13.07.2022

Контейнеры и Docker: просто о главном

Что такое Docker?

В текущих условиях разработки и развертывания программного обеспечения эффективность, а также гибкость имеют ключевое значение. И Docker – это инструмент, который сильно облегчает программирование. Но что же делает Докер таким особенным, а также как он изменяет способы создания, управления приложениями?

В отличие от виртуальных машин, контейнеры Докер используют общую операционную систему, что позволяет им быть более легковесными, эффективными. Они изолируют программы в собственных автономных средах, позволяя им запускаться в любом окружении без изменения исходного кода.

Если попытаться ответить на вопрос «что такое Докер простыми словами», то это технология, которая позволяет упаковывать приложение и его зависимости в единый контейнер, который можно запустить где угодно. Это устраняет проблемы с переносимостью программного обеспечения, обеспечивая консистентное, повторяемое поведение приложения независимо от того, на каком оборудовании оно работает.

Докер позволяет разработчикам быстро тестировать, а также развертывать новые версии ПО. Контейнеры легко создавать, управлять, обновлять, что делает их идеальными для разработки на базе микросервисов или интеграции с DevOps практиками. Если говорить для чайников, Докер не только упрощает процесс разработки, развертывания, но и улучшает общую эффективность работы команды, снижая расходы на инфраструктуру, а также время на выпуск продукта.

Для чего нужен Docker?

Докер получил широкое признание в разработке, а также эксплуатации программного обеспечения, предлагая уникальный подход к управлению программами, их окружением.

Он используется для создания, а также запуска контейнеров – легковесных, автономных пакетов, содержащих все необходимое для выполнения приложения. Это обеспечивает единое окружение для разработки, тестирования, развертывания программ, устраняя проблемы, возникающие из-за разницы в настройках на различных серверах, платформах.

Основные цели использования Docker:

Упрощение разработки, развертывания: Докер позволяет разработчикам упаковывать программы с их зависимостями, что делает процесс развертывания более предсказуемым, стабильным. Это обеспечивает единообразие работы в разных средах – от локальной разработки до облачных серверов;
Обеспечение согласованности окружения: Код, который работает на локальной машине разработчика, будет функционировать так же и в тестовой или продакшн-среде. Это устраняет типичные проблемы с «работает у меня, но не у него» при передаче ПО между различными этапами разработки;
Поддержка микросервисной архитектуры: Докер способствует разработке ПО на основе микросервисов, позволяя изолировать, управлять различными частями системы независимо. Это упрощает обновление, тестирование, масштабирование отдельных компонентов;
Ускорение интеграции, тестирования: Докер позволяет быстро создавать контейнеры для различных версий ПО, а также тестировать их в изолированных средах. Это облегчает работу по непрерывной интеграции, доставки (CI/CD), сокращая время на установку или конфигурацию тестовых окружений;
Повышение гибкости развертывания: Запуск возможен на различных платформах, включая локальные серверы, виртуальные машины, облачные среды. Это позволяет организациям легко переносить ПО между различными инфраструктурами без необходимости изменения кода или конфигураций.

Основные элементы Docker

Докер предоставляет набор инструментов, а также компонентов, каждый из которых играет важную роль в контейнеризации ПО. Эти элементы обеспечивают полную поддержку для разработки, тестирования, развертывания, позволяя легко управлять приложениями в изолированных средах. Среди них можно выделить:

Docker Containers: Этот элемент содержит все необходимые для работы программы файлы и библиотеки, но при этом используют общие ресурсы хост-системы. Это позволяет запускать несколько контейнеров одновременно на одном сервере, избегая конфликтов между приложениями;
Docker Images: Неизменяемые шаблоны, которые включают в себя все, что необходимо для работы программы: от исходного кода до системных библиотек, конфигураций. Образы можно создавать с нуля или на основе существующих, используя Dockerfile, и хранить их в репозиториях для повторного использования;
Dockerfile: Создание образов осуществляется с помощью Dockerfile – специального текстового файла, содержащего последовательность инструкций для сборки. Эти инструкции определяют, какие операции нужно выполнить для установки зависимостей или настройки рабочего окружения. Dockerfile обеспечивает автоматизацию, а также стандартизацию создания образов;
Docker Hub: Облачный сервис, где можно сохранять, находить, а также делиться Docker Images. Он поддерживает как публичные, так и приватные репозитории, а также позволяет автоматизировать создание образов, синхронизируя их с системами контроля версий и инструментами CI/CD;
Docker Compose: Инструмент для определения, а также развертывания многоконтейнерных программ Он позволяет описывать конфигурацию приложения, включающего несколько взаимосвязанных сервисов, в одном YAML-файле. С его помощью можно легко управлять жизненным циклом ПО, запуская, останавливая, обновляя его в едином процессе;
Docker Engine: Это ядро Docker, которое включает в себя набор сервисов для управления. Оно состоит из нескольких компонентов:

Docker Daemon: Этот процесс отвечает за управление контейнерами, образами и сетями. Он принимает команды от CLI или API, выполняя их на уровне операционной системы;
Docker CLI: Интерфейс командной строки, который предоставляет пользователям возможность взаимодействовать с Docker Daemon для выполнения команд по созданию, а также управлению;
Docker API: Этот интерфейс позволяет другим инструментам или программам взаимодействовать с Docker Daemon, обеспечивая интеграцию Докер в автоматизированные процессы разработки, а также развертывания.

Эти компоненты интегрируются друг с другом, создавая мощную и гибкую платформу для контейнеризации. Они упрощают создание, развертывание приложений, обеспечивая их надежность, масштабируемость.

Преимущества Docker

Докер популярен в мире разработки, а также развертывания программного обеспечения благодаря следующим преимуществам:

Унификация среды выполнения: Одно из главных преимуществ Докер – способность унифицировать окружение, в котором запускается программа. С его помощью можно гарантировать, что приложение будет работать одинаково на всех этапах – от разработки и тестирования до продакшн-среды. Это позволяет избежать классических проблем с несовместимостями, которые часто возникают при переносе кода между разными системами;
Повышенная портативность: Контейнеры Докер полностью изолированы от хост-системы и содержат все, что необходимо для работы приложения. Это делает их высокопортативными. Это свойство особенно полезно при переходе между различными средами, такими как локальные разработки, тестовые серверы, облачные платформы;
Эффективное использование ресурсов: В отличие от традиционных виртуальных машин, Докер использует общее ядро операционной системы и разделяет ресурсы, такие как память или процессорное время. Это позволяет значительно снизить расходы и запускать больше контейнеров на одном и том же оборудовании;
Ускоренное развертывание и разработка: Докер ускоряет процессы разработки, а также развертывания, предлагая специальные инструменты. Например, с помощью Dockerfile можно автоматизировать сборку, а Docker Compose позволяет легко развертывать комплексные приложения, состоящие из нескольких сервисов. Это сокращает время вывода продукта на рынок, а также упрощает тестирование новых версий;
Улучшенная изоляция, безопасность: Docker работает в изолированном пространстве, что минимизирует риск конфликтов между программами и их зависимостями. Это также способствует улучшению безопасности: если одно приложение скомпрометировано, другие контейнеры остаются защищенными благодаря их изоляции;
Легкость управления версиями: Докер упрощает управление версиями программ и их зависимостей. Системы контроля версий позволяют легко откатываться к предыдущим версиям образов, тестировать новые сборки в изолированных средах, а также быстро переключаться между различными версиями в случае обнаружения ошибок или необходимости восстановления;
Поддержка микросервисной архитектуры: Докер идеален для разработки, а также развертывания ПО на основе микросервисов. Он позволяет изолировать различные компоненты системы, что облегчает их независимое масштабирование, обновление и управление. Микросервисный подход, реализованный с помощью Докер, способствует созданию более гибких, устойчивых архитектур, готовых к быстрому изменению или масштабированию.

Принцип работы контейнеров

Контейнеры, как IT-технология, предлагают эффективный способ упаковки, развертывания и управления программами в изолированных средах.

В их основе лежит концепция изоляции. Каждый контейнер работает независимо от других, используя механизмы пространства имен (namespaces) и контрольных групп (cgroups), которые предоставляет ядро операционной системы. Пространства имен изолируют системные ресурсы, такие как процессы, сети, файловые системы, создавая иллюзию, что каждый контейнер работает на отдельной системе. Контрольные группы, в свою очередь, обеспечивают ограничение ресурсов, предотвращая их конкурентное потребление.

Контейнеры используют общий хост, но разделяют необходимые ресурсы, такие как процессорное время, память, сетевые интерфейсы. Это позволяет запускать множество контейнеров на одном хосте без расходов, связанных с полноценными виртуальными машинами. Контейнеры также делят только те части файловой системы, которые необходимы для их работы, что обеспечивает эффективное использование дискового пространства.

Технологии Docker

Докер хорош тем, что объединяет несколько технологий, которые обеспечивают его неповторимые возможности по созданию, управлению и развертыванию:

Пространства имен (Namespaces): Эта технология позволяет работать в изолированных от других системных процессов средах. Пространства имен создают отдельные области для таких ресурсов, как процессы, сети и межпроцессное взаимодействие. Благодаря этому каждый контейнер видит свою собственную изолированную копию системы, что предотвращает конфликты между ними, а также защищает хост-систему;
Контрольные группы (Cgroups): Эта технология позволяет устанавливать лимиты и приоритеты на использование CPU, памяти и других ресурсов. Контрольные группы обеспечивают справедливое распределение ресурсов между контейнерами и предотвращают ситуацию, когда один контейнер потребляет все доступные ресурсы, ухудшая производительность других контейнеров на том же хосте;
Union Filesystems: Позволяет объединять несколько файловых систем в один виртуальный слой, где каждый слой представляет собой набор изменений относительно предыдущего. Это сокращает затраты на хранение, а также ускоряет развертывание, так как образы могут повторно использовать общие слои;
Сетевые драйверы: Для управления сетевыми взаимодействиями Докер использует различные сетевые драйверы. Эти драйверы обеспечивают контейнерам возможность общения друг с другом или с внешним миром;
Docker API: Предоставляет программный интерфейс для взаимодействия с Docker Daemon. Этот API позволяет разработчикам, а также автоматизированным системам выполнять команды для создания, управления, а также мониторинга.

Эти технологии делают Докер мощным инструментом для разработки, развертывания приложений, предоставляя средства для эффективного управления изоляцией, ресурсами, сетями, а также упрощая интеграцию, автоматизацию процессов.