY app.py /app.py

$ CMD ["python", "/app.py"]

در ادامه به توضیح فایل Dockerfile می پردازیم:

FROM python 3.9: این خط می‌گوید که کانتینر باید از ایمیج رسمی Python نسخه 3.9 به عنوان پایه استفاده کند. این ایمیج شامل سیستم‌عامل و پایتون است که ما برای اجرای اپلیکیشن نیاز داریم.
COPY app.py /app.py: این خط فایل app.py را از سیستم شما کپی می‌کند و داخل کانتینر قرار می‌دهد. چون این برنامه پایتون باید داخل کانتینر قرار گیرد تا اجرا شود.
CMD ["python", "/app.py"]: این خط به داکر می‌گوید که وقتی کانتینر شروع به کار کرد، باید فایل app.py را با استفاده از پایتون اجرا کند.

3. ساخت ایمیج داکر

حالا که فایل Dockerfile آماده شد، باید از آن یک ایمیج داکر بسازیم. برای این کار از دستور زیر در ترمینال استفاده می‌کنیم:

$ docker build -t my-python-app .

این دستور به داکر می‌گوید که ایمیج جدیدی به نام my-python-app بسازد. نقطه‌ی (.) در آخر دستور به داکر می‌گوید که باید فایل Dockerfile را از دایرکتوری جاری (محل اجرای دستور) دریافت کند.

4. اجرای کانتینر

حالا که ایمیج ساخته شد، می‌توانیم کانتینر را اجرا کنیم. برای اجرای کانتینر از دستور زیر استفاده می‌کنیم:

$ docker run my-python-app

این دستور کانتینر را اجرا می‌کند و برنامه app.py داخل کانتینر شروع به اجرا خواهد کرد. در ترمینال باید پیغام Hello, Docker! را مشاهده کنید.