داکر چیست و چرا در برنامه نویسی

فرض کنید یک نرم‌افزار را روی سیستم خود اجرا می‌کنید و همه‌چیز عالی کار می‌کند، اما وقتی آن را روی سرور یا سیستم دیگری راه‌اندازی می‌کنید، خطاهای عجیب‌وغریب ظاهر می‌شوند. این مشکل، نتیجه‌ی تفاوت در تنظیمات، وابستگی‌ها و محیط اجرای نرم‌افزار است. داکر برای حل این چالش به وجود آمده است.

داکر یک پلتفرم کانتینری است که امکان اجرای نرم‌افزارها را در محیطی یکدست و ایزوله فراهم می‌کند. در واقع، به جای اینکه یک نرم‌افزار وابسته به سیستم‌عامل یا تنظیمات خاص باشد، داکر تمام اجزای موردنیاز را در یک بسته استاندارد به نام کانتینر (Container) قرار می‌دهد. نتیجه این کار این است که نرم‌افزار در هر جایی که داکر نصب باشد، بدون مشکل اجرا می‌شود.

شرکت های بزرگ برای راه اندازی سیستم های داخلی و شبکه همواره از سرور های فیزیکی استفاده می کنند تا بهروری ، امنیت اطلاعات و افزایش بهروری از سرور اچ پی استفاده می کنند.شما هم می توانید با خرید سرور اچ پی برای سازمان خود از مقیاس پذیری بهرمند شوید.

این یعنی اگر روی سیستم شخصی خود یک اپلیکیشن توسعه داده‌اید، همان اپلیکیشن روی سرور، لپ‌تاپ دیگر یا حتی یک سیستم ابری دقیقاً به همان شکل کار خواهد کرد. نیازی نیست نگران اختلاف نسخه‌ها، ناسازگاری‌ها یا وابستگی‌های مختلف باشید.

با داکر، توسعه‌دهندگان می‌توانند نرم‌افزار را با اطمینان کامل در محیط‌های مختلف اجرا کنند، تیم‌های DevOps استقرار سریع‌تری داشته باشند و مدیران سرور منابع را بهینه‌تر مدیریت کنند. در ادامه، بررسی خواهیم کرد که داکر چگونه کار می‌کند و چرا در مقایسه با روش‌های سنتی، یک انتخاب بهتر است.

مزایای استفاده از داکر

داکر به یکی از پرکاربردترین ابزارهای مدیریت و استقرار نرم‌افزار تبدیل شده است. دلیل این محبوبیت، سادگی در استفاده، بهینه‌سازی منابع و افزایش سرعت توسعه و استقرار نرم‌افزارها است. در این بخش، به مهم‌ترین مزایای داکر می‌پردازیم.

۱. سازگاری در اجرای نرم‌افزار

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های توسعه‌دهندگان، اجرای نرم‌افزار در محیط‌های مختلف است. ممکن است کدی که روی یک سیستم اجرا می‌شود، در سرور یا سیستم دیگری دچار مشکل شود. داکر با بسته‌بندی نرم‌افزار و تمام وابستگی‌های آن در یک کانتینر، تضمین می‌کند که برنامه دقیقاً به همان شکل در هر محیطی اجرا شود.

۲. کاهش مصرف منابع

برخلاف ماشین‌های مجازی که برای هر برنامه یک سیستم‌عامل جداگانه اجرا می‌کنند، داکر فقط از هسته‌ی سیستم‌عامل میزبان استفاده می‌کند. این باعث می‌شود که کانتینرها سبک‌تر، سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر از ماشین‌های مجازی باشند.

۳. استقرار سریع‌تر

با استفاده از داکر، فرایند استقرار نرم‌افزار بسیار ساده‌تر و سریع‌تر می‌شود. می‌توان یک اپلیکیشن را روی سیستم توسعه، آزمایش و سپس همان نسخه را بدون تغییر روی سرور مستقر کرد. این یعنی کمتر شدن مشکلات ناشی از تفاوت محیط‌های توسعه و اجرا.

۴. بهبود امنیت و ایزوله‌سازی

هر کانتینر در داکر به‌صورت مستقل از سایر کانتینرها اجرا می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که حتی اگر یک نرم‌افزار دارای مشکل امنیتی باشد، بقیه‌ی سیستم تحت تأثیر قرار نگیرد.

۵. مقیاس‌پذیری بالا

داکر به شما امکان می‌دهد که اپلیکیشن‌های خود را به‌راحتی مقیاس‌پذیر کنید. می‌توان بدون دردسر نسخه‌های متعددی از یک برنامه را اجرا کرد و در صورت نیاز، به سرعت منابع بیشتری به آن اختصاص داد.

۶. سازگاری با سیستم‌های ابری

تقریباً تمام سرویس‌های ابری مدرن مانند AWS، Google Cloud و Microsoft Azure از داکر پشتیبانی می‌کنند. این یعنی می‌توان نرم‌افزارها را بدون تغییر خاصی، روی سرویس‌های ابری مختلف اجرا کرد.

استفاده از داکر نه‌تنها کار توسعه‌دهندگان را ساده‌تر می‌کند، بلکه هزینه‌های مدیریت سرور و منابع را کاهش داده و سرعت استقرار نرم‌افزار را افزایش می‌دهد. به همین دلیل، بسیاری از شرکت‌ها و تیم‌های توسعه از داکر برای اجرای نرم‌افزارهای خود استفاده می‌کنند.

تفاوت داکر با ماشین‌های مجازی

برای اجرای نرم‌افزارها در محیط‌های مختلف، دو روش رایج وجود دارد: ماشین‌های مجازی (Virtual Machines) و داکر (Docker). هر دو فناوری امکان اجرای نرم‌افزار در محیطی ایزوله را فراهم می‌کنند، اما تفاوت‌های کلیدی میان آن‌ها وجود دارد که باعث شده داکر در بسیاری از موارد انتخاب بهتری باشد.

ماشین‌های مجازی از یک Hypervisor برای ایجاد چندین سیستم‌عامل مجزا روی یک سخت‌افزار استفاده می‌کنند. در این روش، هر ماشین مجازی یک سیستم‌عامل کامل را اجرا می‌کند که شامل کرنل و تمامی برنامه‌های موردنیاز است. این ساختار، انعطاف‌پذیری بالایی دارد، اما مصرف منابع بیشتری دارد و سرعت اجرا نسبت به docker پایین‌تر است.

در مقابل، داکر از کرنل سیستم‌عامل میزبان استفاده می‌کند و تنها اجزای موردنیاز هر برنامه را در کانتینرهای جداگانه اجرا می‌کند. این باعث می‌شود که کانتینرهای docker بسیار سبک‌تر، سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر از ماشین‌های مجازی باشند. در حالی که ماشین‌های مجازی معمولاً در چند دقیقه بوت می‌شوند، docker می‌تواند کانتینرهای خود را در عرض چند ثانیه اجرا کند.

یکی دیگر از تفاوت‌های مهم، مدیریت و استقرار نرم‌افزارها است. در ماشین‌های مجازی، انتقال یک نرم‌افزار از یک سرور به سرور دیگر نیاز به نصب سیستم‌عامل، تنظیمات شبکه و پیکربندی‌های مختلف دارد. اما در docker ، نرم‌افزارها همراه با تمامی وابستگی‌های خود در قالب یک ایمیج (Image) بسته‌بندی شده و روی هر سیستمی که داکر نصب باشد، بدون مشکل اجرا می‌شوند. این موضوع قابلیت حمل و استقرار نرم‌افزار را به شدت بهبود می‌بخشد.

از نظر امنیت، هر ماشین مجازی به دلیل داشتن یک سیستم‌عامل مستقل، امنیت بالایی دارد و در صورت آسیب دیدن یک ماشین، سایر ماشین‌های مجازی تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند. در داکر، کانتینرها از کرنل مشترک استفاده می‌کنند و اگر ایزوله‌سازی به درستی انجام نشود، ممکن است یک کانتینر بتواند به منابع سایر کانتینرها دسترسی داشته باشد. با این حال، با تنظیمات صحیح و استفاده از قابلیت‌های امنیتی، می‌توان این ریسک را کاهش داد.

در جدول زیر، تفاوت‌های اصلی بین داکر و ماشین‌های مجازی را مشاهده می‌کنید:

اگر نیاز به اجرای سیستم‌عامل‌های مختلف با امنیت کامل دارید، ماشین‌های مجازی همچنان گزینه‌ای قابل‌اعتماد محسوب می‌شوند. در نهایت، بسته به نیاز پروژه، می‌توان از هر دو فناوری به صورت ترکیبی برای بهره‌برداری بهینه استفاده کرد.

نحوه نصب و راه‌اندازی داکر

برای استفاده از docker ، ابتدا باید آن را روی سیستم خود نصب کنید. docker روی لینوکس، ویندوز و macOS قابل اجرا است، اما بهترین عملکرد را روی لینوکس دارد. دلیل این موضوع این است که داکر به‌صورت بومی از قابلیت‌های کرنل لینوکس استفاده می‌کند و نیازی به شبیه‌سازی ندارد. پیش از نصب، لازم است برخی پیش‌نیازها را بررسی کنید.

پیش‌نیازهای نصب داکر

قبل از نصب داکر، مطمئن شوید که سیستم شما شرایط زیر را دارد:

• ویندوز: نسخه Windows 10 Pro, Enterprise یا Education (بیلد 1903 به بعد) یا Windows 11 Pro به همراه ویژگی WSL 2 فعال
• لینوکس: توزیع‌هایی مانند Ubuntu، Debian، CentOS، Fedora یا Arch Linux
• macOS: نسخه macOS 10.14 Mojave یا جدیدتر
• حداقل ۲ گیگابایت رم (پیشنهاد می‌شود ۴ گیگابایت یا بیشتر باشد)
• دسترسی به اینترنت برای دانلود بسته‌های موردنیاز

نصب داکر روی اوبونتو

در سیستم‌های مبتنی بر دبیان مانند Ubuntu و Debian، می‌توان docker را از طریق مخازن رسمی نصب کرد. ابتدا، سیستم خود را به‌روز کنید:

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

سپس، بسته‌های موردنیاز برای دانلود و مدیریت مخازن را نصب کنید:

sudo apt install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common -y

کلید GPG رسمی docker را اضافه کنید:

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg

مخزن رسمی docker را به لیست مخازن سیستم اضافه کنید:

echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/docker-archive-keyring.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

حالا، مجدداً لیست مخازن را به‌روز کرده و docker را نصب کنید:

sudo apt update
sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io -y

پس از نصب، سرویس docker را راه‌اندازی کنید:

sudo systemctl start docker

sudo systemctl enable docker

برای بررسی موفقیت‌آمیز بودن نصب، دستور زیر را اجرا کنید:

docker --version

نصب docker روی ویندوز:

در ویندوز، باید Docker Desktop را از وب‌سایت رسمی داکر دانلود و نصب کنید. پس از نصب، باید WSL 2 را فعال کنید. این کار با اجرای دستورات زیر در PowerShell (با دسترسی Administrator) انجام می‌شود:

wsl --install
wsl --set-default-version 2

پس از فعال‌سازی WSL 2، Docker Desktop را باز کرده و در قسمت Settings > General گزینه Use the WSL 2 based engine را فعال کنید. سپس، با اجرای دستور زیر در Command Prompt بررسی کنید که docker به‌درستی نصب شده است:

docker --version

نصب docker روی macOS

برای macOS، باید Docker Desktop را از وب‌سایت رسمی داکر دانلود کنید. پس از نصب، داکر به‌طور خودکار اجرا می‌شود و می‌توانید در ترمینال macOS نسخه آن را بررسی کنید:

docker --version

اجرای اولین کانتینر داکر

پس از نصب docker ، برای اطمینان از عملکرد صحیح، می‌توانید یک کانتینر تستی اجرا کنید:

docker run hello-world

اگر خروجی این دستور شامل پیام “Hello from Docker!” باشد، docker به‌درستی نصب شده و آماده استفاده است.

مفاهیم اساسی در داکر: کانتینرها و ایمیج‌ها

برای استفاده از داکر به شکل حرفه‌ای، لازم است دو مفهوم کلیدی آن، یعنی ایمیج (Image) و کانتینر (Container) را به‌خوبی درک کنیم. درک این مفاهیم به شما کمک می‌کند تا بتوانید سرورهای اچ پی (HP Server) یا هر نوع سرور دیگری را با داکر بهینه‌سازی کرده و از مزایای آن در محیط‌های عملیاتی بهره ببرید.

ایمیج در داکر چیست؟

ایمیج در داکر، یک قالب آماده و ثابت از یک نرم‌افزار است که شامل همه وابستگی‌ها، کتابخانه‌ها، فایل‌های اجرایی و تنظیمات موردنیاز برای اجرای یک برنامه می‌شود. ایمیج‌ها به‌نوعی شبیه به یک DVD نصبی سیستم‌عامل هستند که بدون نیاز به تغییر، می‌توانند بارها و بارها روی سیستم‌های مختلف اجرا شوند. اما تفاوت اصلی در این است که ایمیج‌های داکر کاملاً سبک و بهینه هستند و تنها شامل موارد ضروری برای اجرای یک برنامه می‌شوند.

تمامی ایمیج‌های داکر در Docker Hub یا مخازن خصوصی ذخیره می‌شوند. می‌توانید یک ایمیج را مستقیماً از Docker Hub دانلود کرده یا خودتان یک ایمیج سفارشی‌سازی شده بسازید. برای مثال، اگر قصد دارید روی سرور اچ پی یک وب‌سرور Apache را با داکر اجرا کنید، می‌توانید با یک دستور ساده، ایمیج Apache را دریافت کنید:

docker pull httpd

این دستور، ایمیج وب‌سرور Apache را از Docker Hub دریافت کرده و آن را روی سیستم شما ذخیره می‌کند. اما تا زمانی که یک کانتینر از روی این ایمیج اجرا نشود، کاربردی نخواهد داشت.

کانتینر در داکر چیست؟

کانتینر در داکر، یک نسخه در حال اجرا از ایمیج است. به بیان ساده، ایمیج یک قالب آماده است، اما کانتینر همان قالب در حال استفاده. هر کانتینر به‌صورت ایزوله از سایر قسمت‌های سیستم عمل می‌کند و امکان اجرای چندین کانتینر از یک ایمیج مشابه را بدون تداخل فراهم می‌سازد.

به‌عنوان مثال، اگر یک وب‌سرور Apache را روی سرور HP اجرا کنید، هر بار که بخواهید یک سرور جدید راه‌اندازی کنید، کافی است یک کانتینر جدید از ایمیج Apache ایجاد کنید:

docker run -d -p 80:80 httpd

این دستور، یک وب‌سرور Apache را روی پورت ۸۰ اجرا می‌کند و به کاربران اجازه می‌دهد تا از طریق مرورگر به آن دسترسی داشته باشند.

تفاوت ایمیج و کانتینر در داکر

ایمیج و کانتینر دو مفهوم وابسته اما متفاوت در داکر هستند. در جدول زیر، تفاوت این دو را بررسی می‌کنیم:

چرا استفاده از کانتینرها و ایمیج‌ها در سرورهای اچ پی اهمیت دارد؟

اگر یک سرور HP در اختیار دارید و قصد دارید چندین سرویس مختلف را روی آن اجرا کنید، داکر به شما اجازه می‌دهد که این سرویس‌ها را ایزوله و بهینه اجرا کنید. فرض کنید قصد دارید روی سرور خود، هم یک دیتابیس MySQL و هم یک وب‌سرور Nginx داشته باشید. در حالت عادی، باید نرم‌افزارها را مستقیماً روی سرور نصب کنید که این کار ممکن است باعث ایجاد ناسازگاری شود. اما با داکر، می‌توانید برای هرکدام یک کانتینر جداگانه ایجاد کنید:

docker run -d –name my_database mysql

docker run -d –name my_webserver -p 8080:80 nginx

با این روش، هر سرویس در محیط مخصوص به خود اجرا شده و در صورت بروز مشکل، تأثیری روی سایر سرویس‌ها ندارد. این ویژگی مخصوصاً در هنگام خرید سرور HP یا استفاده از سرورهای فیزیکی و مجازی، باعث بهینه‌سازی منابع و افزایش بهره‌وری می‌شود.

شناخت تفاوت‌های بین ایمیج و کانتینر در داکر، به شما کمک می‌کند تا نرم‌افزارهای خود را به‌صورت ایزوله و قابل حمل اجرا کنید. ایمیج‌ها به‌عنوان قالب‌های آماده برای اجرای نرم‌افزارها استفاده می‌شوند و کانتینرها نسخه‌های زنده و قابل اجرا از این ایمیج‌ها هستند. استفاده از این فناوری در سرورهای HP، مخصوصاً در هنگام خرید و مدیریت سرورهای فیزیکی، به شما کمک می‌کند که با کمترین هزینه، حداکثر کارایی را از سخت‌افزار خود دریافت کنید.

مثال‌های عملی از استفاده داکر

داکر به دلیل سادگی و کارایی بالا، در بسیاری از سناریوهای واقعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این بخش، چند مثال کاربردی از نحوه استفاده از داکر در دنیای واقعی را بررسی می‌کنیم.

۱. راه‌اندازی یک وب‌سرور با داکر

فرض کنید می‌خواهید بدون نصب دستی نرم‌افزارها، یک وب‌سرور Nginx را روی سرور خود اجرا کنید. با داکر، این کار تنها با یک دستور ساده امکان‌پذیر است:

docker run -d -p 8080:80 nginx

این دستور یک وب‌سرور Nginx را راه‌اندازی می‌کند و آن را روی پورت ۸۰۸۰ در دسترس قرار می‌دهد. حالا اگر آدرس http://localhost:8080 را در مرورگر خود وارد کنید، صفحه پیش‌فرض Nginx را خواهید دید.

۲. اجرای یک دیتابیس MySQL بدون نیاز به نصب دستی

در حالت عادی، راه‌اندازی یک دیتابیس MySQL نیاز به نصب و پیکربندی دستی دارد. اما با داکر، می‌توان MySQL را با یک دستور اجرا کرد:

docker run -d --name my_database -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=secret -p 3306:3306 mysql

با این دستور، یک کانتینر MySQL ایجاد شده و پورت ۳۳۰۶ آن به سیستم میزبان متصل می‌شود. حالا می‌توانید با استفاده از نرم‌افزارهایی مثل MySQL Workbench به دیتابیس متصل شوید.

۳. اجرای یک اپلیکیشن Node.js بدون نیاز به نصب Node.js روی سیستم

فرض کنید یک پروژه Node.js دارید و نمی‌خواهید Node.js را روی سیستم نصب کنید. می‌توانید از یک کانتینر داکر برای اجرای برنامه استفاده کنید:

docker run -d -p 3000:3000 -v $(pwd):/app -w /app node node server.js

در این دستور، داکر ابتدا یک ایمیج Node.js دریافت می‌کند، سپس برنامه شما را درون کانتینر اجرا کرده و روی پورت ۳۰۰۰ در دسترس قرار می‌دهد.

۴. اجرای چندین سرویس به‌صورت هم‌زمان با Docker Compose

گاهی اوقات یک برنامه شامل چندین سرویس مختلف است، مثلاً یک وب‌سرور، یک دیتابیس و یک کش Redis. با Docker Compose می‌توان این سرویس‌ها را هم‌زمان راه‌اندازی کرد.

فایل docker-compose.yml را ایجاد کنید و محتوای زیر را در آن قرار دهید:

version: '3'
services:
web:
image: nginx
ports:
- "8080:80"
database:
image: mysql
environment:
MYSQL_ROOT_PASSWORD: secret
cache:
image: redis

سپس با اجرای دستور docker-compose up -d، تمامی این سرویس‌ها به‌صورت هم‌زمان راه‌اندازی می‌شوند.

۵. راه‌اندازی وردپرس با داکر

اگر قصد دارید بدون نصب دستی پایگاه داده و سایر تنظیمات، یک وب‌سایت وردپرسی را اجرا کنید، می‌توانید از داکر استفاده کنید:

docker run -d --name wordpress -p 8080:80 -e WORDPRESS_DB_HOST=your_db_host -e WORDPRESS_DB_USER=user -e WORDPRESS_DB_PASSWORD=pass wordpress

با این کار، وردپرس روی سرور شما اجرا شده و می‌توانید سایت خود را روی http://localhost:8080 مشاهده کنید.

این مثال‌ها نشان می‌دهند که داکر چگونه می‌تواند راه‌اندازی و مدیریت نرم‌افزارها را ساده کند. به‌جای نصب و پیکربندی دستی، تنها با چند دستور می‌توان محیطی کاملاً ایزوله و آماده به کار ایجاد کرد.

نتیجه‌گیری

داکر یکی از ابزارهای قدرتمند برای اجرای نرم‌افزارها در محیط‌های ایزوله است که کار توسعه‌دهندگان، مدیران سرور و تیم‌های DevOps را ساده‌تر کرده است. با استفاده از داکر، می‌توان نرم‌افزارها را به‌صورت ماژولار، بدون وابستگی به سیستم‌عامل و با مصرف بهینه منابع اجرا کرد. مفاهیم ایمیج و کانتینر در داکر به ما اجازه می‌دهند که برنامه‌ها را به‌راحتی روی هر سرور، از جمله سرور HP، اجرا کنیم و بدون نگرانی از ناسازگاری‌ها، آن‌ها را بین محیط‌های مختلف جابه‌جا کنیم.

با توجه به مثال‌های عملی که بررسی شد، مشخص شد که داکر تنها یک ابزار برای اجرای کانتینرها نیست، بلکه یک تحول اساسی در شیوه توسعه، استقرار و مدیریت نرم‌افزارها ایجاد کرده است. از راه‌اندازی سریع یک وب‌سرور تا اجرای سرویس‌های پیچیده مانند وردپرس و پایگاه داده، داکر تمامی این فرایندها را در کمترین زمان ممکن و با کمترین پیچیدگی انجام می‌دهد.

اگر قصد دارید سرورهای خود را بهینه‌سازی کنید، هزینه‌های مدیریت زیرساخت را کاهش دهید یا نرم‌افزارهای خود را با سرعت و کارایی بیشتری مستقر کنید، داکر یک انتخاب هوشمندانه است. امروزه بسیاری از شرکت‌ها و سازمان‌های بزرگ از داکر برای مدیریت نرم‌افزارهای خود استفاده می‌کنند و اگر تاکنون از این فناوری استفاده نکرده‌اید، زمان آن رسیده که داکر را در پروژه‌های خود به کار بگیرید.