基于案例的Docker課程教學(xué)探究
——以“Python應(yīng)用程序容器化”為例

盧春光，秦惜夢(mèng)

（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 現(xiàn)代信息技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，各種新技術(shù)層出不窮，容器作為云計(jì)算中的熱門(mén)技術(shù)在不同行業(yè)方向發(fā)揮著積極的影響。目前，各行業(yè)缺少掌握容器技術(shù)的專業(yè)技術(shù)人才，Docker是現(xiàn)今比較主流的容器平臺(tái)，許多高職院校相繼開(kāi)始Docker容器技術(shù)相關(guān)課程，加大對(duì)專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)。當(dāng)前的Docker容器技術(shù)教學(xué)存在內(nèi)容枯燥等現(xiàn)象，本文提出的以“Python應(yīng)用程序容器化”進(jìn)行案例式教學(xué)的方法，可以使學(xué)生更加容易掌握Docker技術(shù)，對(duì)于提高課堂教學(xué)質(zhì)量具有較好的效果。

1 現(xiàn)狀分析

在不同高職院校，Docker容器技術(shù)相關(guān)課程設(shè)置方式有所區(qū)別，有些高職院校在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)單獨(dú)開(kāi)設(shè)容器技術(shù)課程，有些則是融入云計(jì)算技術(shù)課程中。目前，對(duì)容器技術(shù)的研究主要是Docker在其他系統(tǒng)或者課程中的應(yīng)用。周橋［1］提出將OBE理念融入Docker容器技術(shù)課程，進(jìn)行混合式實(shí)踐教學(xué)分析和研究。李艷紅［2］提出將Docker技術(shù)融入搭建研發(fā)環(huán)境或者部署環(huán)境，對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)進(jìn)行了一定的分析和研究。謝睿等［3］提出基于Docker技術(shù)，從服務(wù)模塊、鏡像管理模塊、資源調(diào)度模塊、集群管理模塊和Web管理服務(wù)模塊對(duì)高校中空閑的PC資源和網(wǎng)絡(luò)資源建立PaaS平臺(tái)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。徐峰等［4］分析了容器技術(shù)的原理，對(duì)Docker技術(shù)在舊服務(wù)器上部署帶桌面的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行了研究。鮑洪生［5］對(duì)Docker部署靶機(jī)和CTF平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中的使用進(jìn)行了分析和研究。朱來(lái)雪［6］分析了Docker技術(shù)的使用，研究了將多個(gè)服務(wù)部署到單臺(tái)服務(wù)器，提高了服務(wù)器的使用效率。王湘渝等［7］基于Docker對(duì)Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了部署，分析了Docker容器的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。多數(shù)課程教學(xué)過(guò)程中理論內(nèi)容較多，而高職院校學(xué)生大多學(xué)習(xí)能力較差，對(duì)理論知識(shí)缺乏興趣，不知道如何將知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用于實(shí)踐。本文以“Python應(yīng)用程序容器化”為例，將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)融入案例，對(duì)Docker容器技術(shù)課程進(jìn)行案例式教學(xué)，使學(xué)生從實(shí)踐中學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了課程的教學(xué)效果。

2 Docker容器技術(shù)

Docker容器技術(shù)是一種輕量的虛擬化，可以隔離不同的進(jìn)程和資源，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、軟件測(cè)試以及實(shí)際生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。Docker版本有企業(yè)版(Docker EE）和社區(qū)版(Docker CE），企業(yè)版具有更豐富的功能，需要額外收費(fèi)；社區(qū)版可以免費(fèi)使用，功能雖然較少，但能夠滿足日常的教學(xué)和學(xué)習(xí)使用。

Docker容器可以部署在不同的操作平臺(tái)。Windows平臺(tái)，可以通過(guò)下載DockerToolbox的exe安裝包直接安裝；Linux平臺(tái)，可以在線或離線安裝，在線安裝需要對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行一些環(huán)境設(shè)置，例如防火墻、Selinux等服務(wù)要關(guān)閉，設(shè)置國(guó)內(nèi)穩(wěn)定的鏡像倉(cāng)庫(kù)源等，使用“yum install-y docker-ce”即可完成最新版的Docker安裝。使用“docker version”命令可以查看安裝的Docker版本，通過(guò)“docker run hello-world”命令運(yùn)行hello-world鏡像來(lái)驗(yàn)證Docker CE是否能夠正常使用。

3 Python應(yīng)用程序容器化

Docker課程的知識(shí)點(diǎn)比較零碎，多數(shù)在教學(xué)中忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的目標(biāo)是對(duì)知識(shí)的具體應(yīng)用，尤其是高職院校的學(xué)生，如果沒(méi)有案例應(yīng)用，幾乎很難對(duì)知識(shí)達(dá)到掌握。筆者主要教授計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的學(xué)生，對(duì)于Linux操作系統(tǒng)的使用比較熟練，因此在教學(xué)過(guò)程中對(duì)該部分內(nèi)容進(jìn)行精簡(jiǎn)化講授，重點(diǎn)講解Docker的實(shí)際應(yīng)用。Python作為當(dāng)前非常流行的編程語(yǔ)言，在大數(shù)據(jù)、人工智能等方向應(yīng)用廣泛，學(xué)校計(jì)算機(jī)大類的專業(yè)幾乎都開(kāi)設(shè)了Python相關(guān)課程，以“Python應(yīng)用程序容器化”為案例進(jìn)行課程教學(xué)，可以使大部分學(xué)生更容易接受。

3.1 創(chuàng)建Python項(xiàng)目

Flask是一個(gè)輕量級(jí)的Web框架，可用于Python Web開(kāi)發(fā)，通過(guò)Docker技術(shù)可以快速部署Flask應(yīng)用。Flask應(yīng)用的部署需要編寫(xiě)的Python文件非常簡(jiǎn)單，對(duì)于高職院校的學(xué)生，比較容易上手，排錯(cuò)也比較簡(jiǎn)單。在系統(tǒng)的Root目錄下，通過(guò)“mkdir python-flask”命令創(chuàng)建名為“python-flask”的Python項(xiàng)目，通過(guò)“touch flask_test.py”命令創(chuàng)建Python應(yīng)用文件“flask_test.py”，編輯代碼如下所示。

3.2 Dockerfile部署應(yīng)用

Docker構(gòu)建鏡像的方式有兩種，基于容器生成鏡像和基于Dockerfile生成鏡像。Dockerfile文件由不同的指令和參數(shù)構(gòu)成，每一條指令構(gòu)建鏡像的一層，文件中的內(nèi)容描述了構(gòu)建鏡像需要的所有操作。Docker可以通過(guò)創(chuàng)建好的Dockerfile文件方便快速地構(gòu)建Docker鏡像，當(dāng)需要添加、刪除或者修改鏡像時(shí)，直接在Dockerfile文件中進(jìn)行即可快速重新生成鏡像。在項(xiàng)目目錄“python-flask”下通過(guò)“touch Dockerfile”命令創(chuàng)建Dockerfile文件，編輯內(nèi)容如下所示。

為了方便部署，需要在項(xiàng)目目錄“python-flask”下，通過(guò)“touch requirements.txt”命令創(chuàng)建一個(gè)名為“requirements.txt”的文件，將Dockerfile文件中需要安裝的依賴包及其版本寫(xiě)入文件。這里僅需要安裝Flask，在“requirements.txt”文件中直接寫(xiě)入Flask。

編輯完成Dockerfile文件，在項(xiàng)目目錄“pythonflask”下，通過(guò)命令“docker build-t flask_web：1.0.”構(gòu)建名為“flask_web”標(biāo)簽為1.0的鏡像。Docker將會(huì)按照Dockerfile文件中每一層的內(nèi)容，執(zhí)行基礎(chǔ)鏡像的拉取、依賴包的安裝、相關(guān)環(huán)境的配置和啟動(dòng)命令參數(shù)的配置等操作?？梢酝ㄟ^(guò)“docker images”命令查看當(dāng)前所有的鏡像，或者通過(guò)“docker images flask_web：1.0”命令直接查看上述構(gòu)建的鏡像。通過(guò)命令“docker run--name flask-web-p 5000∶5000 flask_web：1.0”即可使用上述構(gòu)建的鏡像，啟動(dòng)名為“flask-web”容器。

打開(kāi)瀏覽器，輸入“http：//192.168.200.191∶5000/”即可查看部署好的應(yīng)用，Python應(yīng)用部署如圖1所示。

圖1 Python應(yīng)用部署

3.3 Docker Compose部署應(yīng)用

通過(guò)“docker run”命令可以方便地啟動(dòng)單個(gè)容器，部署單個(gè)應(yīng)用程序，對(duì)于多個(gè)容器和多個(gè)應(yīng)用程序的部署，可以使用Docker Compose進(jìn)行自動(dòng)構(gòu)建和編排。在項(xiàng)目目錄“python-flask”下創(chuàng)建一個(gè)Docker Compose文件“docker-compose.yml”，編輯內(nèi)容如下所示。

通過(guò)“docker-compose up”命令，可以啟動(dòng)應(yīng)用程序。在“docker-compose.yml”文件中定義了一個(gè)服務(wù)Flask_web，使用Dockerfile文件構(gòu)建的鏡像啟動(dòng)服務(wù)，同時(shí)設(shè)置了Volumes卷將項(xiàng)目目錄掛載到了容器中的“/code”目錄，可以使用戶在不需要停止服務(wù)的狀態(tài)下修改“flask_test.py”程序代碼，并且立即生效。修改內(nèi)容如下。

修改完成后，對(duì)瀏覽器執(zhí)行刷新操作，即可看到效果，如圖2所示。

圖2 修改后的應(yīng)用部署

通過(guò)對(duì)Python應(yīng)用的部署實(shí)例，學(xué)生可以對(duì)Docker鏡像的構(gòu)建方法、Dockerfile文件的編寫(xiě)、Docker容器的運(yùn)行以及Docker容器的編排有了一個(gè)循序漸進(jìn)的認(rèn)識(shí)，通過(guò)Docker Compose使學(xué)生更清晰地認(rèn)識(shí)到容器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，加深對(duì)Docker容器技術(shù)在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中應(yīng)用的理解。案例的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，能夠增加學(xué)習(xí)的成就感，增強(qiáng)進(jìn)一步學(xué)習(xí)的熱情和興趣。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了高職院校Docker容器課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出通過(guò)將“Python應(yīng)用程序容器化”案例融入課程教學(xué)的方法，由淺入深地介紹了Docker學(xué)習(xí)過(guò)程中的鏡像構(gòu)建、容器運(yùn)行、Dockerfile和Docker Compose等重要知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)單項(xiàng)目的部署，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)課堂的教學(xué)效果。