因爲工作需要， 需要製作一個Docker來打包一個python程序。該python程序是開源的， 但是要下載對比數據庫及其他輔助文件，配置好環境變量，並且要安裝很多python的依賴包才能運行。雖然不是很麻煩，但是爲了讓其他人方便使用，最好還是可以直接下載就用。稍微花了兩天學了一下Docker來打包這個程序，這樣只要下載鏡像直接運行就可以使用了。
本項目python程序介紹
該python開源軟件是MetaPhlAn，用於分析從基因序列數據中提取的微生物羣落的組成。該程序要運行必須在本機安裝biobakery和bowtie2。並且將這兩個包所在的路徑加入到環境變量中。同時還需要安裝numpy，pandas等安裝包。如果follow本博客來生成鏡像的話。可以先把上面連接中的文件下載下來。
什麼是docker
國際慣例，簡單介紹一下什麼是docker。簡單來說，Docker是對Linux一些容器的打包。Docker 將應用程序與該程序的所有依賴及一些配置，打包在一個文件裏面，運行這個文件，就會生成一個容器，可以直接在容器上運行任務。例如我有一個apache服務網站，現在想要再另一臺服務器上覆現，那麼就必須先安裝apache服務，配置運行環境，將網站文件複製過去，再運行。這樣就很麻煩，而且打不準會出現環境變量或者配置問題。但如果使用docker將這個服務打包的話就不用這麼麻煩了。直接在另一臺服務器上運行復現就可以了。
安裝docker
docker的安裝按照官網的來就行了，不同系統的安裝方法都有。由於我使用的是ubuntu系統，這裏就只講Ubuntu系統下docker的安裝。Ubuntu下的安裝非常簡單（不是最新版的話）。一般來說只要apt直接安裝就可以了。最新版的安裝比較複雜，大家還是去看官網的安裝方法吧。
sudo apt-get install docker
安裝完之後可以測試一下
sudo docker run hello-world
如果出現下面的輸出則說明安裝成功了
Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
... ...
修改image倉庫的鏡像地址
在上面的命令中
sudo docker run hello-world
會根據hello-world這個鏡像,生成一個容器運行。 當然第一次運行的時候我們本地並沒有這個鏡像, 這時候docker會從官網尋找鏡像, 並pull到本地。也就是先執行了下面的語句
sudo docker pull hello-world
但是如果使用默認的官方倉庫下載速度將會非常慢，沒辦法官網在國外。我們可以把默認docker下載倉庫改成國內倉庫，這樣下載速度會快很多。
sudo vim /etc/default/docker
在文件的最後面加上一句
DOCKER_OPTS="--registry-mirror=https://registry.docker-cn.com"
然後重啓docker服務
sudo service docker restart
這樣就會從國內倉庫下載鏡像了。
創建docker用戶組（可選）
大家如果注意我上面的命令，會發現再docker命令之前都有sudo，也就是隻有root用戶纔有權限運行docker的命令。這是由於在默認情況下，docker只允許root用戶和docker用戶組的用戶訪問Docker引擎。一般情況下我們不會直接使用root用戶，因此最好的方法是將當前使用的用戶加入到docker用戶組。
# 建立docker用戶組
sudo groupadd docker
# 將當前用戶添加到docker用戶組中
sudo usermod -aG docker $USER
這樣當前用戶就添加到了docker用戶中，可以直接運行docker命令了。測試一下
docker run hello-world
如果執行成功，那就說明配置生效了。如果出現下面類似的情況， 就說明當前用戶的docker配置文件權限方面存在問題。
WARNING: Error loading config file:/home/user/.docker/config.json - stat /home/user/.docker/config.json: permission denied
可以用下面的命令修改一下權限
sudo chown "$USER":"$USER" /home/"$USER"/.docker -R
sudo chmod g+rwx "/home/$USER/.docker" -R
這樣應該就可以了。
使用Dockerfile定製鏡像
上面的準備工作做完之後，就可以開始創建鏡像了。一般我們很少從頭創建一個鏡像，我們會根據現有的鏡像來進行定製。鏡像的創建有多種方法，這裏採用官網推薦的方法。使用Dockerfile創建，Dockerfile是包含一串指令的文本文件。Dockerfile首先要指定一個基礎鏡像，然後在這個鏡像上執行指令，例如安裝軟件，修改配置等。這樣就生成了一個定製的鏡像了。
創建一個文件夾並進入該文件夾創建一個Dockerfile。
mkdir MetaPhlAn
cd MetaPhlAn
touch Dockerfile
再創建一個content文件夾，用來存放本項目中需要用到的依賴包。也就是前面所說的biobakery和bowtie2。然後將下載下來的biobakery和bowtie2存放到該目錄下。
mkdir content
# 將biobakery和bowtie2拷貝到該目錄下
接下來開始編寫Dockerfile文件。在Dockerfile文件中寫入下面的內容。
FROM ubuntu:16.04
WORKDIR /bowtie2
COPY content /root/
ENV MDIR="/root/metaphlan2" PATH="/root/metaphlan2:/root/metaphlan2/utils:$PATH" \
PATH="$PATH:/root/bowtie2-2.3.4.1-linux-x86_64"
RUN apt-get update \
&& apt-get install -y python \
python-dev \
python-pip \
&& apt-get clean \
&& apt-get autoclean \
&& rm -rf /var/lib/apt/lists/* /tmp/* /var/tmp/* \
&& pip install numpy pandas biopython scipy matplotlib h5py \
&& pip install biom-format
下面開始逐條解釋每一句的含義。
FROM ubuntu:16.04
這條語句意思是把ubuntu16:04指定爲基礎鏡像。也就是說我們接下來的指令都是在ubuntu鏡像下執行的。這條語句是必須的。這裏有一個特殊的鏡像值得一提。那就是 scratch鏡像，它表示一個空白的鏡像，有什麼用呢？有時候僅僅只是把二進制的可執行文件進行打包。這時候並不依賴任何環境，這時候scratch鏡像就可以用到了。
WORKDIR /bowtie2
COPY content /root/
WORKDIR指令用來指定鏡像中的工作目錄，如果鏡像中沒有這個目錄，則會自動幫你創建。
COPY指令是將文件傳入到鏡像中。源文件的各種元數據都會保留。比如讀、寫、執
行權限、文件變更時間等。這條指令的意思就是把該content文件夾下的所有文件拷貝到鏡像中的/root/目錄下。注意是content文件夾下的內容，而不是文件夾。
ENV MDIR="/root/metaphlan2" PATH="/root/metaphlan2:/root/metaphlan2/utils:$PATH" \
PATH="$PATH:/root/bowtie2-2.3.4.1-linux-x86_64"
這條指令的意思是給鏡像中Ubuntu添加環境變量，這是爲了讓我的python程序可以運行，因爲該python程序必須用到biobakery和bowtie2。因此將它們添加到環境變量，以便程序運行時可以找到。
RUN apt-get update \
&& apt-get install -y python \
python-dev \
python-pip \
&& apt-get clean \
&& apt-get autoclean \
&& rm -rf /var/lib/apt/lists/* /tmp/* /var/tmp/* \
&& pip install numpy pandas biopython scipy matplotlib h5py \
&& pip install biom-format
上面的指令很好理解，首先是再ubuntu下安裝python及其安裝包。然後清除安裝包，這是爲了減少鏡像的大小。最後在安裝python包的依賴。
值得注意的是當你安裝的python包之間有依賴時，一定要把依賴其他包的包放在後面安裝。像我這裏就是這樣。
&& pip install numpy pandas biopython scipy matplotlib h5py \
&& pip install biom-format
由於biom-format依賴與numpy包，所以不能把biom-format包放在上面一行一起安裝。這樣會報錯。
生成鏡像
編寫完Dockerfile之後， 就可以生成鏡像了。
docker image build -t metaphlan-docker .
-t 是用來指定鏡像名稱的，注意鏡像名稱不能包含大寫字母
最後的 . 是指Dockerfile的地址，這裏當然就是本目錄了。
如無意外的話， 就會生成一個metaphlan-docker鏡像（有點久，需要耐心等一等）。
運行鏡像
安裝完之後自然是需要試試的。
docker run -i -t --rm -v ~/data:/bowtie2 metaphlan-docker bash
-i 是交互的意思。
-t 是打開一個terminal的意思
-v 是掛載目錄，後面的參數是 本地的目錄:鏡像目錄， 像我這裏的意思就是把鏡像中的 /bowtie2掛載到本地的 ~/data目錄下。也就是我在本地~/data目錄下的任何操作，都會映射到容器中的 /bowtie2目錄，這樣就實現了本地和容器的文件傳輸。