Docker 教學 第 1 堂：Docker 概念、安裝與第一個容器

本系列為 18 小時 Docker 基礎教學講義，適合初學者，使用 Windows 電腦。 本篇為第 1 堂課，約 3 小時。

第一部分：Docker 概念（約 1 小時）

1-1 Docker 是甚麼？容器是甚麼

Docker 是什麼？

一句話解釋： Docker 是一個可以把你的應用程式「打包」起來的工具，打包完之後不管放到哪台電腦上都能跑。

比喻說明： 想像你要搬家。傳統的方式就像是把家具一件一件搬，到了新家還要重新組裝、調整。但如果你能把整間房間——包含家具、擺設、甚至空氣——直接整個搬過去呢？Docker 做的就是類似的事情。

它把你的程式、程式需要的套件、設定檔、甚至作業系統環境，全部打包成一個「容器（Container）」。這個容器可以在任何有安裝 Docker 的電腦上運行，而且行為完全一致。

名詞解釋：伺服器與部署

• 伺服器（Server）：一台 24 小時開著、專門用來提供服務的電腦。例如你每天在用的網站、App，背後都有伺服器在運行。它跟你的個人電腦本質上一樣，只是通常放在機房裡，透過網路提供服務。
• 部署（Deploy）：把你在自己電腦上寫好的程式，放到伺服器上讓它正式運行、讓使用者可以使用的過程。就像餐廳做好菜之後要「出餐」，部署就是軟體的「出餐」。

為什麼要使用容器化？三大特性：

1. 可攜性（Portability）：容器化的應用程式可以打包成 Image，無論在何種作業環境中，只要安裝了 Docker，就能夠正常運行。這消除了不同環境之間的兼容性問題，使得部署變得更加簡單和快速。
2. 隔離性（Isolation）：使用容器化技術，應用程式之間的相互干擾會被隔離。這樣就能避免環境衝突的問題。例如，當一個應用程式需要特定版本的庫時，不會影響到其他應用程式的運行，提供了更加穩定的執行環境。
3. 一致性（Consistency）：當應用程式打包成 Image 時，無論在開發、測試還是生產環境中，都能確保執行結果的一致性。這對於減少「本地運行正常，部署後失敗」的情況至關重要，從而提高了開發效率與品質。

此外，容器還有一個重要的優勢：輕量化——比虛擬機快很多、佔的資源少很多。

注意：一致性的限制——CPU 架構差異

Docker 的一致性是在相同 CPU 架構下才完全成立。Docker 抽象化了作業系統層級的差異，但底層的晶片架構（ISA）仍然有影響：

• Intel / AMD 處理器（一般 Windows 和 Linux 電腦）：架構為 linux/amd64
• Apple Silicon（M1/M2/M3/M4）：架構為 linux/arm64

如果在 Mac（Apple Silicon）上建構的 Image 沒有指定平台，拿到 Windows/Linux 機器上可能會無法運行，或是透過 QEMU 模擬而效能大幅下降。撰寫 Dockerfile 時可以使用 --platform linux/amd64 來明確指定目標平台：

docker build --platform linux/amd64 -t my-app .

本課程的學員皆使用 Windows（amd64），因此課堂上不會遇到這個問題。但實務上如果團隊中有人使用 Mac，這是一個必須注意的地方。

進階知識：為什麼 CPU 架構會影響 Docker？

因為 Docker 容器不是虛擬機——它不會模擬 CPU，而是直接用主機的 CPU 執行程式。程式最終會被編譯成機器碼，而 amd64 和 arm64 的 CPU 各自有不同的指令集，彼此看不懂對方的機器碼。Docker 幫你打包的是軟體環境（OS、函式庫、套件），但 CPU 是硬體層，Docker 管不了。

傳統部署 vs VM 部署 vs 容器化部署

傳統部署：

• 所有應用程式直接安裝在同一台伺服器的作業系統上，共用系統函式庫
• 問題：應用程式之間可能發生衝突（例如 App A 需要 Python 3.8，App B 需要 Python 3.11），一個 App 出問題可能連帶影響其他 App

VM 部署：

• 用虛擬機在一台實體機器上模擬出多台完整的電腦，每台 VM 有自己的作業系統
• 解決了隔離問題，但每台 VM 都要跑一整個 OS，啟動慢（幾十秒到幾分鐘）、佔用資源多（每台 VM 吃掉幾 GB 記憶體）
• 工具：VirtualBox、VMware、Hyper-V

容器化部署：

• 不需要模擬整個作業系統，所有容器共用主機的 OS 核心，每個容器只包含應用程式和它需要的依賴
• 既有隔離性，又非常輕量——啟動只要幾秒，佔用通常只有幾十 MB

三種架構比較圖：

傳統部署：              VM 部署：                容器化部署：

┌─────┬─────┬─────┐    ┌──────┐ ┌──────┐       ┌──────┐ ┌──────┐ ┌──────┐
│App A│App B│App C│    │ VM A │ │ VM B │       │容器 A│ │容器 B│ │容器 C│
├─────┴─────┴─────┤    │Guest │ │Guest │       │App+  │ │App+  │ │App+  │
│   Bins / Libs   │    │ OS   │ │ OS   │       │依賴  │ │依賴  │ │依賴  │
├─────────────────┤    │App+  │ │App+  │       └──┬───┘ └──┬───┘ └──┬───┘
│ OS & Shared     │    │依賴  │ │依賴  │          │       │       │
│ Services        │    └──┬───┘ └──┬───┘       ┌──┴───────┴───────┴──┐
├─────────────────┤    ┌──┴────────┴──┐        │    Docker Engine    │
│    Hardware     │    │  Hypervisor  │        ├─────────────────────┤
└─────────────────┘    ├──────────────┤        │      Host OS       │
                       │   Host OS   │        ├─────────────────────┤
                       ├──────────────┤        │     Hardware       │
                       │  Hardware   │        └─────────────────────┘
                       └──────────────┘

Docker 的缺點

Docker 優點很多，但也不是完美的，了解它的限制才能在實務中做出更好的選擇：

這些缺點大多有對應的解決方案，Docker 的優點仍然遠大於缺點，這也是它能夠如此普及的原因。

Docker 的核心概念

Docker 有三個最重要的概念：

1. 映像檔（Image）

• 就像一張「光碟」或「安裝檔」
• 它是唯讀的，包含了應用程式和所有需要的東西
• 例如：一個 Python 映像檔裡面就已經裝好了 Python

2. 容器（Container）

• 映像檔跑起來之後就變成容器
• 就像把光碟放進電腦裡執行
• 容器是活的、可以互動的
• 一個映像檔可以同時跑出多個容器

3. 倉庫（Registry）

• 存放映像檔的地方
• 最大的公開倉庫叫 Docker Hub（hub.docker.com）
• 就像 App Store，你可以上去下載別人做好的映像檔

三者的關係：

Docker Hub（倉庫）  --下載-->  Image（映像檔）  --啟動-->  Container（容器）

小結

• Docker 把程式和環境打包在一起
• 容器比虛擬機更輕量、更快
• 三大核心概念：Image、Container、Registry

第二部分：安裝環境（約 1 小時）

1-2 如何安裝 Docker

Docker Desktop 介紹

在 Windows 上使用 Docker，我們需要安裝 Docker Desktop。它提供了：

• Docker Engine（核心引擎）
• Docker CLI（命令列工具）
• Docker Compose（多容器管理工具）
• 圖形化介面（GUI），方便觀察容器狀態

系統需求確認

Windows 10/11 系統需求：

• Windows 10 64-bit: Home 或 Pro 21H2 以上，或 Windows 11
• 開啟 WSL 2（Windows Subsystem for Linux 2）
• 至少 4 GB 記憶體
• BIOS 需要開啟虛擬化功能（通常預設是開的）

檢查虛擬化是否開啟：

1. 按 Ctrl + Shift + Esc 打開工作管理員
2. 點「效能」分頁
3. 看 CPU 區塊右下角，「虛擬化」是否顯示「已啟用」

什麼是 WSL 2？

WSL（Windows Subsystem for Linux） 是微軟開發的功能，讓你在 Windows 上直接跑 Linux 環境，不需要另外裝虛擬機。

WSL 有兩個版本：

• WSL 1：用轉譯的方式把 Linux 指令翻譯給 Windows 執行，相容性較差
• WSL 2：跑一個輕量的 Linux 核心，效能和相容性都大幅提升

Docker Desktop 就是利用 WSL 2 提供的 Linux 環境來運行容器。

為什麼用 WSL 2 而不是 Hyper-V？

Docker Desktop 早期使用 Hyper-V 作為後端，但現在官方已經全面建議改用 WSL 2。原因是：

• WSL 2 的效能比 Hyper-V 更好（啟動更快、記憶體使用更少）
• Hyper-V 僅支援 Windows Pro / Enterprise 版本，WSL 2 則 Home 版也能用
• Docker 官方文件和社群資源都以 WSL 2 為主

簡單來說：不要再使用 Hyper-V 了，直接用 WSL 2 就對了。

安裝 WSL 2

步驟 1：開啟 PowerShell（以系統管理員身分執行）

在搜尋欄輸入 PowerShell，右鍵點選「以系統管理員身分執行」

步驟 2：安裝 WSL

wsl --install

這個指令會自動：

• 啟用 WSL 功能
• 啟用虛擬機平台功能
• 下載並安裝最新的 Linux 核心
• 預設安裝 Ubuntu 發行版

步驟 3：重新啟動電腦

安裝完成後需要重新開機。

步驟 4：設定 Ubuntu 使用者

重開機後，Ubuntu 會自動啟動並要求你設定：

• 輸入一個使用者名稱（小寫英文）
• 設定密碼（輸入時不會顯示字元，這是正常的）

步驟 5：確認安裝成功

wsl --version

應該會看到類似的輸出：

WSL 版本: 2.x.x.x
核心版本: 5.x.x.x

確認預設版本是 WSL 2：

wsl --list --verbose

輸出：

  NAME      STATE           VERSION
* Ubuntu    Running         2

VERSION 欄位顯示 2 就代表是 WSL 2。

WSL 2 常用指令

安裝好之後，這幾個指令平常會用到：

# 啟動 WSL（進入 Linux 環境）
wsl

# 關閉所有 WSL 執行個體
wsl --shutdown

# 查看已安裝的 Linux 發行版
wsl --list --verbose

# 更新 WSL 核心
wsl --update

# 將預設版本設為 WSL 2（確保之後安裝的發行版都用 WSL 2）
wsl --set-default-version 2

安裝完 WSL 2 之後，平常不需要手動啟動它。Docker Desktop 啟動時會自動使用 WSL 2，你只要確保 Docker Desktop 有在跑就好。

安裝 Docker Desktop

步驟 1：下載 Docker Desktop

• 開啟瀏覽器，前往 Docker 官方網站下載頁面
• 點選「Download for Windows」

步驟 2：執行安裝程式

• 雙擊下載的 Docker Desktop Installer.exe
• 確認勾選「Use WSL 2 instead of Hyper-V」
• 按照指示完成安裝

步驟 3：首次啟動

• 安裝完成後，從開始功能表啟動 Docker Desktop
• 第一次啟動會需要一些時間初始化
• 看到系統匣（右下角）的 Docker 圖示變成穩定狀態就代表啟動成功

步驟 4：同意服務條款

• 首次啟動會要求同意 Docker 的服務條款
• 個人學習使用是免費的

驗證安裝是否成功

打開命令提示字元（cmd）或 PowerShell：

# 檢查 Docker 版本
docker --version

應該看到類似：

Docker version 27.x.x, build xxxxxxx

# 跑一個測試容器
docker run hello-world

如果看到以下訊息，恭喜你安裝成功了！

Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
...

解讀 hello-world 發生了什麼事：

1. Docker 在本機找不到 hello-world 映像檔
2. 自動從 Docker Hub 下載了這個映像檔
3. 用這個映像檔建立了一個容器
4. 容器執行後印出了歡迎訊息
5. 容器執行完畢後自動停止

Docker Desktop 介面導覽與 GUI 操作

Docker Desktop 提供了圖形化介面（GUI），讓你不用打指令也能管理容器和映像檔。打開 Docker Desktop，認識主要介面：

左側選單：

1. Containers：查看所有容器的狀態（執行中 / 已停止）
2. Images：查看本機已下載的映像檔
3. Volumes：查看資料卷（後面會用到）
4. Settings（齒輪圖示）：
   • General：一般設定
   • Resources：調整 Docker 可以使用的 CPU、記憶體
   • Docker Engine：進階設定

Containers 頁面的 GUI 操作：

在 Containers 頁面，每個容器旁邊都有操作按鈕：

Images 頁面的 GUI 操作：

• 點選映像檔旁的 ▶ Run 可以直接建立容器，會跳出設定視窗讓你填入：
  • Container name（容器名稱）
  • Ports（端口映射）
  • Volumes（掛載目錄）
  • Environment variables（環境變數）
• 這個設定視窗其實就是幫你組合 docker run 的參數
• 點選 🗑 可以刪除映像檔（等同 docker rmi）

Volumes 頁面：

• 查看所有 Volume 的名稱、建立時間、大小
• 點進去可以瀏覽 Volume 裡面的檔案內容
• 可以直接刪除不需要的 Volume

Settings 重要設定：

• Resources → Advanced：調整 Docker 可以使用的 CPU 核心數和記憶體上限。如果你的電腦只有 8GB 記憶體，建議不要分超過 4GB 給 Docker
• Docker Engine：可以修改 Docker 的進階設定（JSON 格式），初學者通常不需要動

CLI 還是很重要！

Docker Desktop 的 GUI 方便新手入門，也適合快速查看狀態。但在實務工作中，CLI 才是主角：

• 伺服器上通常沒有圖形化介面，只能用 CLI
• CI/CD 自動化部署只能用指令
• Dockerfile 和 docker-compose.yml 都是文字檔，要用指令操作
• 遇到問題時，網路上的解答和文件幾乎都是 CLI 指令

建議：用 GUI 學概念，用 CLI 做操作。本課程的所有實作都會以 CLI 為主，但你隨時可以打開 Docker Desktop 來觀察容器狀態。

常見安裝問題排解

問題 1：WSL 2 安裝失敗

• 確認 Windows 更新到最新版本
• 手動啟用功能：控制台 → 程式和功能 → 開啟或關閉 Windows 功能 → 勾選「虛擬機器平台」和「Windows 子系統 Linux 版」

問題 2：Docker Desktop 啟動卡住

• 檢查 WSL 2 是否正常：wsl --status
• 嘗試重新啟動 WSL：wsl --shutdown 然後重開 Docker Desktop

問題 3：虛擬化未啟用

• 需要進入 BIOS 設定（開機時按 F2、Del 或 F10，依主機板而異）
• 找到 Virtualization Technology（VT-x / AMD-V），設為 Enabled

第三部分：第一個容器（約 1 小時）

1-3 拉取映像檔與建立 Nginx 容器

什麼是映像檔（Image）

映像檔是什麼？

• 映像檔是一個唯讀的模板，用來建立容器
• 它包含了執行應用程式所需的一切：程式碼、執行環境、函式庫、環境變數、設定檔
• 映像檔是「分層（Layered）」結構的

分層的概念：

┌─────────────────────────────┐
│  你的應用程式程式碼          │  ← 最上層（最常變動）
├─────────────────────────────┤
│  pip install 安裝的套件     │
├─────────────────────────────┤
│  Python 3.11                │
├─────────────────────────────┤
│  Ubuntu / Alpine Linux      │  ← 最底層（基礎系統）
└─────────────────────────────┘

分層的好處：

• 不同映像檔可以共用相同的底層，節省空間
• 只有變動的層需要重新下載或建構

Docker Hub 巡禮

Docker Hub（hub.docker.com）是一個公共的映像檔倉庫，開發者可以上傳和下載各種映像檔。它就像是「程式世界的 App Store」，提供官方和社群的多樣映像檔選擇，開發者也可以輕鬆地存儲和分享自己的映像檔，促進團隊協作。

使用 Docker Hub 的好處：

• 簡化了映像檔的管理，開發者可以在不同環境中快速拉取所需的映像檔
• 支援版本控制，開發者可以根據需要選擇使用特定版本的映像檔
• 除了公共倉庫，Docker Hub 也提供私有倉庫選項，適合企業用戶存放敏感資料

帶你逛 Docker Hub：

1. 搜尋 python，會看到官方映像檔
2. 點進去看映像檔的說明頁面
3. 注意「Tags」——不同版本的映像檔

什麼是 Tag？

• Tag 就是映像檔的版本標籤
• 例如 python:3.11、python:3.11-slim、python:3.11-alpine
• latest 是預設 tag，代表最新版本
• 建議：生產環境永遠指定具體版本，不要用 latest

常見的 Tag 命名規則：

• python:3.11：完整版，基於 Debian
• python:3.11-slim：精簡版，移除了不常用的套件
• python:3.11-alpine：超輕量版，基於 Alpine Linux（很小但可能有相容性問題）

基本映像檔操作指令

拉取映像檔：

# 拉取 Python 官方映像檔
docker pull python:3.11

# 拉取特定版本
docker pull python:3.11-slim

查看本機的映像檔：

docker images

輸出解讀：

REPOSITORY   TAG        IMAGE ID       CREATED        SIZE
python       3.11       abc123def456   2 weeks ago    1.01GB
python       3.11-slim  789ghi012jkl   2 weeks ago    155MB

• REPOSITORY：映像檔名稱
• TAG：版本標籤
• IMAGE ID：唯一識別碼
• SIZE：映像檔大小

比較 python:3.11 和 python:3.11-slim 的大小差異，理解為什麼精簡版很重要。

刪除映像檔：

# 用名稱刪除
docker rmi python:3.11

# 用 ID 刪除
docker rmi abc123def456

注意：如果還有容器正在使用該映像檔（不管是執行中還是已停止），就無法刪除。必須先把相關容器都刪掉（docker rm），才能刪除映像檔。

建議：定期清理不再使用的映像檔，釋放磁碟空間。映像檔很容易越積越多，佔掉幾十 GB 都不奇怪。

搜尋映像檔：

docker search nginx

實作：Pull 一個 Nginx 映像檔並跑起來

在學更複雜的 Flask 之前，先用最簡單的方式體驗「拉取映像檔 → 跑容器 → 看到結果」的完整流程。

Nginx 是什麼？

Nginx（唸作 “engine-x”）是目前全世界最多人使用的 Web 伺服器之一。它由俄羅斯工程師 Igor Sysoev 在 2004 年發布，最初是為了解決當時 Apache 伺服器在高流量下效能不足的問題（稱為 C10K 問題——同時處理一萬個連線）。

Nginx 的角色：

• 靜態檔案伺服器：傳送 HTML、CSS、JS、圖片等網頁檔案給瀏覽器
• 反向代理（Reverse Proxy）：站在使用者和後端伺服器之間，把請求轉發到對的地方。例如你的 Flask 跑在 5000 port，Nginx 可以把 80 port 的請求轉給它
• 負載均衡（Load Balancer）：當流量很大時，把請求分散到多台伺服器

Nginx vs Apache：

現在幾乎所有大型網站（Netflix、Dropbox、WordPress.com）都在用 Nginx。透過 Docker，我們可以一行指令就把它跑起來。

為什麼不能直接用 localhost 上線？

很多初學者寫好一個網站，用 python app.py 跑起來後在瀏覽器看到 http://localhost:5000 能動，就以為「網站完成了」。但 localhost 只是你自己的電腦，別人完全連不到。

要讓網站真正上線、讓全世界的人都能用，中間還需要很多東西：

初學者以為的流程：
  寫好程式 → localhost 能跑 → 完成！

實際上線的流程：
  寫好程式 → Web 伺服器（Nginx）→ 網域（Domain）→ HTTPS 憑證 → 部署到伺服器

localhost 和正式上線的差別：

Web 伺服器（如 Nginx）扮演的角色：

Flask、Django 這類框架自帶的開發伺服器（python app.py）是專門給開發時測試用的，不適合直接拿來上線，原因是：

• 一次只能處理很少的請求，多人同時連線就會卡住
• 沒有安全防護，容易被攻擊
• 沒有快取機制，效能很差

正式上線時會在前面擋一個 Nginx，由它負責：

1. 接收所有使用者的請求
2. 處理靜態檔案（圖片、CSS、JS）——這些 Nginx 處理得比 Python 快幾十倍
3. 把需要運算的請求轉發給後端的 Flask/Django（這就是反向代理）
4. 處理 HTTPS 加密

使用者 → Nginx（80/443 port）→ Flask（5000 port）
            ↓
     靜態檔案直接回傳

記住：localhost 是開發用的，不是上線用的。真正的網站都需要 Web 伺服器來處理流量和安全性。

步驟 1：拉取 Nginx 映像檔

docker pull nginx

步驟 2：啟動容器

在執行指令之前，先了解兩個重要的概念：

什麼是宿主機（Host）？

在 Docker 的世界裡，你正在用的這台電腦就叫做宿主機（Host），而 Docker 跑出來的環境叫做容器（Container）。兩者是隔離的：

┌─────────────────────────────────┐
│  宿主機（你的 Windows 電腦）     │
│                                 │
│   ┌──────────┐  ┌──────────┐   │
│   │ 容器 A   │  │ 容器 B   │   │
│   │ (Nginx)  │  │ (MySQL)  │   │
│   └──────────┘  └──────────┘   │
│                                 │
└─────────────────────────────────┘

• 容器有自己的檔案系統、程序、網路，跟宿主機是分開的
• 要讓宿主機和容器之間溝通，需要用 -p（端口映射）和 -v（掛載目錄）來「開通道」
• Docker 指令中看到的「主機:容器」格式，「主機」就是指宿主機

什麼是 Port（連接埠）？

你的電腦只有一個 IP 位址，但上面可能同時跑很多服務（網頁、資料庫、信件…）。Port 就是用來區分這些服務的「門牌號碼」，範圍是 0 ~ 65535。

常見的 Port：

Port	用途
80	HTTP 網頁（瀏覽器預設）
443	HTTPS 加密網頁
3306	MySQL 資料庫
5000	Flask 預設
8080	常用的替代 HTTP Port

當你在瀏覽器輸入 http://localhost:8080 時，就是在連線到你自己電腦（localhost）的 8080 號門。

docker run -d --name my-web -p 8080:80 nginx

這裡的 -p 8080:80 就是端口映射——把主機的 8080 port 對應到容器內部的 80 port。容器裡的 Nginx 監聯 80，但從外面要透過 8080 才能連進去。

Windows 小提醒：

• -p 和 -v 的格式都是「主機:容器」，冒號左邊是你的電腦，右邊是容器內部
• Windows 路徑用 -v 掛載時要用雙引號，單引號會失敗：

  # 正確 ✓
  -v "C:\my-project:/app"
  
  # 錯誤 ✗
  -v 'C:\my-project:/app'

步驟 3：打開瀏覽器

前往 http://localhost:8080，你會看到 “Welcome to nginx!” 的歡迎頁面。

恭喜！你剛剛用一行指令就架好了一個 Web 伺服器。

步驟 4：用 docker exec 進去容器裡面逛

容器裡面到底長什麼樣？我們可以用 docker exec 進去看看：

# 進入 Nginx 容器（Nginx 用的是 sh，不是 bash）
docker exec -it my-web sh

現在你已經「進入」容器內部了，來探索一下：

# 1. 看看現在在哪裡
pwd

# 2. 看看根目錄有什麼
ls /

# 3. 去找 Nginx 的網頁檔案在哪裡
cd /usr/share/nginx/html

# 4. 看看有哪些檔案
ls

# 5. 看看歡迎頁面的內容
cat index.html

# 6. 離開容器
exit

你會看到 /usr/share/nginx/html/index.html 就是剛才瀏覽器顯示的歡迎頁面。這就是容器裡面的檔案系統——跟宿主機完全獨立。

思考一下：如果你用 -v 把宿主機的資料夾掛載到 /usr/share/nginx/html，容器裡看到的就會是你宿主機的檔案，這就是 Volume 掛載的原理。

步驟 5：練習容器操作

# 查看容器狀態
docker ps

# 查看 log
docker logs my-web

# 停止容器
docker stop my-web

# 重新啟動
docker start my-web

# 用完後刪除
docker rm -f my-web