Как работает контейнеризация приложений

Впервые такое направление, как контейнеризация приложений появилось достаточно давно, но востребованным оно стало только после 2013 года благодаря Docker. И с тех пор технология успешно развивается, открывает для себя новые возможности, расширяет области применения. Согласно статистическим данным, уже в следующем году свыше 75% мировых компаний перейдут на контейнеры. Виртуализация операционных систем с изолированными пользовательскими пространствами, встроенными непосредственно в ОС уже становится нормой.

То есть контейнер – это автономная портативная вычислительная среда, содержащая все то, что будет необходимо приложению для запуска. Речь идет о библиотеках, зависимостях, конфигурационных данных. Все это идет одним пакетом и помещается в ядро операционной системы. При этом контейнер обособлен от хостовой ОС и наделен ограниченным доступом к базовым ресурсам, что присуще любой маловесящей виртуальной машине.

Благодаря такому решению запуск приложения в контейнере может выполняться на любых типах инфраструктуры: внутри виртуальной машины, на пустой машине, в облаке. При этом нет необходимости в рефакторинге, настройке гостевых операционных систем (актуально для виртуальных машин). Высокая эффективность технологии способствовала повышению ее востребованности, в частности для упаковки микросервисов – основ разрабатываемых приложений. Познакомимся в статье с особенностями данной технологии.

Какую пользу компании могут принести контейнеры

Контейнеризация позволяет существенно снизить операционные затраты на разработку и эксплуатацию приложений. Именно это преимущество дало старт успешному развитию технологии и сделало решения на ее основе столь привлекательными для бизнеса. Обеспечивается это малым весом, быстротой действия, возможностью работать в абстрактной среде, перевода проблем с аппаратной частью и операционной системой провайдеру.

Техники оценили способность контейнеров упаковываться вместе со средой запуска. Это позволило решить проблему зависимости в разных средах. Так, благодаря данной технологии не возникнет сбоев в случае использования разработчиком разных версий языковых библиотек. Для виртуальных машин такая проблема очень актуальна. И чтобы устранить ее разработчикам приходилось тратить время на их анализ и устранение.

Легкость в настройках и возможность быстро менять конфигурации, версионировать их параллельно с кодом софта, набором инструментов для масштабирования инфраструктуры позволяют существенно сократить время разработки. Также они упрощают и последующее управление им в продакшене. При необходимости можно будет легко сменить провайдера, ведь фактически не существует привязки к хостинговым платформам. Контейнеры смогут работать на ПК, классических и облачных серверах.

Принципы, на которых строится контейнеризация

Чтобы приложение стабильно и эффективно работало создания приложения образа контейнера и его запуска будет недостаточно. Необходимо еще обеспечить соответствие архитектуры софта и контейнера общим принципам контейнеризации:

1. Для каждого сервиса создаем свой контейнер. Каждый контейнер предназначен для выполнения только одной функции. И не стоит забрасывать в него все то, что потребуется для работы софта. Такое решение позволяет добиться отличной масштабируемости приложений и многоразового использования образов. Разведя все опции по отдельным контейнерам, вы сможете с высокой точностью повышать производительность софта.
2. Сохраняем образ. Все изменения, которые будут выполняться внутри контейнера приложений следует вносить на этапе сборки образа. Так, в случае его повреждения вы сохраните свои данные. Стабильность образа позволит параллельно работать в CI/CD системах, выполнять разносторонние тестирования, что в итоге приведет к сокращению времени разработки приложения.
3. Возможность утилизации. В любой момент контейнер можно уничтожить, заменив его на новый. При этом обслуживание сохраняется. Такая необходимость может возникнуть в случае появления сбоев при проверке его состоянии, при понижающем масштабировании и пр. То есть выход контейнера из строя – это не приговор. Его всегда можно утилизировать его и тут же заменить на новый, работающий корректно.
4. Предоставление отчетности. В любом контейнере должны присутствовать маркеры, позволяющие определять их готовность и жизнеспособность. Должны быть предоставлены логи для их отслеживания в работающем продукте.
5. Простая управляемость. Контейнерное приложение должно взаимодействовать с процессом, предназначенным для контроля над ним. Как пример: по внешней команде должно выполняться корректное завершение работы. Такое решение предотвратит утрату данных пользователя при удалении контейнера или его внеплановой остановке. Все операции будут закрываться правильно.
6. Автономность. В образе должны присутствовать все инструменты и зависимости, которые потребуются в рабочем процессе. А вот уже отдельные контейнеры могут зависеть друг от друга. Для определения их взаимодействия используются специальные инструменты оркестрирования.
7. Возможность ограничения ресурсов. В процессе эксплуатации можно будет устанавливать ресурсные лимиты, правильно расставляя приоритеты. Так можно будет обеспечить хорошую экономию средств и своевременность реагирования на повышение потребления.

Только тот продукт, который соответствует данным требованиям имеет право на использование. В противном случае, проблем в работе будет больше, чем результативности.

Как же работает виртуальная контейнеризация?

С конструктивной точки зрения контейнер представляет собой исполняемый пакет программного обеспечения, способный работать вне хостинговой операционной системы. Благодаря его легковесности, один хост сможет поддерживать огромное количество контейнеров, вплоть до нескольких тысяч. И каждый из них запускает свой собственный независимый процесс, потребляя минимум ресурсов. И другие контейнеры не будут иметь к нему доступа.

Контейнеризация приложений позволяет создавать продукты с многослойной структурой:

1. Первый слой (нижний). Здесь размещаются аппаратные компоненты, которые потребуются для построения инфраструктуры. Это процессор, дисковое хранилище данных, настройки сети.
2. Второй слой. Это сама хостинговая операционка и ее ядро. Ядро – это некого рода связующее звено между программным обеспечением ОС и аппаратными компонентами системы базы данных.
3. Третий слой. Здесь уже размещается контейнерный движок и его операционка. Они уже изначально приспособлены к используемой технологии контейнеризации.
4. Четвертый слой (верхний). Это уже место хранения файлов и библиотек как самого приложения, так и его отдельных компонентов, работающих в изолированных контейнерах.

Свое развитие контейнеризация начала с контрольной группы (control groups), получившей название Cgroups. Она содержала набор функций изолирования и контроля над использованием ресурсов и основывалась на ядре ОС Linux. Так Cgroups и стали контейнерами данной операционной системы, получив впоследствии более передовые опции и функции изолирования компонентов, в частности файловые системы, таблицы маршрутизации. Контейнеризация приложений Linux позволяет:

• устанавливать файловые системы;
• исполнять команды, выдаваемые root;
• получать IP-адреса.

Все действия выполняются в персональном пользовательском пространстве. В структуре Linux контейнера предусмотрены bins/libs для каждого из рабочих софтов, но здесь нет возможности упаковать ядро ОС или сопутствующего оборудования. Благодаря этому данные контейнеры получились достаточно легкими.

Еще один популярный вид контейнеров – Docker, запущенный в использование в 2013 г. Основой для его создания стал дистрибутив Linux. На сегодня Docker считается уже неким отраслевым стандартом. Он может вносить корректировки, дополнения в спецификацию Open Container Initiative (OCI), определяющей требования к области форматов образцов. Здесь уже один и тот же набор контейнеров можно использовать и при работе с ОС Linux и с Windows. В современных цифровых рабочих пространствах такая кроссплатформенность играет большую роль. Пользователи могут работать с разными устройствами, операционные системами, интерфейсами, программами, будучи уверенными в их корректности.

А как обстоят дела с безопасностью контейнеров?

Безопасность контейнеров у многих специалистов вызывает сомнения. Но здесь не все однозначно. Если создать для них полную автономность, риски сводятся к минимуму. Но если же допустить ошибки при их запуске, не обеспечив 100% изоляцию, вредоносные коды из интернета могут проникнуть в память сервера.

Чтобы минимизировать такие риски необходимо:

1. Обеспечить абсолютную изоляцию процессов. Самое простое решение здесь – придерживаться ключевого принципа контейнеризации: под решение каждой задачи создавать свой контейнер. То есть на одно приложение работает один контейнер.
2. Исключить использование готовых продуктов из непроверенных источников. В идеале – работать стоит с собственными непубличными хранилищами данных с контейнерами (Container Registry) с возможностью интегрирования в CI/CD-среды.
3. Применяйте внутренние функции сервиса с целью установления уязвимых мест в структуре вспомогательного программного обеспечения. Подобное тестирование легко организовать в CI/CD-среде. С его помощью можно будет исключить развертывание уязвимых сервисов в продакшене.

Эти 3 простых правила обеспечат максимальны высокий уровень безопасности контейнеров.

Что такое системы оркестрации в системах контейнеризации?

Оркестрация – система, обеспечивающая управление контейнерами. С ее помощью можно автоматизировать развертывание, масштабирование и корректировку работы соответствующих приложений. Стандартом в области современной оркестрации признан инструмент Kubernetes. Это продукт с открытым исходным кодом, совместимый с несколькими рабочими средами, в том числе и Docker.

Управлять современными приложениями, при разработке которых использовались сотни, а то и тысячи контейнеров крайне сложно. И, чтобы упросить это решение и была создана технология оркестрирования. Kubernetes позволяет работать с огромным количеством сервисов на протяжении их полного жизненного цикла. Он берет на себя управление подготовкой, мониторинг состояния, резервирование, масштабирование, распределение ресурсов и нагрузки, перемещение между отдельными сервисами и пр.

Наряду со стандартизированными решениями, платформы окрестрирования контейнеров наделены и рядом дополнительных возможностей. В частности, Kubernetes способен автоматически масштабировать инфраструктуру, позволяя добавлять и отсоединять контейнеры, корректируя их количество в зависимости от нагрузки на софт. Благодаря этому сохраняется стабильность его работы. Максимально оценить эффективность контейнеризации приложений с помощью Docker и Kubernetes смогут крупные ретейлеры в «черную пятницу». Даже в пик нагрузки сервисы не выходят из строя, а приложения не вылетают.

Воспользовавшись оркестрацией от провайдера, вы существенно упрощаете работу специалистов в области обновления, администрирования, резервного копирования. При этом доставка софтов будет более быстрой, автоматическое масштабирование будет выполняться в один клик, мониторить запущенные сервисы можно будет в одном месте и пр.

Где стоит использовать контейнеризацию, а где лучше от нее отказаться?

Контейнеризация приложений даст хороший результат, если:

• необходимо упростить процесс развертывания и сопровождения софтов;
• требуется обеспечить тестирование или отладку сомнительного в плане безопасности кода;
• надо запустить продукт с другим дистрибутивом операционной системы;
• предстоит работать с горизонтально масштабируемыми приложениями в случае одновременного запуска нескольких одинаковых сервисов на имеющихся ресурсах;
• необходимо передавать отдельные компоненты софта в процессе его разработки, тестирования или внедрения между членами команды, позволяя им быстро вносить изменения;
• речь идет о микросервисах с независимой разработкой и обновлением;
• предстоит мигрированные или модернизация имеющихся софтов в инновационные среды.

Если же для работы вашего проекта требуется не та операционная система, которая установлена на сервере, использовать контейнеризацию не стоит.

Получить более подробные консультации, узнать последние новости в данном направлении можно у специалистов компании «Xelent». Также здесь вы получите лучшие решения в сфере контейнеризации приложений для своего бизнеса. Для связи со специалистами воспользуйтесь формой обратной связи или телефоном.

Виртуальный сервер (VDS/VPS)

Оптимальные тарифы для облачных решений! Полный аналог «железного» сервера в виртуальной среде.

Облако для бизнеса

Облака в бизнесе применяются для хранения и обработки информации. Такие решения пользуются спросом среди малого, среднего и крупного бизнеса. Небольшие организации переносят в облако почтовые сервисы, бухгалтерию, приложения для обмены данными.

Отказоустойчивое облако Xelent

Каждый элемент в отказоустойчивом облаке подключен к двум независимым линиям питания. Система АВР позволяет корректно переключать нагрузку между основным и резервным питанием.