初學者指南：什麼是 Dockerfile？—— 以實際範例解析

如果你剛開始學習 Docker，可能會聽到「Dockerfile」這個詞。

簡單來說，Dockerfile 是用來建立 Docker 映像檔（Image）的腳本，它定義了如何建構一個容器環境，使得應用程式能夠在任何環境中保持一致地運行。

本文將以一個 Dockerfile 實際範例來說明它的各個指令，並幫助初學者了解 Dockerfile 的運作方式。

Dockerfile 是什麼？

想像一下，你要在一台新的電腦上安裝一個應用程式，比如 Django 網站，你通常會做什麼？

你可能需要：

1. 安裝作業系統（例如 Ubuntu）
2. 設定時區、環境變數
3. 安裝 Python、Django 和其他必需的工具
4. 把你的應用程式的程式碼放到對應的目錄
5. 安裝應用程式所需的套件
6. 最後，啟動 Django 伺服器，讓網站跑起來

這些步驟如果要手動做，每次換電腦、換環境時都要重來一遍，非常麻煩。

而 Dockerfile 就是用來幫你 自動化這些步驟 的一個設定檔！

Dockerfile 是怎麼工作的？

Dockerfile 就像是一張 烹飪食譜，告訴 Docker 該如何一步步「製作」出一個能執行你應用程式的環境。

當你執行 docker build 這個指令時，Docker 會按照 Dockerfile 上的步驟，自動建立一個新的映像檔（Image）。

這個映像檔就像是安裝好所有必要環境的「模擬電腦」，之後你可以用它來快速啟動應用程式。

graph TD;
    A["開始"] --> B["撰寫 Dockerfile"]
    B --> C["執行 docker build"]
    C --> D["建立 Docker 映像檔 (Image)"]
    D --> E["執行 docker run 或 docker-compose up"]
    E --> F["啟動容器 (Container)"]
    F --> G["應用程式開始運作"]

Dockerfile 通常包含哪些內容？

在 Dockerfile 裡，我們會寫下一些「指令」，來讓 Docker 知道該做哪些事情，例如：

1. 基礎映像（Base Image）：要用什麼作業系統？（如 Ubuntu、Alpine、Debian）
2. 執行環境設定：設定時區、環境變數
3. 安裝必要套件：Python、Django、資料庫等
4. 設定工作目錄：告訴 Docker 哪裡是應用程式的「家」
5. 複製應用程式檔案：把你的專案程式碼放進 Docker 裡
6. 安裝應用程式的套件：透過 pip 安裝 requirements.txt 內的套件
7. 執行應用程式的指令：告訴 Docker 啟動 Django 伺服器

簡單來說，Dockerfile 就是讓你 一次寫好設定，之後自動建立環境，這樣就不用每次都手動設定環境了！

接下來，我們用一個 實際的 Dockerfile 來解析，讓你更容易理解。

Dockerfile 解析：以 Django 應用為例

以下是範例 Dockerfile 內容：

# 使用 Ubuntu 20.04 作為基礎映像
FROM ubuntu:20.04

# 環境變數：自動設定時區，避免 tzdata 提示交互式輸入
ENV TZ=Asia/Taipei
RUN apt update && apt install -y tzdata

# 安裝 Python 和必要套件
RUN apt update && apt install -y python3 python3-pip python3-venv

# 設定工作目錄
WORKDIR /app

# 複製專案檔案
COPY . .

# 安裝 Django 和依賴套件
RUN pip3 install --no-cache-dir -r requirements.txt

# 預設啟動 Django 伺服器
CMD ["python3", "manage.py", "runserver", "0.0.0.0:8000"]

這個 Dockerfile 是用來建立一個 Ubuntu 20.04 環境，並運行 Django 應用程式的容器。

接下來我們會一行行解析這些指令。

Dockerfile 指令解析

接下來，我們將逐步拆解 Dockerfile 內的每一行指令，讓你能清楚了解它們的作用，並學會如何根據需求修改 Dockerfile。

指定基礎映像

FROM ubuntu:20.04

• FROM 指令是 Dockerfile 的第一行，負責定義基礎映像（Base Image）。
• 這行的意思是：我們的容器環境會以 Ubuntu 20.04 作為基礎，這代表我們的應用程式會運行在 Ubuntu 20.04 系統上。

🔹 為什麼要選擇基礎映像？

• 基礎映像就像是作業系統的安裝包，例如 ubuntu:20.04、alpine:latest、python:3.9 等。
• 選擇適當的映像可以減少我們需要手動安裝的套件，讓開發更輕鬆。

設定環境變數

ENV TZ=Asia/Taipei
RUN apt update && apt install -y tzdata

🔹 ENV 指令

ENV TZ=Asia/Taipei

• ENV 指令用來設定環境變數，在這裡我們設定 TZ 為 Asia/Taipei，確保時區正確。
• 這樣做可以避免 Docker 在安裝 tzdata 時出現手動選擇時區的交互操作。

🔹 RUN 指令

RUN apt update && apt install -y tzdata

• RUN 指令執行 Linux 指令，在這裡用來安裝 tzdata（時區套件）。
• apt update：更新 apt 軟體套件庫，確保我們安裝的是最新版本的套件。
• apt install -y tzdata：自動安裝 tzdata，-y 參數代表自動同意安裝。

📌 這樣做的好處：

1. 避免安裝 tzdata 時需要手動選擇時區，提升自動化程度。
2. 確保容器內的時間與主機同步，對於需要時間資訊的應用（如 Django log）非常重要。

補充：APT 軟體套件庫是什麼？

什麼是 APT？

APT（Advanced Package Tool）是 Debian 和 Ubuntu 等 Linux 系統用來管理軟體套件的工具。它負責：

• 下載 軟體
• 安裝 軟體
• 更新 軟體
• 移除 軟體

在 Linux 中，我們不需要像 Windows 一樣手動去官網下載 .exe 檔案來安裝軟體，而是透過 APT 來自動處理這些事情。例如：

sudo apt install python3

這行指令會幫你下載並安裝 python3，而且還會自動處理所有它需要的其他依賴套件（dependencies）。

那「APT 軟體套件庫」是什麼？

APT 軟體套件庫（APT Package Repository）是一個 儲存軟體的雲端伺服器，APT 會從這裡下載所需的軟體。

可以把它想像成：

• App Store 或 Google Play：當你要安裝 App 時，不是自己去找安裝檔，而是透過應用商店下載。
• APT 軟體套件庫 就像 Linux 的應用商店，裡面有各種可以安裝的軟體，APT 會從這裡抓取最新版本的套件。

當你執行：

sudo apt update

這個指令的意思就是：「去看看 Linux 軟體倉庫裡，有沒有軟體的新版本！」

當你執行：

sudo apt install vim

這個指令的意思是：「從 Linux 軟體倉庫下載並安裝 vim 這個軟體。」

為什麼 apt update 很重要？

在 Dockerfile 或 Linux 系統中，你常會看到：

RUN apt update && apt install -y python3

這裡 apt update 是用來更新 APT 軟體套件庫的索引，確保安裝的軟體是最新的。

如果沒有先 apt update，可能會遇到：

1. 安裝到舊版本的軟體，因為系統還在用舊的索引檔案。
2. 找不到軟體，因為新的軟體可能已經更新了，但系統不知道。

所以，良好的習慣是在安裝軟體前，先執行：

sudo apt update

這樣可以確保你下載的是最新的版本。

安裝 Python 和相關套件

RUN apt update && apt install -y python3 python3-pip python3-venv

這行指令的作用是安裝 Python 3 及其相關工具。

• apt update：先更新 apt 軟體套件庫，確保能安裝最新的軟體版本。
• apt install -y python3 python3-pip python3-venv
  • python3：安裝 Python 3，讓我們能夠執行 Python 程式。
  • python3-pip：安裝 pip，這是 Python 的套件管理工具，方便安裝 Django 及其他依賴。
  • python3-venv：安裝 venv，這是 Python 的虛擬環境管理工具，可用來管理專案內的 Python 套件，避免與系統套件衝突。

📌 為什麼要安裝 python3-venv？

• venv 可用來建立獨立的 Python 環境，確保應用程式的 Python 版本與依賴不會與系統環境混淆。
• 但在 Docker 容器中，由於容器本身已經是獨立的環境，venv 通常不是必要的，但如果你的應用需要它，還是可以安裝。

設定工作目錄

WORKDIR /app

• WORKDIR 指令用來指定容器內的工作目錄。
• 這行指令表示之後所有的指令（如 COPY、RUN、CMD）都會在 /app 這個目錄內執行。
• 這樣可以讓檔案的組織更清楚，避免散落在容器內的不同目錄。

📌 為什麼要設定 WORKDIR？

1. 讓開發者知道應用程式的根目錄在哪裡。
2. 確保 COPY 和 RUN 指令執行時在正確的目錄內，避免找不到檔案的問題。

複製應用程式到容器

COPY . .

• COPY 指令負責將本機端的檔案複製到容器內的目標目錄。
• COPY . . 代表將當前目錄（包含所有應用程式的檔案）複製到 /app（因為我們前面已經設定了 WORKDIR /app）。

📌 這樣做的目的：

• 把應用程式的程式碼和設定檔案複製到容器中，讓容器能夠執行我們的應用程式。

安裝 Django 及相關依賴

RUN pip3 install --no-cache-dir -r requirements.txt

• pip3 install -r requirements.txt：使用 pip3 安裝 requirements.txt 中列出的所有 Python 套件。
• --no-cache-dir：避免儲存快取，減少 Docker 映像的大小，確保容器不會留下不必要的安裝檔案。

📌 這樣做的目的：

• requirements.txt 內通常會列出 Django 和其他依賴的套件，例如：

django>=3.2,<4.0
djangorestframework
gunicorn

• 這樣就能確保應用程式在 Docker 容器內的 Python 環境與本機相同。

設定預設啟動指令

CMD ["python3", "manage.py", "runserver", "0.0.0.0:8000"]

• CMD 指令用來指定容器啟動時執行的命令。
• 這行指令等同於執行：

python3 manage.py runserver 0.0.0.0:8000

• 它會啟動 Django 內建的開發伺服器，並監聽 0.0.0.0:8000，允許外部存取。

📌 為什麼 CMD 這麼重要？

• CMD 定義了「當容器啟動時，應該做什麼」。
• 如果沒有 CMD，容器可能會在啟動後立刻結束，因為沒有任何進程在執行。

📌 為什麼要監聽 0.0.0.0？

• 0.0.0.0 代表「監聽所有網路介面」，這樣我們才能從本機（localhost）或其他裝置存取 Django 應用程式。

如何使用這個 Dockerfile

現在我們已經了解 Dockerfile 的內容，接下來我們要實際使用它來 建立 Docker 映像檔（Image）並啟動容器（Container）。

請按照以下步驟來運行 Django 應用程式。

建立 Docker 映像檔（Image）

在 Dockerfile 所在的目錄，打開終端機（Terminal）或命令提示字元（Command Prompt），執行：

docker build -t my-django-app .

指令解析

• docker build：告訴 Docker 要建立一個新的映像檔。
• -t my-django-app：給這個映像檔取名為 my-django-app，讓我們之後可以方便管理。
• -t 代表 tag（標籤），用來給 Docker 映像檔取一個名字，讓我們之後可以更容易管理和使用這個映像檔。
• .（點）：代表 Dockerfile 所在的目錄，Docker 會在這個目錄內尋找 Dockerfile，並根據其中的指令來建立映像。

執行後會發生什麼？

1. Docker 會讀取 Dockerfile，並依照其中的指令 一步步 建立映像檔：
   • 下載 Ubuntu 20.04 基礎映像
   • 安裝 Python 3、pip 等工具
   • 設定時區
   • 複製應用程式到容器
   • 安裝 requirements.txt 中的 Python 套件
2. 當這些步驟完成後，Docker 會產生一個名為 my-django-app 的映像檔，這是一個可以運行 Django 應用的完整環境。

🔹 你可以用以下指令查看已建立的映像檔：

docker images

你應該會看到類似這樣的輸出：

REPOSITORY        TAG       IMAGE ID       CREATED          SIZE
my-django-app     latest    abc12345       5 minutes ago    500MB

這代表 my-django-app 映像檔已經建立完成！

啟動 Docker 容器（Run Container）

當我們有了映像檔後，就可以使用它來啟動一個新的容器，讓 Django 伺服器運行起來。執行：

docker run -p 8000:8000 my-django-app

指令解析

• docker run：這是用來啟動容器的指令。
• -p 8000:8000：將本機的 8000 端口映射到容器內的 8000 端口，這樣我們就能從瀏覽器訪問 Django 應用程式。
• my-django-app：這是我們剛剛建立的映像檔名稱，Docker 會根據這個映像檔來建立並啟動一個容器。

容器內的 8000 端口跟本機的 8000 端口之間的關係？

當你啟動一個 Docker 容器時，它是在一個獨立的環境內運行的，類似於一台虛擬機。

因此，容器內部的端口 預設是無法直接被外部（你的電腦）存取的，這時候我們就需要使用 -p 參數來進行端口映射。

-p 8000:8000 是什麼意思？

當你執行：

docker run -p 8000:8000 my-django-app

它的作用是：

• 左邊的 8000（本機端口）：這是你電腦（Host）上的端口。
• 右邊的 8000（容器內端口）：這是容器內部的端口。

這樣做的結果是 把你的本機 8000 端口，映射到容器內的 8000 端口，所以當你在瀏覽器打開：

http://localhost:8000

瀏覽器會請求 本機的 8000 端口，而這個端口已經被映射到容器內部的 8000，因此請求會成功傳遞到容器內部的 Django 伺服器，然後返回結果。

如果不用 -p 8000:8000，會發生什麼事？

假設你直接執行：

docker run my-django-app

這樣不會對外開放任何端口，所以即使 Django 伺服器在容器內的 8000 端口運行，你的本機完全無法連線。

🔹 測試方式 如果你這樣運行：

docker run my-django-app

然後試著打開：

http://localhost:8000

你會發現 連不上，因為容器內的 8000 端口並沒有對外開放。

這時候，你可以用以下方式來確認容器內的服務是否真的有在 8000 端口運行：

docker exec -it <CONTAINER_ID> netstat -tulnp

如果 8000 端口有開啟，代表 Django 伺服器是有在運行的，只是我們的本機無法連線。

執行後會發生什麼？

1. Docker 會根據 my-django-app 映像檔來建立一個新的容器。
2. 容器會執行 CMD ["python3", "manage.py", "runserver", "0.0.0.0:8000"]，啟動 Django 伺服器。
3. 因為我們使用了 -p 8000:8000，所以可以透過 localhost:8000 訪問這個應用程式。

🔹 查看目前運行中的容器 如果你想確保容器已經成功啟動，可以執行：

docker ps

你應該會看到類似這樣的輸出：

CONTAINER ID   IMAGE           COMMAND                  STATUS          PORTS                    NAMES
abcd1234       my-django-app   "python3 manage.py ..." Up 5 minutes    0.0.0.0:8000->8000/tcp   determined_torvalds

這表示容器已經成功運行，並且 8000 端口已經對外開放。

測試應用程式

現在你的 Django 應用應該已經在 Docker 容器內運行了，讓我們來測試看看。

方式 1：使用瀏覽器

1. 打開瀏覽器，輸入： http://localhost:8000
2. 如果 Django 成功啟動，你應該會看到 Django 的歡迎畫面或你的應用首頁。

方式 2：使用 cURL 測試

如果你的應用程式是 API，可以執行：

curl http://localhost:8000

如果返回了 HTML 或 JSON 內容，代表應用成功啟動。

停止與刪除容器

如果你想停止目前運行中的容器，可以執行：

docker ps

找到對應的 CONTAINER ID，然後執行：

docker stop <CONTAINER_ID>

例如：

docker stop abcd1234

如果你想刪除這個容器（停止後才能刪除），執行：

docker rm <CONTAINER_ID>

例如：

docker rm abcd1234

使用 Docker Compose 啟動 Django

如果你的 Django 應用程式還需要資料庫（如 PostgreSQL、MySQL），你可能會需要 docker-compose.yml 來管理多個容器。這時候可以用：

docker-compose up -d

這樣就可以同時啟動 Django 伺服器和資料庫，讓你的應用更完整！

總結

這篇文章解析了 Dockerfile 的基本概念，並透過一個 Django 應用的 Dockerfile 來說明各個指令的作用。我們學到了：

• FROM 指定基礎映像
• ENV 設定環境變數
• RUN 執行指令（安裝套件等）
• WORKDIR 設定工作目錄
• COPY 複製檔案到容器
• CMD 設定預設啟動指令

透過 Dockerfile，我們能快速建立一致的開發與部署環境，讓應用程式更容易維護和擴展。

如果你是 Docker 初學者，建議你親自動手試試這個 Dockerfile，會對 Docker 的運作方式有更深刻的理解！ 🚀