Что такое контейнеризация
Контейнеризация — это технология абстракции, которая позволяет упаковывать и исполнять приложения вместе со всеми их зависимостями в изолированных средах, называемых контейнерами. Такие среды могут быть запущены практически на любой платформе, главное, чтобы ядро операционной системы хоста совпадало с тем, что используется в контейнере. Контейнеризацию часто сравнивают с виртуализацией, в процессе которой виртуализируется аппаратное обеспечение и ОС, однако при контейнерном методе абстракции поддаются только уровни приложений выше системного. В статье мы объясняем, как работает и зачем нужна технология контейнеризации, в чем ее плюсы, и рассказываем о существующих типах контейнеров.
Для чего нужна контейнеризация и как она работает
Контейнеризация была создана в ответ на сложности, связанные с развертыванием и масштабированием приложений в среде с неоднородными компьютерными системами и различными требованиями к зависимостям. Она позволяет разработчикам упаковывать все необходимые компоненты приложения (app) — код, библиотеки, среду выполнения, настройки — в один контейнер, который затем можно развернуть на любой поддерживаемой платформе без внесения изменений.
Процесс контейнеризации возможен благодаря специальным контейнерным движкам и оркестраторам вроде Docker, Linux Containers (LXC), Kubernetes и другим. С их помощью создается изолированная среда, которая запускает контейнер и обеспечивает ему доступ к ресурсам хост-системы (обычно это Linux): процессору, оперативной памяти, дисковому пространству. При этом контейнеры работают независимо от операционной системы и программного обеспечения, установленных на конкретной машине. Все зависимости, нужные для правильной работы приложения, уже упакованы в эту среду, поэтому оно функционирует практически в любом окружении. Контейнеризация обеспечивает совместимость приложений даже в условиях, когда у них имеются разные требования к версиям программ и настройкам.
Еще одной задачей контейнеризации является создание удобной рабочей инфраструктуры. Разработчики могут создавать контейнеры с необходимыми настройками, инструментами и зависимостями и легко распространять их между всеми членами команды для более безопасной и комфортной работы. Такой подход обычно используется при организации микросервисной архитектуры. Кроме того, эта технология используется для более эффективного контроля ресурсов и снижения нагрузки на систему.
Типы контейнеров
Как мы уже сказали, сама суть контейнеризации состоит в том, чтобы отдельные приложения можно было запускать в различном программном окружении без каких-либо конфликтов между контейнерным и установленным на компьютере ПО. При этом важно, чтобы операционная система этого компьютера базировалась на том же ядре, на каком функционирует контейнер. Условно говоря, если виртуальную машину с ОС Windows возможно создать на сервере с Linux, то контейнер — нет. В нем можно использовать только приложения, совместимые с семейством системы хоста. Такое ограничение связано с разницей в архитектуре системных ядер.
В остальном содержание контейнера может быть любым. При контейнеризации чаще всего применяются два типа контейнеров: приложений и операционной системы. Ниже мы расскажем о каждом из них подробнее.
Контейнеры приложений
Это самый распространенный вид контейнеров, который в основном используется для организации работы микросервисов с горизонтальной масштабируемостью. В контейнер приложения (Application Container) упаковываются зависимости, необходимые для выполнения одного определенного процесса. Он содержит только те компоненты, благодаря которым работает тот или иной микросервис. То есть контейнер приложения отвечает за запуск отдельного процесса, а тот, в свою очередь, запускает одно приложение. При этом он полностью изолирован как от влияния других контейнеров, так и от влияния хостовой операционной системы.
Такая изоляция микросервисов позволяет выстраивать сложные многоконтейнерные приложения, чьи процессы выполняются стабильно и безопасно, независимо друг от друга. Контейнеры приложений могут передавать данные, «общаться» между собой, но если в одном из них произойдет сбой, это никак не скажется на работе остальных. Например, вредоносный код не сможет распространиться из одного контейнера в другой. Контейнеризация этого типа предоставляет гарантии воспроизводимости и согласованности работы приложения на разных окружениях. Больше всего подходит для неизменяемых инфраструктур. Наиболее популярным инструментом для создания контейнеров приложений является Docker.
Контейнеры операционной системы
Системные контейнеры (System Container) по своему функционалу ближе к виртуальным машинам, которые создаются при виртуализации. Они представляют собой не просто среду для выполнения одного приложения, а полноценный экземпляр ОС со своим ядром и всеми необходимыми файлами настроек, только функционирующий внутри хостовой системы. Контейнеры ОС особенно полезны для больших классических приложений, процессы в которых неотделимы и не могут выполняться изолированно. В этом случае контейнеризация позволяет осуществить внутри контейнера запуск дополнительных процессов, помимо основного, и создать независимую настроенную среду для разработки и тестирования.
Создание контейнеров операционной системы обычно осуществляется с использованием шаблонов или образов, которые определяют их структуру и содержимое. С помощью таких образов можно формировать контейнеры с идентичными средами, применяя одинаковые версии пакетов и конфигурации во всех из них. Таким образом обеспечивается согласованность данных и ПО, а также удобство в управлении контейнерами.
В системной контейнеризации также часто применяется Докер, но распространены и такие технологии, как OpenVZ (нередко упоминается как программный вид виртуализации), LXC, Solaris и др.
Преимущества контейнеризации
Как технология абстракции ПО, контейнеризация имеет немало преимуществ перед стандартными способами разработки и развертывания приложений. К ее плюсам относятся:
- Легкая переносимость. Благодаря тому, что приложения в контейнерах могут работать в собственной среде, без опоры на операционную систему хоста, их можно переносить и запускать на любых платформах. Разработчики пишут приложение один раз, а после просто развертывают контейнер в разных ОС, при этом не изменяя программный код. Эта портативность позволяет создавать единую рабочую инфраструктуру.
- Высокая скорость. В отличие от виртуальных машин, контейнеры вместе используют ресурсы хостового системного ядра и не перегружены лишними процессами. Они быстро развертываются, потому что им не надо эмулировать работу целой системы. Контейнер обслуживает конкретный сервис и потребляет только требующуюся для него вычислительную мощность. В результате это существенно сокращает время разработки.
- Изоляция и безопасность. Контейнерные приложения существуют в изолированной среде, они не зависят от работы соседних контейнеров, т. е. каждый процесс защищен от влияния остальных. Это дает сразу два преимущества. Во-первых, все ошибки носят локальный характер и могут быть выявлены гораздо быстрее. Во-вторых, в случае заражения контейнера вредоносным кодом или при других атаках «здоровые» контейнеры остаются в безопасности, благодаря чему работа приложения не нарушается.
- Возможность масштабирования. Контейнеризация позволяет горизонтально масштабировать приложения, то есть запускать больше сервисов одновременно, изменять количество функционирующих контейнеров для одного или нескольких приложений. Гибкая масштабируемость способствует построению микросервисной архитектуры — самой популярной на сегодня.
- Эффективное управление ресурсами. Помимо того, что контейнеры потребляют меньше вычислительных ресурсов, они легко контролируются с помощью платформ оркестрации. Если правильно настроить такую систему, то можно легко ограничивать и распределять определенные ресурсы между контейнерами: память, процессор, дисковое пространство. Контейнеризация позволяет задавать приоритеты, устанавливать лимиты на потребление и указывать, что делать в случае перерасхода: например, завершать функцию или, наоборот, отдать ей часть мощности от других.
Заключение
Контейнеризация является мощным инструментом для разработчиков и системных администраторов, позволяющим упаковывать и выполнять приложения с их зависимостями в изолированных средах. Она устраняет многие сложности, связанные с развертыванием и масштабированием приложений, и предоставляет преимущества, которые сделали ее самым популярным подходом в современной IT-разработке.
