Czym jest technologia kontenerowa?
Zrozumienie pojęcia kontenera poprzez metaforę życiową.
Wyobraźmy sobie, że chcemy się przeprowadzić: tradycyjna metoda polega na chaotycznym układaniu wszystkich rzeczy w ciężarówce, natomiast nowoczesna metoda wykorzystuje standardowe kontenery. W każdym z nich znajdują się przedmioty z określonego pomieszczenia, a same kontenery mają standardowe wymiary, dzięki czemu łatwiej je transportować i układać w stosy.
Technologia kontenerowa to "standardowe kontenery" w świecie oprogramowania.Zawiera on aplikację wraz ze wszystkimi jej zależnościami (kod, środowisko uruchomieniowe, narzędzia systemowe, biblioteki systemowe itd.) i tworzy samodzielną, przenośną jednostkę, którą nazywamy "kontenerem".
Kluczowe cechy kontenera
- IzolacjaKażdy kontener ma swój własny system plików, konfigurację sieci i przestrzeń procesów, które nie zakłócają się nawzajem.
- LekkośćKontenery korzystają z jądra systemu operacyjnego hosta, dzięki czemu nie trzeba ponosić dodatkowych kosztów związanych z systemem operacyjnym.
- PortabilnośćJednorazowa kompilacja, działająca wszędzie (zarówno na laptopie do programowania, w środowisku testowym, jak i na serwerze produkcyjnym).
- Efektywność.Uruchamia się szybko, zwykle w ciągu zaledwie kilku sekund.
Princip działania tradycyjnej technologii wirtualizacji.
Podstawowe pojęcie wirtualizacji.
Tradycyjne technologie wirtualizacji (takie jak VMware i VirtualBox) pozwalają na utworzenie wielu wirtualnych maszyn na jednym fizycznym serwerze.Pełna maszyna wirtualna.Każda maszyna wirtualna zawiera:
- Kompletny system operacyjny (system gościa)
- Aplikacja i jej zależności.
- Wirtualne zasoby sprzętowe (wirtualne procesory, wirtualna pamięć, wirtualne dyski itp.)
Architektura wirtualizacji.
Zalety i wady wirtualizacji.
Zalety::
- Całkowita izolacja i wysoki poziom bezpieczeństwa.
- Możliwe jest uruchomienie systemu operacyjnego o różnej architekturze (np. uruchomienie Windowsa na serwerze Linux).
Wady::
- Zużycie zasobów jest duże (każda maszyna wirtualna wymaga kompletnego systemu operacyjnego).
- Niska szybkość uruchamiania (konieczne jest uruchomienie całego systemu operacyjnego).
- Wydajność ma dodatkowe koszty.
Principy działania technologii kontenerów Docker.
Podstawowe pojęcia Dockera
Docker to obecnie najpopularniejsza implementacja technologii kontenerowej. W odróżnieniu od wirtualizacji, kontenery DockerNie potrzebujesz kompletnego systemu operacyjnego.Zamiast tego udostępniają jądrowy system operacyjny hosta.
Architektura Dockera.
Skład pojemnika.
Kontener Docker zawiera:
- Samo aplikacja
- Biblioteki i zależności niezbędne do uruchomienia.
- Podstawowe narzędzia systemowe (minimalny zestaw)
- Nie zawieraPełny kernel systemu operacyjnego.
Kluczowe różnice pomiędzy Dockerem a wirtualizacją.
Porównanie wykorzystania zasobów.
| Funkcje | Tradycyjna wirtualizacja. | Kontener Docker |
|---|---|---|
| System operacyjny | Każda maszyna wirtualna ma w pełni funkcjonalny system operacyjny. | Wirtualizacja na poziomie jądra w systemie operacyjnym hosta |
| Przestrzeń na dysku. | Zazwyczaj na poziomie GB. | Zazwyczaj poziom MB. |
| Czas uruchomienia. | Na poziomie minutowym | Na poziomie sekundowym |
| Strata wydajności | Wyższy (10-20%) | Bardzo niski (1-2%) |
Porównanie różnic w architekturze.
Tradycyjna wirtualizacja.Fizyczny sprzęt → System operacyjny hosta → Hiperwizor → System operacyjny gościa → Aplikacja
Kontener DockerFizyczny sprzęt → System operacyjny hosta → Silnik Docker → Aplikacja
Różnice w scenariach użycia
Wirtualizacja jest odpowiednia dla::
- Sytuacje, w których konieczne jest uruchomienie różnych systemów operacyjnych.
- Scenariusze, w których izolacja ma kluczowe znaczenie.
- Tradycyjne wdrażanie aplikacji korporacyjnych.
Pojemnik jest odpowiedni do::
- Aplikacje chmurowe i architektura mikroserwisów.
- Nieustanna integracja i nieustanne wdrażanie (CI/CD)
- Scenariusze wysokiej gęstości wdrożenia (wymagające uruchomienia dużej liczby instancji)
Dlaczego technologia kontenerowa cieszy się tak wielką popularnością?
Spójność pomiędzy rozwojem a eksploatacją i utrzymaniem.
Kontenery zapewniają spójną "środowisko deweloperskie, środowisko testowe i środowisko produkcyjne", rozwiązując klasyczny problem: "na moim komputerze wszystko jest w porządku, ale na serwerze nie działa"."
Elastyczna skalowalność i mikrousługi
Lekka natura kontenerów sprawia, że doskonale nadają się one do architektury mikrousług, umożliwiając szybkie uruchamianie i zamykanie instancji oraz automatyczną skalowalność.
Kultura DevOps napędza
Technologia kontenerów doskonale pasuje do koncepcji DevOps i umożliwia automatyczne wdrażanie, aktualizacje na bieżąco oraz inne nowoczesne praktyki w zakresie tworzenia oprogramowania.
Przykład zastosowania w praktyce.
Wdrożenie aplikacji internetowej w tradycyjny sposób.
Załóżmy, że chcesz wdrożyć aplikację internetową w Pythonie. W tradycyjnym podejściu konieczne jest:
- Instalowanie systemu operacyjnego.
- Instalowanie środowiska wykonawczego Pythona.
- Zainstaluj biblioteki zależne (np. Django, sterowniki MySQL itd..).
- Konfiguracja zmiennych środowiskowych.
- Wdrożenie kodu aplikacji.
Proces ten naraża na duże prawdopodobieństwo wystąpienia błędów i utrudnia jego powtórzenie.
Wdrożenie przy użyciu Dockera
Aby korzystać z Dockera, wystarczy:
- Napisz plik Dockerfile (definiujący kroki budowlane).
- Rozpocznij działanie.
docker buildGenerowanie obrazu na podstawie polecenia. - Rozpocznij działanie.
docker runUruchom kontener.
Cały proces można powtórzyć, zautomatyzować i uzyskać jego całkowitą spójność.
Podsumowanie.
Technologia kontenerów (zwłaszcza Docker) nie jest alternatywą dla tradycyjnej wirtualizacji, lecz stanowi jej uzupełnienie.Technologie uzupełniające się nawzajem.Rozwiązują one problemy na różnych poziomach:
- WirtualizacjaNacisk kładziony jest naIzolacja i alokacja zasobów sprzętowych.Zapewnij kompletne środowisko systemowe.
- PojemnikNacisk kładziony jest naIzolacja i przenośność samej aplikacji.Zapewnia lekkie środowisko uruchomieniowe.
W nowoczesnej architekturze IT często można zaobserwować połączenie obu rozwiązań: uruchamianie kontenerów na maszynach wirtualnych, co pozwala korzystać z zalet izolacji sprzętowej wirtualizacji oraz zalet przenośności aplikacji w kontenerach.
Zrozumienie tej różnicy ma kluczowe znaczenie dla wejścia w świat nowoczesnego rozwoju oprogramowania, a technologia kontenerów stała się de facto standardem wdrażania aplikacji w epoce chmury.
Polski