حاويات دوكر (Docker): دليل شامل للمطورين العالميين

في المشهد التكنولوجي سريع التطور اليوم، يعد نشر التطبيقات بكفاءة واتساق أمرًا بالغ الأهمية. سواء كنت جزءًا من شركة متعددة الجنسيات أو شركة ناشئة موزعة، فإن ضمان تشغيل تطبيقاتك بسلاسة عبر بيئات متنوعة يمثل تحديًا كبيرًا. وهنا يأتي دور حاويات Docker، حيث تقدم طريقة موحدة لتغليف التطبيقات وتوزيعها وتشغيلها. سيتعمق هذا الدليل الشامل في المفاهيم الأساسية لـ Docker، وفوائده لفرق التطوير العالمية، والخطوات العملية لتبدأ.

ما هو Docker ولماذا يُحدث ثورة في تطوير البرمجيات؟

في جوهره، Docker هو منصة مفتوحة المصدر تعمل على أتمتة نشر التطبيقات وتوسيع نطاقها وإدارتها داخل وحدات خفيفة الوزن ومحمولة تسمى الحاويات. فكر في الحاوية كحزمة قائمة بذاتها تتضمن كل ما يحتاجه التطبيق للتشغيل: الكود، ووقت التشغيل، وأدوات النظام، ومكتبات النظام، والإعدادات. يضمن هذا العزل أن يتصرف التطبيق بنفس الطريقة بغض النظر عن البنية التحتية الأساسية، مما يحل مشكلة "إنه يعمل على جهازي" القديمة.

تقليديًا، كان نشر التطبيقات يتضمن تكوينات معقدة، وإدارة التبعيات، وصراعات محتملة بين إصدارات البرامج المختلفة. كان هذا تحديًا بشكل خاص للفرق العالمية حيث قد يستخدم المطورون أنظمة تشغيل مختلفة أو لديهم بيئات تطوير متباينة. يتجاوز Docker هذه المشكلات بأناقة عن طريق تجريد البنية التحتية الأساسية.

الفوائد الرئيسية لـ Docker للفرق العالمية:

• الاتساق عبر البيئات: تقوم حاويات Docker بتغليف التطبيق وتبعياته معًا. هذا يعني أن التطبيق الذي تم بناؤه واختباره في حاوية على حاسوب المطور المحمول سيعمل بشكل مطابق على خادم اختبار، أو خادم إنتاج، أو حتى في السحابة، بغض النظر عن نظام تشغيل المضيف أو البرامج المثبتة مسبقًا. هذا التوحيد يغير قواعد اللعبة للفرق الموزعة، مما يقلل من صعوبات التكامل وأخطاء النشر.
• قابلية النقل: يمكن تشغيل حاويات Docker على أي نظام مثبت عليه Docker – سواء كان حاسوب المطور المحمول (Windows، macOS، Linux)، أو جهازًا افتراضيًا، أو خادمًا سحابيًا. هذا يجعل من السهل للغاية نقل التطبيقات بين بيئات ومقدمي خدمات سحابية مختلفة دون إعادة تكوين مكلفة.
• الكفاءة والسرعة: الحاويات أخف وزنًا وأسرع بكثير في البدء من الأجهزة الافتراضية التقليدية. فهي تشارك نواة نظام تشغيل المضيف، مما يعني أنها لا تتطلب تثبيت نظام تشغيل كامل لكل تطبيق. يؤدي هذا إلى أوقات بدء أسرع، وتقليل استهلاك الموارد، وزيادة كثافة التطبيقات على مضيف واحد.
• العزل: تعمل كل حاوية في عزلة عن الحاويات الأخرى والنظام المضيف. يمنع هذا العزل تعارض التبعيات ويعزز الأمان، حيث لا يمكن للعمليات داخل حاوية واحدة أن تتداخل مع العمليات في حاوية أخرى.
• إدارة التبعيات المبسطة: تحدد ملفات Dockerfiles (التي سنناقشها لاحقًا) بوضوح جميع التبعيات، مما يضمن وجود الإصدارات الصحيحة من المكتبات وأوقات التشغيل دائمًا داخل الحاوية. هذا يزيل التخمين و "جحيم التبعيات" للمطورين.
• دورات تطوير أسرع: من خلال تبسيط عملية البناء والاختبار والنشر، يتيح Docker تكرارًا أسرع وإصدارات أسرع. يمكن للمطورين تشغيل بيئات جديدة بسرعة، واختبار الكود، ونشر التحديثات بثقة أكبر.
• قابلية التوسع: يتكامل Docker بسلاسة مع أدوات التنسيق مثل Kubernetes، المصممة لإدارة التطبيقات الكبيرة المعبأة في حاويات. يسمح هذا بتوسيع نطاق التطبيقات بسهولة لأعلى أو لأسفل بناءً على الطلب، وهي ميزة حاسمة للخدمات العالمية التي قد تواجه أحمال مستخدمين متقلبة من مناطق مختلفة.

شرح مفاهيم Docker الأساسية

لاستخدام Docker بفعالية، من الضروري فهم مكوناته الأساسية.

1. صورة Docker (Docker Image)

صورة Docker هي قالب للقراءة فقط يُستخدم لإنشاء حاويات Docker. إنها في الأساس لقطة لتطبيق وبيئته في لحظة زمنية محددة. يتم بناء الصور في طبقات، حيث يُنشئ كل أمر في Dockerfile (على سبيل المثال، تثبيت حزمة، نسخ ملفات) طبقة جديدة. يسمح هذا النهج متعدد الطبقات بالتخزين الفعال وأوقات بناء أسرع، حيث يمكن لـ Docker إعادة استخدام الطبقات التي لم تتغير من عمليات البناء السابقة.

يتم تخزين الصور في سجلات، ويعتبر Docker Hub السجل العام الأكثر شيوعًا. يمكنك التفكير في الصورة كمخطط، والحاوية كنسخة من هذا المخطط.

2. ملف Dockerfile

Dockerfile هو ملف نصي عادي يحتوي على مجموعة من الإرشادات لبناء صورة Docker. يحدد الصورة الأساسية التي سيتم استخدامها، والأوامر التي سيتم تنفيذها، والملفات التي سيتم نسخها، والمنافذ التي سيتم كشفها، والمزيد. يقرأ Docker ملف Dockerfile وينفذ هذه التعليمات بالتتابع لإنشاء الصورة.

قد يبدو Dockerfile بسيط كما يلي:

# استخدم وقت تشغيل Python رسمي كصورة أصل
FROM python:3.9-slim

# حدد دليل العمل في الحاوية
WORKDIR /app

# انسخ محتويات الدليل الحالي إلى الحاوية في /app
COPY . /app

# ثبّت أي حزم مطلوبة محددة في requirements.txt
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

# اجعل المنفذ 80 متاحًا للعالم خارج هذه الحاوية
EXPOSE 80

# قم بتشغيل app.py عند إطلاق الحاوية
CMD ["python", "app.py"]

يُعرّف هذا Dockerfile صورة تقوم بما يلي:

• تبدأ من صورة Python 3.9 خفيفة الوزن.
• تحدد دليل العمل إلى /app.
• تنسخ كود التطبيق (من الدليل الحالي على المضيف) إلى دليل /app داخل الحاوية.
• تثبّت تبعيات Python المدرجة في requirements.txt.
• تكشف المنفذ 80 للوصول عبر الشبكة.
• تحدد أن الحاوية يجب أن تشغل app.py عند بدء تشغيلها.

3. حاوية Docker (Docker Container)

حاوية Docker هي نسخة قابلة للتشغيل من صورة Docker. عندما تقوم بتشغيل صورة Docker، فإنها تنشئ حاوية. يمكنك بدء الحاويات وإيقافها ونقلها وحذفها. يمكن تشغيل حاويات متعددة من نفس الصورة، وكل منها يعمل في عزلة.

تشمل الخصائص الرئيسية للحاويات ما يلي:

• زائلة افتراضيًا: تم تصميم الحاويات لتكون قابلة للتصرف. عند إيقاف حاوية أو إزالتها، يتم فقدان أي بيانات مكتوبة على نظام ملفاتها ما لم يتم استخدام آليات تخزين دائمة.
• عزل العمليات: لكل حاوية نظام ملفات خاص بها وواجهات شبكة ومساحة عمليات خاصة بها.
• نواة مشتركة: تشارك الحاويات نواة نظام تشغيل الجهاز المضيف، مما يجعلها أكثر كفاءة بكثير من الأجهزة الافتراضية.

4. سجل Docker (Docker Registry)

سجل Docker هو مستودع لتخزين وتوزيع صور Docker. Docker Hub هو السجل العام الافتراضي حيث يمكنك العثور على مجموعة واسعة من الصور المعدة مسبقًا لمختلف لغات البرمجة وقواعد البيانات والتطبيقات. يمكنك أيضًا إعداد سجلات خاصة لصور مؤسستك الخاصة.

عند تشغيل أمر مثل docker run ubuntu، يتحقق Docker أولاً من جهازك المحلي بحثًا عن صورة Ubuntu. إذا لم يتم العثور عليها، فإنه يسحب الصورة من سجل مُكوَّن (افتراضيًا، Docker Hub).

5. محرك Docker (Docker Engine)

محرك Docker هو تقنية العميل-الخادم الأساسية التي تبني وتشغل حاويات Docker. وهو يتألف من:

• خفي (daemon) (dockerd): عملية خلفية طويلة التشغيل تدير كائنات Docker مثل الصور والحاويات والشبكات ووحدات التخزين.
• واجهة برمجة تطبيقات REST API: واجهة يمكن للبرامج استخدامها للتفاعل مع الخفي.
• واجهة سطر الأوامر (CLI) (docker): واجهة سطر أوامر تتيح للمستخدمين التفاعل مع الخفي وواجهة برمجة التطبيقات الخاصة به.

البدء مع Docker: دليل عملي خطوة بخطوة

دعنا نستعرض بعض أوامر Docker الأساسية وحالة استخدام شائعة.

التثبيت

الخطوة الأولى هي تثبيت Docker على جهازك. قم بزيارة موقع Docker الرسمي ([docker.com](https://www.docker.com/)) وقم بتنزيل المثبت المناسب لنظام التشغيل الخاص بك (Windows أو macOS أو Linux). اتبع تعليمات التثبيت لمنصتك.

أوامر Docker الأساسية

فيما يلي بعض الأوامر الأساسية التي ستستخدمها بانتظام:

• docker pull <image_name>:<tag>: يقوم بتنزيل صورة من سجل. مثال: docker pull ubuntu:latest
• docker build -t <image_name>:<tag> .: يبني صورة من Dockerfile في الدليل الحالي. يضع العلم -t علامة على الصورة. مثال: docker build -t my-python-app:1.0 .
• docker run <image_name>:<tag>: ينشئ ويبدأ حاوية من صورة. مثال: docker run -p 8080:80 my-python-app:1.0 (يقوم العلم -p بتعيين منفذ المضيف 8080 إلى منفذ الحاوية 80).
• docker ps: يسرد جميع الحاويات قيد التشغيل.
• docker ps -a: يسرد جميع الحاويات، بما في ذلك المتوقفة.
• docker stop <container_id_or_name>: يوقف حاوية قيد التشغيل.
• docker start <container_id_or_name>: يبدأ حاوية متوقفة.
• docker rm <container_id_or_name>: يزيل حاوية متوقفة.
• docker rmi <image_id_or_name>: يزيل صورة.
• docker logs <container_id_or_name>: يجلب سجلات الحاوية.
• docker exec -it <container_id_or_name> <command>: ينفذ أمرًا داخل حاوية قيد التشغيل. مثال: docker exec -it my-container bash للحصول على shell داخل الحاوية.

مثال: تشغيل خادم ويب بسيط

دعنا نضع خادم ويب Python أساسي يستخدم إطار عمل Flask في حاوية.

1. إعداد المشروع:

أنشئ دليلاً لمشروعك. داخل هذا الدليل، أنشئ ملفين:

app.py:

from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def hello_world():
    return 'مرحباً من تطبيق Flask يعمل داخل حاوية دوكر!'

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True, host='0.0.0.0', port=80)

requirements.txt:

Flask==2.0.0

2. إنشاء Dockerfile:

في نفس دليل المشروع، أنشئ ملفًا باسم Dockerfile (بدون امتداد) بالمحتوى التالي:

FROM python:3.9-slim

WORKDIR /app

COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

COPY . .

EXPOSE 80

CMD ["python", "app.py"]

3. بناء صورة Docker:

افتح الطرفية الخاصة بك، وانتقل إلى دليل المشروع، وقم بتشغيل:

docker build -t my-flask-app:latest .

يخبر هذا الأمر Docker ببناء صورة باستخدام Dockerfile في الدليل الحالي ووضع علامة عليها كـ my-flask-app:latest.

4. تشغيل حاوية Docker:

الآن، قم بتشغيل الحاوية من الصورة التي بنيتها للتو:

docker run -d -p 5000:80 my-flask-app:latest

شرح الأعلام:

• -d: يشغل الحاوية في الوضع المنفصل (في الخلفية).
• -p 5000:80: يعين المنفذ 5000 على جهازك المضيف إلى المنفذ 80 داخل الحاوية.

5. اختبار التطبيق:

افتح متصفح الويب الخاص بك وانتقل إلى http://localhost:5000. يجب أن ترى الرسالة: "مرحباً من تطبيق Flask يعمل داخل حاوية دوكر!".

لرؤية الحاوية قيد التشغيل، استخدم docker ps. لإيقافها، استخدم docker stop <container_id> (استبدل <container_id> بالمعرف الذي يظهره docker ps).

مفاهيم Docker المتقدمة للنشر العالمي

مع نمو مشاريعك وتوزيع فرقك بشكل أكبر، سترغب في استكشاف ميزات Docker الأكثر تقدمًا.

Docker Compose

بالنسبة للتطبيقات المكونة من خدمات متعددة (مثل واجهة ويب أمامية، وواجهة برمجة تطبيقات خلفية، وقاعدة بيانات)، يمكن أن تصبح إدارة الحاويات الفردية مرهقة. Docker Compose هي أداة لتعريف وتشغيل تطبيقات Docker متعددة الحاويات. تقوم بتعريف خدمات التطبيق والشبكات ووحدات التخزين في ملف YAML (docker-compose.yml)، وباستخدام أمر واحد، يمكنك إنشاء وبدء جميع خدماتك.

قد يبدو ملف docker-compose.yml نموذجي لتطبيق ويب بسيط مع ذاكرة تخزين مؤقت Redis كما يلي:

version: '3.8'
services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "5000:80"
    volumes:
      - .:/app
    depends_on:
      - redis
  redis:
    image: "redis:alpine"

باستخدام هذا الملف، يمكنك بدء كلتا الخدمتين باستخدام docker-compose up.

وحدات التخزين للبيانات الدائمة (Volumes)

كما ذكرنا، الحاويات زائلة. إذا كنت تقوم بتشغيل قاعدة بيانات، فسترغب في استمرار البيانات بعد دورة حياة الحاوية. وحدات تخزين Docker (Volumes) هي الآلية المفضلة لاستمرار البيانات التي تنشئها وتستخدمها حاويات Docker. تتم إدارة وحدات التخزين بواسطة Docker ويتم تخزينها خارج الطبقة القابلة للكتابة في الحاوية.

لإرفاق وحدة تخزين عند تشغيل حاوية:

docker run -v my-data-volume:/var/lib/mysql mysql:latest

ينشئ هذا الأمر وحدة تخزين باسم my-data-volume ويقوم بتحميلها إلى /var/lib/mysql داخل حاوية MySQL، مما يضمن استمرار بيانات قاعدة بياناتك.

شبكات Docker

بشكل افتراضي، تحصل كل حاوية Docker على مساحة اسم شبكة خاصة بها. لتمكين الاتصال بين الحاويات، تحتاج إلى إنشاء شبكة وإرفاق الحاويات بها. يوفر Docker العديد من برامج تشغيل الشبكات، وتعد شبكة bridge الأكثر شيوعًا لعمليات النشر على مضيف واحد.

عند استخدام Docker Compose، فإنه يقوم تلقائيًا بإنشاء شبكة افتراضية لخدماتك، مما يسمح لها بالاتصال باستخدام أسماء خدماتها.

Docker Hub والسجلات الخاصة

يعد الاستفادة من Docker Hub أمرًا بالغ الأهمية لمشاركة الصور داخل فريقك أو مع الجمهور. بالنسبة للتطبيقات الخاصة، يعد إعداد سجل خاص أمرًا ضروريًا للأمان والوصول المتحكم فيه. يقدم مقدمو الخدمات السحابية مثل Amazon Elastic Container Registry (ECR) و Google Container Registry (GCR) و Azure Container Registry (ACR) خدمات سجلات خاصة مُدارة.

أفضل ممارسات الأمان

بينما يوفر Docker العزل، يظل الأمان مصدر قلق مستمر، خاصة في سياق عالمي:

• حافظ على تحديث Docker والصور: قم بتحديث محرك Docker والصور الأساسية بانتظام لتصحيح الثغرات الأمنية المعروفة.
• استخدم صورًا أساسية صغيرة: اختر صورًا خفيفة الوزن مثل Alpine Linux لتقليل سطح الهجوم.
• افحص الصور بحثًا عن الثغرات الأمنية: يمكن لأدوات مثل Trivy أو الماسح المدمج في Docker المساعدة في تحديد الثغرات الأمنية المعروفة في صورك.
• شغل الحاويات بأقل الامتيازات: تجنب تشغيل الحاويات كمستخدم جذر كلما أمكن ذلك.
• إدارة الأسرار بأمان: لا تقم أبدًا بتضمين معلومات حساسة (مثل مفاتيح API أو كلمات المرور) مباشرة في ملفات Dockerfile أو الصور. استخدم أسرار Docker أو متغيرات البيئة التي تديرها أدوات التنسيق.

Docker في سياق عالمي: الخدمات المصغرة و CI/CD

أصبح Docker حجر الزاوية في بنية البرمجيات الحديثة، خاصة بالنسبة للخدمات المصغرة وخطوط أنابيب التكامل المستمر/النشر المستمر (CI/CD).

بنية الخدمات المصغرة (Microservices)

تقوم الخدمات المصغرة بتقسيم تطبيق كبير إلى خدمات أصغر ومستقلة تتواصل عبر شبكة. يمكن تطوير كل خدمة مصغرة ونشرها وتوسيع نطاقها بشكل مستقل. Docker هو الخيار المثالي لهذه البنية:

• النشر المستقل: يمكن تغليف كل خدمة مصغرة في حاوية Docker الخاصة بها، مما يسمح بالتحديثات والنشرات المستقلة دون التأثير على الخدمات الأخرى.
• تنوع التكنولوجيا: يمكن بناء خدمات مصغرة مختلفة باستخدام لغات برمجة وأطر عمل مختلفة، حيث أن كل حاوية تغلف تبعياتها الخاصة. تتيح هذه الحرية للفرق العالمية اختيار أفضل أداة لكل وظيفة.
• قابلية التوسع: يمكن توسيع نطاق الخدمات المصغرة الفردية لأعلى أو لأسفل بناءً على حمولتها المحددة، مما يحسن استخدام الموارد والأداء.

خطوط أنابيب CI/CD

يقوم CI/CD بأتمتة عملية تسليم البرامج، مما يتيح تحديثات التطبيقات المتكررة والموثوقة. يلعب Docker دورًا حيويًا في CI/CD:

• بيئات بناء متسقة: توفر حاويات Docker بيئة متسقة لبناء واختبار الكود، مما يزيل مشكلات "يعمل على جهازي" عبر بيئات التطوير والاختبار والإنتاج المؤقت.
• الاختبار الآلي: يتيح Docker تشغيل الخدمات التابعة (مثل قواعد البيانات أو قوائم انتظار الرسائل) كحاويات للاختبار الآلي، مما يضمن إجراء الاختبارات في بيئة يمكن التنبؤ بها.
• النشر المبسط: بمجرد بناء الصورة واختبارها، يمكن نشرها بشكل موثوق في بيئات الإنتاج، سواء في الموقع أو في سحابة خاصة أو بنية تحتية سحابية عامة. تتكامل أدوات مثل Jenkins و GitLab CI و GitHub Actions و CircleCI بسلاسة مع Docker لسير عمل CI/CD.

اعتبارات التدويل والتعريب (Internationalization and Localization)

بالنسبة للتطبيقات العالمية، يمكن لـ Docker أيضًا تبسيط جوانب التدويل (i18n) والتعريب (l10n):

• إدارة الإعدادات المحلية (Locale): تأكد من تكوين إعدادات اللغة والإقليم الصحيحة داخل صور Docker الخاصة بك إذا كان تطبيقك يعتمد عليها لتنسيق التواريخ أو الأرقام أو عرض نص مترجم.
• النشر الإقليمي: يمكن نشر صور Docker في المناطق السحابية الأقرب لمستخدميك، مما يقلل من زمن الوصول ويحسن تجربة المستخدم للجمهور العالمي.

تنظيم الحاويات: دور Kubernetes

بينما يعد Docker ممتازًا لتغليف وتشغيل الحاويات الفردية، فإن إدارة عدد كبير من الحاويات عبر أجهزة متعددة يتطلب التنسيق. وهنا تتألق أدوات مثل Kubernetes. Kubernetes هو نظام مفتوح المصدر لأتمتة نشر التطبيقات المعبأة في حاويات وتوسيع نطاقها وإدارتها. يوفر ميزات مثل موازنة التحميل، والشفاء الذاتي، واكتشاف الخدمات، والتحديثات المتداولة، مما يجعله لا غنى عنه لإدارة الأنظمة المعقدة والموزعة.

تستخدم العديد من المؤسسات Docker لبناء وتغليف تطبيقاتها ثم تستخدم Kubernetes لنشر وتوسيع نطاق وإدارة حاويات Docker هذه في بيئات الإنتاج.

الخاتمة

لقد غير Docker بشكل أساسي كيفية بناء التطبيقات وشحنها وتشغيلها. بالنسبة لفرق التطوير العالمية، فإن قدرته على توفير الاتساق وقابلية النقل والكفاءة عبر بيئات متنوعة لا تقدر بثمن. من خلال تبني Docker ومفاهيمه الأساسية، يمكنك تبسيط سير عمل التطوير الخاص بك، وتقليل احتكاك النشر، وتقديم تطبيقات موثوقة للمستخدمين في جميع أنحاء العالم.

ابدأ بتجربة تطبيقات بسيطة، واستكشف تدريجيًا ميزات أكثر تقدمًا مثل Docker Compose والتكامل مع خطوط أنابيب CI/CD. ثورة الحاويات هنا، وفهم Docker مهارة حاسمة لأي مطور حديث أو محترف DevOps يهدف إلى النجاح في الساحة التقنية العالمية.