Docker là gì? Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của Docker

Trong phát triển phần mềm, việc ứng dụng hoạt động không nhất quán giữa các môi trường là một vấn đề nan giải, thường được gọi là tình trạng “nó chạy trên máy tôi!”. Để giải quyết triệt để sự thiếu nhất quán này, công nghệ Docker đã ra đời. Vậy Docker là gì? Tìm hiểu ngay với chúng tôi qua bài viết dưới đây.

1. Docker là gì?

Docker là một nền tảng mã nguồn mở giúp đơn giản hóa quá trình phát triển, triển khai và vận hành ứng dụng bằng cách đóng gói chúng vào trong các Container. Vậy Docker Container là gì?

Container có thể hiểu là một môi trường ảo nhẹ, chứa toàn bộ mã nguồn, thư viện và các thành phần cần thiết để ứng dụng chạy ổn định trên bất kỳ hệ thống nào. Nhờ vậy, Docker giúp loại bỏ sự khác biệt giữa môi trường phát triển, thử nghiệm và sản xuất, mang lại tính nhất quán, dễ dàng mở rộng.

Điểm nổi bật của Docker so với máy ảo truyền thống là nó nhẹ hơn, khởi động nhanh hơn và tận dụng tài nguyên hệ thống hiệu quả hơn. Với Docker, doanh nghiệp và lập trình viên có thể triển khai ứng dụng trên nhiều nền tảng khác nhau chỉ trong vài giây, tiết kiệm thời gian và chi phí quản lý hạ tầng. Đây là lý do Docker ngày càng trở thành công cụ phổ biến trong DevOps, CI/CD và các hệ thống điện toán đám mây hiện đại.

Docker là gì? Container Docker là gì?

2. Tại sao nên dùng Docker?

Docker để làm gì? Việc sử dụng Docker mang lại nhiều lợi ích thiết yếu, giải quyết các vấn đề cố hữu trong quy trình phát triển và vận hành phần mềm:

• Tính nhất quán môi trường: Đảm bảo ứng dụng chạy chính xác trên mọi nơi (máy dev, test, production) nhờ việc đóng gói toàn bộ thư viện và cấu hình vào Container.
• Hiệu quả tài nguyên vượt trội: Container nhẹ và nhanh hơn máy ảo (VM) vì chúng chia sẻ Kernel (nhân) của hệ điều hành chủ, giúp tối ưu hóa việc sử dụng CPU và RAM.
• Tốc độ triển khai và CI/CD: Quá trình khởi động Container chỉ mất vài giây và Image được Build một lần, chạy mọi nơi, giúp tăng tốc đáng kể quy trình tích hợp và triển khai liên tục.
• Tính di động cao: Ứng dụng đóng gói trong Docker dễ dàng di chuyển giữa các hạ tầng khác nhau (trên Cloud, On-premise, máy cá nhân) mà không cần phải cài đặt lại.
• Hỗ trợ kiến trúc Microservices: Docker là sự lựa chọn lý tưởng để xây dựng các ứng dụng phức tạp dưới dạng các dịch vụ nhỏ độc lập, giúp quản lý, mở rộng và nâng cấp từng phần tử dễ dàng hơn.
• Cô lập và bảo mật: Mỗi Container là một môi trường cô lập so với hệ thống chủ và các Container khác, giúp ngăn chặn sự cố lây lan, từ đó tăng cường bảo mật.

Docker dùng để làm gì? Tại sao nên dùng Docker?

3. Các khái niệm liên quan đến Docker

Để hiểu rõ về Docker, bạn sẽ cần nắm được các khái niệm liên quan dưới đây:

• Docker Engine: Là trái tim của nền tảng Docker, đây là ứng dụng client-server bao gồm Docker Daemon (máy chủ, chạy các tiến trình container), REST API (giao diện giao tiếp), và Docker CLI (giao diện dòng lệnh). Nó chịu trách nhiệm chính trong việc xây dựng và quản lý các container.
• Docker Image là gì? Đây là một tệp chỉ đọc (read-only template) chứa tất cả các thành phần cần thiết để chạy một ứng dụng (mã nguồn, thư viện, runtime, biến môi trường). Nó là khuôn mẫu để tạo ra Container.
• Dockerfile: Là một tệp văn bản chứa các lệnh và hướng dẫn để tự động xây dựng (build) một Docker Image. Nó giống như một công thức tạo ra Image.
• Docker Hub là gì? Đó là một kho lưu trữ (repository) công cộng hoặc riêng tư dùng để lưu trữ và chia sẻ các Docker Image. Docker Hub là Registry lớn nhất và mặc định của Docker.
• Docker Compose là gì? Docker Compose là một công cụ bổ sung dùng để định nghĩa và chạy các ứng dụng sử dụng nhiều container (multi-container) cùng lúc thông qua một tệp cấu hình duy nhất (docker-compose.yml).
• Volume: Là cơ chế dùng để lưu trữ dữ liệu một cách bền vững (persistent storage) bên ngoài Container. Dữ liệu trong Volume không bị mất khi Container bị dừng, xóa hay khởi động lại.
• Network: Là cơ chế cho phép các Container giao tiếp với nhau và giao tiếp với thế giới bên ngoài (máy chủ host hoặc Internet). Docker tạo ra các mạng ảo để cách ly hoặc kết nối các nhóm Container.
• Layer (tầng): Là các lớp chỉ đọc tạo nên một Image. Mỗi lệnh trong Dockerfile tạo ra một Layer mới. Điều này giúp tối ưu hóa dung lượng lưu trữ và tăng tốc độ tái sử dụng khi xây dựng Image.

4. Các lệnh cơ bản trong Docker

Để làm việc với Docker, bạn cần nắm các lệnh cơ bản nhất giúp build, chạy và quản lý Container. Dưới đây là một số lệnh cơ bản:

• docker –version: Kiểm tra phiên bản Docker đang cài đặt.
• docker pull : Tải image từ Docker Hub (hoặc registry khác) về máy.
• docker images: Liệt kê các image hiện có.
• docker rmi : Xóa một image.
• docker build -t .: Build image từ Dockerfile trong thư mục hiện tại.
• docker run : Tạo và chạy một container từ image.
• docker ps: Hiển thị danh sách container đang chạy.
• docker ps -a: Liệt kê tất cả container, kể cả đã dừng.
• docker stop : Dừng một container đang chạy.
• docker start : Khởi động lại container đã dừng.
• docker rm : Xóa một container.
• docker exec -it bash: Truy cập terminal của container.
• docker logs : Xem log của container.
• docker-compose up -d: Chạy nhiều container theo cấu hình trong docker-compose.yml.
• docker-compose down: Dừng và xóa toàn bộ container, network, volume tạo bởi Docker Compose.

Các lệnh cơ bản trong Docker

5. Nguyên tắc hoạt động của Docker

Nguyên tắc hoạt động của Docker dựa trên công nghệ containerization – cho phép ứng dụng cùng toàn bộ môi trường của nó được đóng gói gọn gàng và chạy độc lập. Thay vì tạo ra một hệ điều hành riêng như máy ảo, Docker tận dụng kernel của hệ điều hành host, nhờ đó nhẹ và nhanh hơn nhiều.

Các nguyên tắc chính trong hoạt động của Docker gồm:

• Đóng gói ứng dụng: Docker sử dụng Dockerfile để mô tả cách xây dựng image chứa mã nguồn, thư viện và cấu hình.
• Tạo container từ image: Khi chạy, Docker Engine sẽ lấy image và tạo ra container – môi trường chạy ứng dụng độc lập.
• Chia sẻ kernel hệ điều hành: Các container dùng chung kernel của máy chủ, nhưng được cách ly tài nguyên nhờ công nghệ namespaces và cgroups.
• Liên kết linh hoạt: Container có thể kết nối qua Docker Network để giao tiếp với nhau như các dịch vụ trong một hệ thống.
• Quản lý dữ liệu: Dữ liệu cần lưu trữ lâu dài được quản lý qua Volumes, tránh mất khi container bị xoá.
• Triển khai đồng nhất: Nhờ nguyên tắc “Build once, run anywhere”, ứng dụng chạy trên laptop, server hay cloud đều giống nhau.

6. Quy trình thực thi hệ thống sử dụng Docker

Quy trình thực thi một hệ thống sử dụng Docker thường diễn ra theo các bước tuần tự, đảm bảo ứng dụng được xây dựng, triển khai và vận hành hiệu quả. Cụ thể:

• Bước 1: Viết Dockerfile

Nhà phát triển mô tả cách xây dựng môi trường ứng dụng trong file Dockerfile (gồm hệ điều hành nền, thư viện, ngôn ngữ lập trình, mã nguồn…).

• Bước 2: Build Docker Image

Từ Dockerfile, dùng lệnh docker build để tạo ra image – đây là “bản mẫu” chuẩn để sinh container.

• Bước 3: Lưu trữ hoặc phân phối Image

Image có thể lưu cục bộ hoặc đẩy lên Docker Registry (như Docker Hub, GitLab Registry) để chia sẻ và triển khai trên nhiều môi trường.

• Bước 4: Tạo Container từ Image

Sử dụng lệnh docker run để khởi chạy container. Mỗi container chính là một phiên bản ứng dụng độc lập.

• Bước 5: Kết nối và quản lý Container

Các container được liên kết thông qua Docker Network; dữ liệu cần bền vững được lưu trữ bằng Docker Volume.

• Bước 6: Triển khai và mở rộng hệ thống

Sử dụng Docker Compose hoặc Kubernetes để chạy nhiều container, quản lý scale, update và giám sát toàn hệ thống.

Quy trình thực thi hệ thống sử dụng Docker

7. Cách cài đặt Docker

Việc cài đặt Docker sẽ khác nhau tùy thuộc vào hệ điều hành bạn đang sử dụng (Windows, macOS hay Linux). Đối với người dùng Desktop (Windows/macOS), cách dễ nhất là cài đặt Docker Desktop. Đối với máy chủ Linux, nên cài đặt Docker Engine thông qua dòng lệnh.

Dưới đây là hướng dẫn chi tiết cho từng nền tảng:

7.1. Cài đặt Docker trên Windows

Trước khi cài Docker Desktop, bạn cần đảm bảo WSL 2 đã được kích hoạt.

• Mở PowerShell hoặc Command Prompt với quyền Administrator.
• Chạy các lệnh sau để bật các tính năng cần thiết:

dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart dism.exe /online /enable-feature /featurename:VirtualMachinePlatform /all /norestart

• Khởi động lại máy tính nếu được yêu cầu.
• Đặt WSL 2 làm mặc định (nếu cần):

wsl –set-default-version 2

Tiếp đó, bạn sẽ cài đặt Docker Desktop:

• Tải file cài đặt: Truy cập trang web chính thức của Docker và tải Docker Desktop for Windows (chọn đúng phiên bản chip x64/x86 hoặc ARM nếu cần).
• Chạy file Docker Desktop Installer.exe vừa tải về.
• Trong quá trình cài đặt, hãy đảm bảo tùy chọn “Use WSL 2 instead of Hyper-V” được tích chọn (khuyến nghị).
• Nhấp Install và chờ quá trình hoàn tất.
• Khởi động lại máy tính theo yêu cầu.
• Sau khi khởi động lại, Docker Desktop sẽ tự động chạy. Bạn có thể kiểm tra trạng thái qua biểu tượng con cá voi ở khay hệ thống.

7.2. Cài đặt Docker trên macOS

Việc cài đặt trên macOS đơn giản hơn, chỉ cần tải và cài đặt Docker Desktop.

• Tải file cài đặt: Truy cập trang web chính thức của Docker và tải Docker Desktop for Mac (chọn đúng bản cho chip Apple Silicon/M-series hoặc Intel).
• Mở file .dmg vừa tải về.
• Kéo biểu tượng Docker vào thư mục Applications.
• Chạy Docker Desktop từ thư mục Applications.
• Lần đầu chạy, bạn sẽ cần chấp nhận các điều khoản và có thể cần nhập mật khẩu quản trị để cấp quyền.
• Khi Docker Desktop đã khởi động và biểu tượng con cá voi chuyển sang trạng thái Running, bạn có thể mở Terminal và kiểm tra với lệnh:

docker –version

7.3. Cài đặt Docker trên Linux

Đây là cách cài đặt Docker Engine (phiên bản không có giao diện đồ họa) thông qua kho lưu trữ chính thức của Docker, được khuyến nghị cho môi trường máy chủ.

Bạn cần có quyền sudo để thực hiện các lệnh dưới đây:

• Cập nhật danh sách gói và cài đặt các gói phụ thuộc:

sudo apt update sudo apt install ca-certificates curl gnupg lsb-release

• Thêm khóa GPG chính thức của Docker (để xác thực gói cài đặt):

sudo install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg –dearmor -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg

• Thêm kho lưu trữ Docker vào danh sách nguồn apt:

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

• Cập nhật lại danh sách gói để nhận diện kho lưu trữ mới:

sudo apt update

• Cài đặt Docker Engine và các thành phần liên quan:

sudo apt install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-buildx-plugin docker-compose-plugin

• Kiểm tra Docker đã chạy chưa:

sudo service docker status

• Chạy thử Container đầu tiên:

sudo docker run hello-world

• Cấu hình không cần sudo (Tùy chọn): Để không phải gõ sudo mỗi khi chạy lệnh docker, bạn có thể thêm người dùng hiện tại vào nhóm docker:

sudo usermod -aG docker $USER # Đăng xuất và đăng nhập lại để thay đổi có hiệu lực

Sau khi hoàn tất, bạn có thể kiểm tra lại bằng lệnh docker run hello-world (lần này không cần sudo nếu bạn đã cấu hình quyền truy cập).

Tóm lại, Docker là gì? Nó là một nền tảng chuyển đổi cách chúng ta xây dựng và triển khai phần mềm. Bằng cách đóng gói ứng dụng vào các Container nhẹ, Docker không chỉ giải quyết được vấn đề “Nó chạy trên máy tôi!” mà còn đảm bảo quy trình phát triển và vận hành (DevOps) trở nên nhanh chóng, linh hoạt, nhất quán trên mọi môi trường. Để cập nhật thêm các thông tin liên quan đến lĩnh vực phát triển phần mềm, bạn hãy theo dõi JobsGO thường xuyên nhé.

Câu hỏi thường gặp

1. Docker khác gì so với Kubernetes?

Docker tạo và chạy container; Kubernetes điều phối, quản lý và mở rộng container ở quy mô lớn.

2. Khi nào nên và không nên sử dụng Docker?

Nên dùng cho microservices, CI/CD, môi trường đồng nhất, triển khai cloud. Không nên dùng cho ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ chạy một máy, không cần mở rộng.

3. Docker có miễn phí không?

Docker cung cấp bản Community miễn phí, ngoài ra có bản Enterprise với nhiều tính năng nâng cao.

(Theo JobsGO - Nền tảng tìm việc làm, tuyển dụng, tạo CV xin việc)