使用 Dockerfile 開發容器

1. 總覽

Docker 開放式平台可開發、推送及執行應用程式。有了 Docker，您可以將應用程式從基礎架構中獨立出來，並將基礎架構做為代管應用程式處理。這個平台可加速推送程式碼，並加快測試及部署作業，縮短從編寫到執行程式碼的週期。

為了實現這個目的，Docker 結合核心容器化功能，以及可協助您管理及部署應用程式的工作流程與工具。

Docker 容器可直接在 Kubernetes 中使用，能輕鬆在 Kubernetes Engine 內執行。學習 Docker 的基礎知識後，您就能開始開發 Kubernetes 與容器化應用程式。

課程內容

在本實驗室中，您將瞭解如何執行下列操作：

為範例應用程式建立 Dockerfile
建構映像檔
在本機將映像檔做為容器執行
變更容器行為
將映像檔推送至 Artifact Registry

必要條件

本實驗室的難度為入門級。幾乎或完全沒有使用過 Docker 和容器，也可以進行本實驗室。熟悉 Cloud Shell 及指令列的使用方法會有幫助，但非必要。

自修實驗室環境設定

登入 Google Cloud 控制台，然後建立新專案或重複使用現有專案。如果沒有 Gmail 或 Google Workspace 帳戶，請先建立帳戶。

專案名稱是這個專案參與者的顯示名稱。這是 Google API 未使用的字元字串，您隨時可以更新。
專案 ID 在所有 Google Cloud 專案中不得重複，且設定後即無法變更。Cloud 控制台會自動產生專屬字串，通常您不需要在意該字串為何。在大多數程式碼研究室中，您需要參照專案 ID (通常會標示為 PROJECT_ID)，因此如果您不喜歡該字串，可以產生另一個隨機字串，或是嘗試使用自己的字串，看看是否可用。專案建立後，系統就會「凍結」該值。
還有第三個值，也就是部分 API 使用的「專案編號」。如要進一步瞭解這三種值，請參閱說明文件。

接著，您需要在 Cloud 控制台中啟用帳單，才能使用 Cloud 資源/API。完成本程式碼研究室的費用應該不高，甚至完全免費。如要停用資源，避免在本教學課程結束後繼續產生帳單費用，請按照程式碼研究室結尾的「清除」操作說明操作。Google Cloud 新使用者可參加價值$300 美元的免費試用計畫。

2. 範例應用程式

我們提供範例應用程式，方便您完成本實驗室。在本節中，您將擷取原始碼，並以原生形式建構應用程式，然後再繼續進行容器化程序。

原始碼

本實驗室的原始碼位於 GoogleCloudPlatform/container-developer-workshop 存放區，以及範例應用程式說明文件。

設定 Git

git config --global user.name ${USER}
git config --global user.email ${USER}@qwiklabs.net

複製範例應用程式 Cloud Source Repositories

gcloud source repos clone sample-app ${HOME}/sample-app &&
cd ${HOME}/sample-app &&
git checkout main

輸出

Cloning into '/home/student_03_49720296e995/sample-app'...
remote: Finding sources: 100% (16/16)
remote: Total 16 (delta 0), reused 16 (delta 0)
Receiving objects: 100% (16/16), 47.23 KiB | 681.00 KiB/s, done.
warning: remote HEAD refers to nonexistent ref, unable to checkout.

Project [qwiklabs-gcp-02-4327c4e03d82] repository [sample-app] was cloned to [/home/student_03_49720296e995/sample-app].
Branch 'main' set up to track remote branch 'main' from 'origin'.
Switched to a new branch 'main'

建構範例應用程式

cd ${HOME}/sample-app
./mvnw compile

輸出

[INFO] Scanning for projects...
...
[INFO] Compiling 1 source file to /home/student_03_49720296e995/sample-app/target/classes
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] BUILD SUCCESS
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] Total time:  10.080 s
[INFO] Finished at: 2022-02-23T17:14:30Z
[INFO] ------------------------------------------------------------------------

執行範例應用程式

cd ${HOME}/sample-app
./mvnw exec:java

輸出

[INFO] Scanning for projects...
...
Listening at http://localhost:8080

預覽執行中的應用程式

按一下 Cloud Shell 的「網頁預覽」按鈕
按一下「透過以下通訊埠預覽：8080」

後續步驟

在 Cloud Shell 中按下 CTRL + c 鍵，停止執行中的應用程式

3. Dockerfile

使用 Dockerfile 將應用程式容器化

如要將應用程式封裝到容器中，其中一種方法是使用 Dockerfile。Dockerfile 類似於指令碼，會指示 Daemon 如何組裝容器映像檔。詳情請參閱 Dockerfile 參考文件。

在範例應用程式存放區中建立空白的 Dockerfile。

touch ${HOME}/sample-app/Dockerfile

在您選擇的編輯器中開啟 Dockerfile。

vi ${HOME}/sample-app/Dockerfile

選擇起始圖片

如要使用 Dockerfile 方法建構容器，您必須直接瞭解應用程式，才能組裝容器。建立 Dockerfile 的第一步是選取要當做映像檔基礎的映像檔。這個映像檔應是由可信來源 (通常是貴公司) 維護及發布的父項或基礎映像檔。

FROM 指令會初始化新的建構階段，並為後續的循序指令設定基本映像檔。因此，FROM 指令通常是 Dockerfile 中的第一個指令，且只能在選用的 ARG 指令之前，用來支援變數。

語法：FROM <image>[:<tag> | @<digest>] [AS <name>]

圖片格式為 <image>:<tag> 或 <image>@<digest>。如未指定標記或摘要，則預設為 :latest 標記。<image> 的格式會因用於儲存映像檔的登錄檔而異。如果是 Artifact Registry，<image> 格式為 <region>-docker.pkg.dev/<project ID>/<repository name>/<image name>:<image tag>。

在本實驗室中，我們使用公開的 openjdk:11.0-jdk 映像檔，請在 Dockerfile 中加入下列程式碼：

FROM openjdk:11.0-jdk

設定工作目錄

WORKDIR 指令會為 Dockerfile 中後續的任何循序指令設定工作目錄。詳情請參閱 Dockerfile 參考文件的 WORKDIR 一節。

語法：WORKDIR <path>

在本實驗室中，我們使用 /app 目錄做為 WORKDIR，請在 Dockerfile 底部新增下列程式碼：

WORKDIR /app

複製應用程式檔案

COPY 指令會將目錄或檔案從 <source> 位置複製到映像檔檔案系統的 <destination> 路徑。您可以指定多個 <source> 資源，這些資源都與建構環境相關。我們會在「建構」一節中進一步說明建構環境。詳情請參閱 Dockerfile 參考文件的 COPY 區段。

語法：COPY <source>... <destination>

在本實驗室中，我們會將存放區中的所有檔案複製到映像檔檔案系統，並在 Dockerfile 底部新增下列程式碼行：

COPY . /app

編譯應用程式

RUN 指令會在目前圖片上方的全新圖片圖層中執行指令，並提交結果。產生的已提交映像檔會用於 Dockerfile 中的後續步驟。詳情請參閱 Dockerfile 參考說明文件的 RUN 一節。

語法：RUN <command>

在本實驗室中，我們將使用 Maven 將應用程式編譯為 JAR 檔案，並在 Dockerfile 底部新增下列程式碼

RUN ./mvnw compile assembly:single

開始申請

CMD 指令會為執行中的容器提供預設指令。Dockerfile 中只能有一個 CMD 指令，如果指定多個 CMD，只有最後一個 CMD 會生效。使用 CMD 和 ENTRYPOINT 指令可取得更多進階功能，但本實驗室不會介紹這些功能。詳情請參閱 Dockerfile 參考說明文件中的「CMD」一節。

語法：CMD ["executable","param1","param2"]

在本實驗室中，我們將執行編譯的 JAR 檔案，並在 Dockerfile 底部新增下列程式碼：

CMD ["java","-jar","/app/target/sample-app-1.0.0-jar-with-dependencies.jar"]

最終 Dockerfile

最終的 Dockerfile 會是

FROM openjdk:11.0-jdk
WORKDIR /app
COPY . /app
RUN ./mvnw compile assembly:single
CMD ["java","-jar","/app/target/sample-app-1.0.0-jar-with-dependencies.jar"]

在本機提交 Dockerfile

cd ${HOME}/sample-app
git add Dockerfile
git commit -m "Added Dockerfile"

4. 建構

現在，我們將使用 docker build 指令，從 Dockerfile 建構映像檔。這個指令會指示 Docker Daemon 使用 Dockerfile 中的指令建構映像檔。詳情請參閱 docker build 參考文件。

建構映像檔

cd ${HOME}/sample-app
export IMAGE_TAG=$(git rev-parse --short HEAD)
docker build --tag sample-app:${IMAGE_TAG} .

輸出

Sending build context to Docker daemon  221.2kB
Step 1/4 : FROM openjdk:11.0-jdk
11.0-jdk: Pulling from library/openjdk
0c6b8ff8c37e: Pull complete
412caad352a3: Pull complete
e6d3e61f7a50: Pull complete
461bb1d8c517: Pull complete
e442ee9d8dd9: Pull complete
542c9fe4a7ba: Pull complete
41de18d1833d: Pull complete
Digest: sha256:d72b1b9e94e07278649d91c635e34737ae8f181c191b771bde6816f9bb4bd08a
Status: Downloaded newer image for openjdk:11.0-jdk
---> 2924126f1829
Step 2/4 : WORKDIR /app
---> Running in ea037abb273d
Removing intermediate container ea037abb273d
---> bd9b6d078082
Step 3/4 : COPY . /app
---> b9aec2b5de51
Step 4/4 : RUN ./mvnw compile jar:jar
---> Running in 3f5ff737b7fd
[INFO] Scanning for projects...
...
[INFO] Building jar: /app/target/sample-app-1.0.0.jar
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] BUILD SUCCESS
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] Total time:  22.952 s
[INFO] Finished at: 2022-02-23T18:09:08Z
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
Removing intermediate container 331443caebd3
---> 152f65cc441e
Step 5/5 : CMD ["java", "-jar", "/app/target/sample-app-1.0.0.jar"]
---> Running in 3d595a72231c
Removing intermediate container 3d595a72231c
---> 0e40d7548cab
Successfully built 0e40d7548cab
Successfully tagged sample-app:aaa8895

5. 執行

成功建構容器映像檔後，我們現在可以使用 docker run 指令執行應用程式，並確保應用程式的行為符合預期。這項指令會在命令提示字元的背景中啟動容器，以供測試或偵錯。詳情請參閱 docker run 參考文件。

使用映像檔執行容器

cd ${HOME}/sample-app
export IMAGE_TAG=$(git rev-parse --short HEAD)
docker run \
  --rm \
  -p 8080:8080 \
  sample-app:${IMAGE_TAG}

輸出

Listening at http://localhost:8080

預覽在容器中執行的應用程式

按一下 Cloud Shell 的「網頁預覽」按鈕
按一下「透過以下通訊埠預覽：8080」
在 Cloud Shell 中按下 Ctrl + c 鍵，停止容器

變更容器行為

執行 Docker Run 時，會使用 Dockerfile 中的預設設定。您可以新增其他指令和參數來修改這項行為。

啟用 TRACE 記錄功能

cd ${HOME}/sample-app
export IMAGE_TAG=$(git rev-parse --short HEAD)
docker run \
  --rm \
  -p 8080:8080 \
  sample-app:${IMAGE_TAG} \
  java -Dorg.slf4j.simpleLogger.defaultLogLevel=trace -jar /app/target/sample-app-1.0.0-jar-with-dependencies.jar

預覽在容器中執行的應用程式

按一下 Cloud Shell 的「網頁預覽」按鈕
按一下「透過以下通訊埠預覽：8080」
切換至 Cloud Shell 分頁，查看額外的記錄
在 Cloud Shell 中按下 Ctrl + c 鍵，停止容器。

變更通訊埠

cd ${HOME}/sample-app
export IMAGE_TAG=$(git rev-parse --short HEAD)
docker run \
--rm \
-e PORT=8081 \
-p 8081:8081 \
sample-app:${IMAGE_TAG}

預覽在容器中執行的應用程式

按一下 Cloud Shell 的「網頁預覽」按鈕
按一下「變更通訊埠」
輸入 8081
按一下「變更並預覽」
在 Cloud Shell 中按下 Ctrl + c 鍵，停止容器。

6. Push

確認容器映像檔正常運作後，如要讓其他環境和/或其他使用者執行這個容器，我們需要將映像檔推送至共用存放區。這應該是自動建構管道的一部分，但在測試環境中，我們已設定存放區，可以手動推送映像檔。

將 Dockerfile 提交至 sample-app 存放區

cd ${HOME}/sample-app
export IMAGE_TAG=$(git rev-parse --short HEAD)
git push

為 Artifact Registry 標記映像檔

docker tag sample-app:${IMAGE_TAG} \
    us-central1-docker.pkg.dev/${GOOGLE_CLOUD_PROJECT}/apps/sample-app:${IMAGE_TAG}

設定 Artifact Registry 的憑證

gcloud auth configure-docker us-central1-docker.pkg.dev

當系統提示時，請輸入 Do you want to continue (Y/n)? 回答 y，然後按下 Enter

將映像檔推送至 Artifact Registry

docker push us-central1-docker.pkg.dev/${GOOGLE_CLOUD_PROJECT}/apps/sample-app:${IMAGE_TAG}

輸出

 The push refers to repository [us-central1-docker.pkg.dev/qwiklabs-gcp-04-b47ced695a3c/apps/sample-app]
  453b97f86449: Pushed
  e86791aa0382: Pushed
  d404c7ee0850: Pushed
  fe4f44af763d: Pushed
  7c072cee6a29: Pushed
  1e5fdc3d671c: Pushed
  613ab28cf833: Pushed
  bed676ceab7a: Pushed
  6398d5cccd2c: Pushed
  0b0f2f2f5279: Pushed
  aaa8895: digest: sha256:459de00f86f159cc63f98687f7c9563fd65a2eb9bcc71c23dda3351baf13607a size: 2424

7. 恭喜！

恭喜，您已完成本程式碼研究室！

涵蓋內容

為範例應用程式建立 Dockerfile
建構映像檔
在本機將映像檔做為容器執行
容器行為變更
將映像檔推送至 Artifact Registry

使用 Dockerfile 開發容器 透過集合功能整理內容 你可以依據偏好儲存及分類內容。

1. 總覽

課程內容

必要條件

自修實驗室環境設定

2. 範例應用程式

原始碼

設定 Git

複製範例應用程式 Cloud Source Repositories

建構範例應用程式

執行範例應用程式

預覽執行中的應用程式

3. Dockerfile

使用 Dockerfile 將應用程式容器化

選擇起始圖片

設定工作目錄

複製應用程式檔案

編譯應用程式

開始申請

最終 Dockerfile

4. 建構

建構映像檔

5. 執行

使用映像檔執行容器

預覽在容器中執行的應用程式

變更容器行為

啟用 TRACE 記錄功能

預覽在容器中執行的應用程式

變更通訊埠

預覽在容器中執行的應用程式

6. Push

將 Dockerfile 提交至 sample-app 存放區

為 Artifact Registry 標記映像檔

設定 Artifact Registry 的憑證

將映像檔推送至 Artifact Registry

7. 恭喜！

涵蓋內容

使用 Dockerfile 開發容器