Понимая Docker
Докер — это открытая платформа для разработки, доставки и эксплуатации приложений. Docker разработан для более быстрого выкладывания ваших приложений. С помощью docker вы можете отделить ваше приложение от вашей инфраструктуры и обращаться с инфраструктурой как управляемым приложением. Docker помогает выкладывать ваш код быстрее, быстрее тестировать, быстрее выкладывать приложения и уменьшить время между написанием кода и запуска кода. Docker делает это с помощью легковесной платформы контейнерной виртуализации, используя процессы и утилиты, которые помогают управлять и выкладывать ваши приложения.
В своем ядре docker позволяет запускать практически любое приложение, безопасно изолированное в контейнере. Безопасная изоляция позволяет вам запускать на одном хосте много контейнеров одновременно. Легковесная природа контейнера, который запускается без дополнительной нагрузки гипервизора, позволяет вам добиваться больше от вашего железа.
- упаковывание вашего приложения (и так же используемых компонент) в docker контейнеры;
- раздача и доставка этих контейнеров вашим командам для разработки и тестирования;
- выкладывания этих контейнеров на ваши продакшены, как в дата центры так и в облака.
Для чего я могу использовать docker?
Быстрое выкладывание ваших приложений
Docker прекрасно подходит для организации цикла разработки. Docker позволяет разработчикам использовать локальные контейнеры с приложениями и сервисами. Что в последствии позволяет интегрироваться с процессом постоянной интеграции и выкладывания (continuous integration and deployment workflow).
Например, ваши разработчики пишут код локально и делятся своим стеком разработки (набором docker образов) с коллегами. Когда они готовы, отравляют код и контейнеры на тестовую площадку и запускают любые необходимые тесты. С тестовой площадки они могут оправить код и образы на продакшен.
Более простое выкладывание и разворачивание
Основанная на контейнерах docker платформа позволят легко портировать вашу полезную нагрузку. Docker контейнеры могут работать на вашей локальной машине, как реальной так и на виртуальной машине в дата центре, так и в облаке.
Портируемость и легковесная природа docker позволяет легко динамически управлять вашей нагрузкой. Вы можете использовать docker, чтобы развернуть или погасить ваше приложение или сервисы. Скорость docker позволяет делать это почти в режиме реального времени.
Высокие нагрузки и больше полезных нагрузок
Docker легковесен и быстр. Он предоставляет устойчивую, рентабельную альтернативу виртуальным машинам на основе гипервизора. Он особенно полезен в условиях высоких нагрузок, например, при создания собственного облака или платформа-как-сервис (platform-as-service). Но он так же полезен для маленьких и средних приложений, когда вам хочется получать больше из имеющихся ресурсов.
Главные компоненты Docker
- Docker: платформа виртуализации с открытым кодом;
- Docker Hub: наша платформа-как-сервис для распространения и управления docker контейнерами.
Архитектура Docker
Docker использует архитектуру клиент-сервер. Docker клиент общается с демоном Docker, который берет на себя тяжесть создания, запуска, распределения ваших контейнеров. Оба, клиент и сервер могут работать на одной системе, вы можете подключить клиент к удаленному демону docker. Клиент и сервер общаются через сокет или через RESTful API.
Docker-демон
Как показано на диаграмме, демон за пускается на хост-машине. Пользователь не взаимодействует с сервером на прямую, а использует для этого клиент.
Docker-клиент
Docker-клиент, программа docker — главный интерфейс к Docker. Она получает команды от пользователя и взаимодействует с docker-демоном.
Внутри docker-а
- образы (images)
- реестр (registries)
- контейнеры
Образы
Docker-образ — это read-only шаблон. Например, образ может содержать операционку Ubuntu c Apache и приложением на ней. Образы используются для создания контейнеров. Docker позволяет легко создавать новые образы, обновлять существующие, или вы можете скачать образы созданные другими людьми. Образы — это компонента сборки docker-а.
Реестр
Docker-реестр хранит образы. Есть публичные и приватные реестры, из которых можно скачать либо загрузить образы. Публичный Docker-реестр — это Docker Hub. Там хранится огромная коллекция образов. Как вы знаете, образы могут быть созданы вами или вы можете использовать образы созданные другими. Реестры — это компонента распространения.
Контейнеры
Контейнеры похожи на директории. В контейнерах содержится все, что нужно для работы приложения. Каждый контейнер создается из образа. Контейнеры могут быть созданы, запущены, остановлены, перенесены или удалены. Каждый контейнер изолирован и является безопасной платформой для приложения. Контейнеры — это компонента работы.
Так как же работает Docker?
- можем создавать образы, в которых находятся наши приложения;
- можем создавать контейнеры из образов, для запуска приложений;
- можем распространять образы через Docker Hub или другой реестр образов.
Как работает образ?
Мы уже знаем, что образ — это read-only шаблон, из которого создается контейнер. Каждый образ состоит из набора уровней. Docker использует union file system для сочетания этих уровней в один образ. Union file system позволяет файлам и директориями из разных файловых систем (разным ветвям) прозрачно накладываться, создавая когерентную файловую систему.
Одна из причин, по которой docker легковесен — это использование таких уровней. Когда вы изменяете образ, например, обновляете приложение, создается новый уровень. Так, без замены всего образа или его пересборки, как вам возможно придётся сделать с виртуальной машиной, только уровень добавляется или обновляется. И вам не нужно раздавать весь новый образ, раздается только обновление, что позволяет распространять образы проще и быстрее.
В основе каждого образа находится базовый образ. Например, ubuntu, базовый образ Ubuntu, или fedora, базовый образ дистрибутива Fedora. Так же вы можете использовать образы как базу для создания новых образов. Например, если у вас есть образ apache, вы можете использовать его как базовый образ для ваших веб-приложений.
Примечание! Docker обычно берет образы из реестра Docker Hub.
Docker образы могут создаться из этих базовых образов, шаги описания для создания этих образов мы называем инструкциями. Каждая инструкция создает новый образ или уровень. Инструкциями будут следующие действия:
- запуск команды
- добавление файла или директории
- создание переменной окружения
- указания что запускать когда запускается контейнер этого образа
Эти инструкции хранятся в файле Dockerfile . Docker считывает это Dockerfile , когда вы собираете образ, выполняет эти инструкции, и возвращает конечный образ.
Как работает docker реестр?
Реестр — это хранилище docker образов. После создания образа вы можете опубликовать его на публичном реестре Docker Hub или на вашем личном реестре.
С помощью docker клиента вы можете искать уже опубликованные образы и скачивать их на вашу машину с docker для создания контейнеров.
Docker Hub предоставляет публичные и приватные хранилища образов. Поиск и скачивание образов из публичных хранилищ доступно для всех. Содержимое приватных хранилищ не попадает в результат поиска. И только вы и ваши пользователи могут получать эти образы и создавать из них контейнеры.
Как работает контейнер?
Контейнер состоит из операционной системы, пользовательских файлов и метаданных. Как мы знаем, каждый контейнер создается из образа. Этот образ говорит docker-у, что находится в контейнере, какой процесс запустить, когда запускается контейнер и другие конфигурационные данные. Docker образ доступен только для чтения. Когда docker запускает контейнер, он создает уровень для чтения/записи сверху образа (используя union file system, как было указано раньше), в котором может быть запущено приложение.
Что происходит, когда запускается контейнер?
Или с помощью программы docker , или с помощью RESTful API, docker клиент говорит docker демону запустить контейнер.
- какой образ использовать для создания контейнера. В нашем случае ubuntu
- команду которую вы хотите запустить когда контейнер будет запущен. В нашем случае /bin/bash
Что же происходит под капотом, когда мы запускаем эту команду?
- скачивает образ ubuntu: docker проверяет наличие образа ubuntu на локальной машине, и если его нет — то скачивает его с Docker Hub. Если же образ есть, то использует его для создания контейнера;
- создает контейнер: когда образ получен, docker использует его для создания контейнера;
- инициализирует файловую систему и монтирует read-only уровень: контейнер создан в файловой системе и read-only уровень добавлен образ;
- инициализирует сеть/мост: создает сетевой интерфейс, который позволяет docker-у общаться хост машиной;
- Установка IP адреса: находит и задает адрес;
- Запускает указанный процесс: запускает ваше приложение;
- Обрабатывает и выдает вывод вашего приложения: подключается и логирует стандартный вход, вывод и поток ошибок вашего приложения, что бы вы могли отслеживать как работает ваше приложение.
Используемые технологии
Докер написан на Go и использует некоторые возможности ядра Linux, чтобы реализовать приведенный выше функционал.
Пространство имен(namespaces)
Docker использует технологию namespaces для организации изолированных рабочих пространств, которые мы называем контейнерами. Когда мы запускаем контейнер, docker создает набор пространств имен для данного контейнера.
Это создает изолированный уровень, каждый аспект контейнера запущен в своем простанстве имен, и не имеет доступ к внешней системе.
- pid: для изоляции процесса;
- net: для управления сетевыми интерфейсами;
- ipc: для управления IPC ресурсами. (ICP: InterProccess Communication);
- mnt: для управления точками монтирования;
- utc: для изолирования ядра и контроля генерации версий(UTC: Unix timesharing system).
Control groups (контрольные группы)
Docker также использует технологию cgroups или контрольные группы. Ключ к работе приложения в изоляции, предоставление приложению только тех ресурсов, которые вы хотите предоставить. Это гарантирует, что контейнеры будут хорошими соседями. Контрольные группы позволяют разделять доступные ресурсы железа и если необходимо, устанавливать пределы и ограничения. Например, ограничить возможное количество памяти контейнеру.
Union File System
Union File Sysem или UnionFS — это файловая система, которая работает создавая уровни, делая ее очень легковесной и быстрой. Docker использует UnionFS для создания блоков, из которых строится контейнер. Docker может использовать несколько вариантов UnionFS включая: AUFS, btrfs, vfs и DeviceMapper.
Форматы контейнеров
Docker сочетает эти компоненты в обертку, которую мы называем форматом контейнера. Формат, используемый по умолчанию, называется libcontainer . Так же docker поддерживает традиционный формат контейнеров в Linux c помощью LXC. В будущем Docker возможно будет поддерживать другие форматы контейнеров. Например, интегрируясь с BSD Jails или Solaris Zones.
Как работает Docker: подробный гайд от техлида
Олег Накрайников раскрывает концепцию, устройство и принципы работы Docker и делится упражнениями, которые помогут освоить инструмент.
Фото: Bloomberg / Getty Images
Мария Даровская
Журналист, коммерческий автор и редактор. Пишет про IT, цифровой маркетинг и бизнес.
Сайт: darovska.com.
Олег Накрайников
Technical Lead. Любит GYM, путешествия и компьютерные игры. Пишет технические статьи и иногда технические треды в Twitter.
Ссылки
Контейнеризация — новая идеология в IT. В литературе приводят много аналогий, когда поставщики, то есть разработчики, упаковывают всё в один контейнер, как груз в порту. Это очень хорошая аналогия. Ведь цифровой контейнер точно так же перевозится и распаковывается в готовый продукт.
Основной инструмент контейнеризации — Docker, на его основе даже выстраивают внутреннюю сервисную инфраструктуру. Docker используют в сочетании с оркестраторами, такими как Kubernetes и OpenShift. Эти сервисы знаменуют переход от классических виртуалок к облачной инфраструктуре. С их помощью можно гибче, быстрее и динамичнее управлять ресурсами.
Что такое Docker
Docker — это платформа, которая позволяет упаковать в контейнер приложение со всем окружением и зависимостями, а затем доставить и запустить его в целевой системе.
Приложение, упакованное в контейнер, изолируется от операционной системы и других приложений. Поэтому разработчики могут не задумываться, в каком окружении будет работать их приложение, а инженеры по эксплуатации — единообразно запускать приложения и меньше заботиться о системных зависимостях.
Docker разработали в 2008 году. Изначально это был внутренний проект компании dotCloud, которую впоследствии переименовали в Docker Inc. В 2013 году dotCloud открыла исходный код Docker для сообщества.
Ранние версии Docker представляли собой усовершенствованную обёртку LXC , а с 2015 года Docker уже использовал собственную библиотеку libcontainer, абстрагирующую виртуализационные возможности ядра Linux. Так он превратился в самостоятельную технологию. Платформа неслучайно переехала на libcontainer: гибкость и управляемость LXC-контейнеров оставляла желать лучшего.
Популярность Docker продолжает расти, потому что его поддерживает большое сообщество. Платформа попала в мейнстрим на волне популярности DevOps, быстрых конвейеров доставки и автоматизации.
Устройство и принцип работы Docker
Виртуализация в Docker реализуется на уровне ОС. Виртуальная среда запускается прямо из ядра основной операционной системы и использует её ресурсы.
В поставку Docker входят следующие компоненты:
- Docker host — это операционная система, на которую устанавливают Docker и на которой он работает.
- Docker daemon — служба, которая управляет Docker-объектами: сетями, хранилищами, образами и контейнерами.
- Docker client — консольный клиент, при помощи которого пользователи взаимодействуют с Docker daemon и отправляют ему команды, создают контейнеры и управляют ими.
- Docker image — это неизменяемый образ, из которого разворачивается контейнер.
- Docker container — развёрнутое и запущенное приложение.
- Docker Registry — репозиторий, в котором хранятся образы.
- Dockerfile — файл-инструкция для сборки образа.
- Docker Compose — инструмент для управления несколькими контейнерами. Он позволяет создавать контейнеры и задавать их конфигурацию.
- Docker Desktop — GUI-клиент, который распространяется по GPL. Бесплатная версия работает на Windows, macOS, а с недавних пор и на Linux. Это очень удобный клиент, который отображает все сущности Docker и позволяет запустить однонодовый Kubernetes для компьютера.
Docker изначально создавался под Linux. Поэтому на Windows и macOS запускают виртуальную машину с Linux, а поверх неё — Docker. В macOS используют VirtualBox, а в Windows — Hyper-V.
Работа поверх виртуалок повышает потребление ресурсов. Поэтому Docker на macOS и Windows работает медленнее и с рядом ограничений. Для разработки это приемлемо, но «в бою» так делать никто не будет. На всех популярных платформах в проде используют Linux.
Чем виртуализация отличается от контейнеризации
Контейнеры и виртуальные машины — это разные способы виртуализации. Только виртуалка реализует её на уровне железа, а Docker — на уровне операционной системы.
Виртуальная машина функционирует как отдельный компьютер с собственным оборудованием и операционной системой. Распространённая практика — купить большой сервер и установить на него гипервизор, базу для виртуалок. Сервер «нарезается» на много виртуальных компьютеров, что избавляет нас от необходимости покупать их отдельно.
Виртуальные компьютеры вполне полноценны. На них можно установить операционную систему любого семейства и работать в ней, например, через графический интерфейс в многопользовательском режиме, устанавливая и запуская множество приложений и сервисов.
Если цель виртуалки — полностью воспроизвести устройство компьютера, то основная цель Docker — создать среду для одного приложения. Виртуальная среда контейнера запускается внутри операционной системы. Ей не нужно виртуализировать оборудование — она использует его через ОС. Поэтому контейнеры Docker потребляют меньше ресурсов, быстрее развёртываются, проще масштабируются и меньше весят.
Выделять под приложение целую виртуалку, устанавливать и настраивать операционную систему, раздавать права доступа — слишком дорого. В большинстве случаев достаточно простого окружения, в котором запустится приложение. Для этого как раз подходит контейнер, который вмещает одно главное приложение.
Оба способа изолируют приложение от основной операционной системы, но если на виртуалку можно поставить любую ОС, то Docker ориентирован на ядро Linux. Недавно добавили возможность поднимать Windows, но я ещё не пробовал это делать.
Docker и виртуальные машины не очень хорошо сочетаются друг с другом. Да, иногда в продакшене сервер нарезают на виртуалки и в них запускают контейнеры. Но такая схема, с двойной виртуализацией, приводит к избыточному расходу ресурсов. Её часто критикуют, и, надо признаться, по делу. Если в компании всё же сложилась такая практика, вместо гипервизора можно поставить Kubernetes, который будет устанавливать приложения напрямую на железо.
Обычно в крупных компаниях работают на виртуальных машинах, которые разворачиваются на железных машинах в ЦОДах . Инфраструктурные инженеры нарезают виртуальные компьютеры и выстраивают на них инфраструктуру. С помощью оркестраторов можно убрать эту лишнюю «прослойку».
Если же у вас много ресурсов, то можно поставить Docker на виртуалку, чтобы изолировать приложения друг от друга.
Сущности Docker
Docker работает с несколькими сущностями.
Docker image (образ). Это шаблон, по которому создают контейнеры. Его часто сравнивают со слоёным пирогом: мы накладываем слой файловой системы поверх слоя базового образа и получаем неизменяемый образ. В него можно установить приложение, конфигурации и зависимости. Другие образы могут наследоваться, поэтому если положить сверху слой файлов и закоммитить, то мы получим ещё один неизменяемый образ.
Dockerfile. Если Docker image — это пирог, то Dockerfile — рецепт его приготовления. В этом файле описаны основные инструкции для сборки образа: какой базовый образ взять, откуда и куда положить файлы и так далее.
Контейнер — это runtime-сущность на основе образа, приложение, которое мы развернули с помощью Docker. Можно провести такую аналогию: образ — это инсталлятор программы, а контейнер — уже запущенная программа.
При развёртывании контейнера поверх файловой системы создаётся ещё один изменяемый слой. Приложение внутри контейнера может записывать туда данные или редактировать их. После удаления контейнера данные стираются, но их можно сохранить с помощью volumes.
Docker Registry. Это репозиторий, в котором хранятся Docker-образы. Он может быть как локальным, так и публичным. Репозитории создают на платформах вроде Docker Hub и GitLab и размещают в них образы с описанием, разными версиями и тегами.
Как Docker помогает на практике
Приведу несколько примеров использования Docker, которые хорошо иллюстрируют его преимущества.
Разработка приложений с зависимостями
Обычно, чтобы установить какую-то библиотеку или базу данных, разработчику нужно прочитать инструкцию на сайте. Он её скачивает, устанавливает, настраивает и запускает. А когда нужно перейти на другую зависимость — удаляет. И так приходится возиться с каждой зависимостью.
Docker предоставляет альтернативный путь. Вендоры библиотек, фреймворков и баз данных практически каждый день публикуют на Docker Hub свой софт в виде Docker image. Образ можно скачать и развернуть через Docker, поработать с ним, запушить, а потом остановить или удалить, и в операционной системе не останется никаких следов.
Единый интерфейс управления исключает необходимость индивидуальных команд. Достаточно выучить команды Docker: как скачивать образы, запускать контейнеры, пробрасывать, останавливать и удалять порты. С Docker можно запустить сколько угодно одинаковых баз внутри одной операционки. Благодаря изоляции, если что-то пойдёт не так, ошибки не затронут операционную систему и ничего не сломают.
Автоматизация тестирования
Чтобы запустить автотесты, требуются определённые зависимости, например базы данных, брокеры сообщений и тому подобное. Их необходимо предварительно установить и сконфигурировать на сервере сборки. В этом месте иногда возникают проблемы: если при настройке упустить какую-то деталь, то можно испортить данные или что-то поломать. Гораздо безопаснее автоматически развернуть зависимости в виде контейнера прямо на сервере. Это позволяет быстро прогнать тесты, а после — бесследно удалить контейнеры.
Даже если тесты «сломают» какие-то данные, они удалятся вместе с контейнером. Кроме того, сам сервер с Docker, на котором запускаются автотесты, станет универсальным. Ведь благодаря контейнеризации на нём можно будет запускать что угодно. А значит, вы сэкономите на железе и настройке системы.
Публикация приложения
После тестирования проект упаковывают в образ и публикуют, передают клиентам или инфраструктурным инженерам.
Docker упрощает дальнейшее развёртывание приложения. SRE не нужно думать, какие зависимости установить, ведь всё уже упаковано в образ. Для них это чёрный ящик, который они обновляют единообразно и автоматически через одни и те же команды.
Среда для деплоя тоже становится универсальной, потому что всегда имеет дело только с контейнерами. Сегодня в ней развернули один контейнер, завтра — другой. При этом в контейнерах могут быть упакованы совершенно не похожие друг на друга приложения.
Минусы Docker
Как известно, за удовольствие приходится платить. И Docker — не исключение.
Высокое потребление ресурсов. Docker создаёт дополнительную логическую прослойку и потребляет дополнительные ресурсы. Поэтому вы должны определить, что для вас более важно — ресурсы или удобства. Если ресурсов с запасом, можно смело ставить Docker — будете удобно обновлять и версионировать приложения, не боясь испортить операционную систему. Если же ресурсы в дефиците, то лучше использовать классическую схему установки приложений.
Для больших приложений нужен оркестратор. Docker подходит для запуска нескольких контейнеров. В стандартной поставке Docker Compose есть механизм, который позволяет управлять их запуском с помощью конфигурационного файла YAML. Но этот механизм простой, он не потянет приложение, включающее 50–100 сервисов. У Docker не хватит механизмов управления и распределения ресурсов, резервирования и отказоустойчивости, чтобы реализовывать разные схемы обновления контейнеров.
В больших приложениях с микросервисной архитектурой используют оркестраторы Kubernetes или OpenShift. Единицей управления в Kubernetes является контейнер Docker, но на голом Docker прод практически никто не держит. Когда-то в России были такие компании — они рассказывали о своём травмирующем опыте на конференциях 🙂
Kubernetes — это мощный слой абстракции над железом, альтернатива гипервизорам у виртуалок. Он позволяет настраивать политики безопасности, реализует различные схемы обновления и позволяет гибко управлять ресурсами.
Проблемы с установкой на Windows и macOS. Как я сказал ранее, Docker создавался под Linux. На других операционках он не поддерживает некоторые типы сетей. В большинстве случаев никто этого не заметит, но об этом ограничении нужно помнить. Также на некоторых устройствах возникает конфликт с Virtual Box при установке Docker на Windows.
Как изучать Docker
Я рекомендую изучать Docker по книгам, сайтам и закреплять прочитанное на практике.
Книги. Есть две хорошие книги — Using Docker и Docker in Action. Правда, они немного устарели (опубликованы в 2018–2019 годах), поэтому там может быть неактуальная информация. Надеюсь, скоро будет переиздание.
Сайт docker.com — основной сайт Docker. На нём есть справочники и референсы по Docker, Docker-файлам, образам и Docker Compose. Читаете книгу, проверяете на сайте актуальность команд и изучаете примеры.
Упражнения. Я провожу тренинги и внутреннее обучение в командах. Обычно рекомендую такие упражнения:
- Установите Docker на рабочий компьютер. Возьмите готовый Docker image с Docker Hub с базой данных и запустите на его основе контейнер. Это можно сделать по инструкции, которую производитель image выкладывает на Docker Hub. Затем подключитесь к запущенной БД каким-нибудь клиентом и убедитесь, что всё работает.
- Напишите простенький сервис REST API и Docker-файл для упаковки сервиса в образ, подглядывая в референсы или книгу. Ваша задача — разобраться в теории, получить Docker image и проставить теги.
- Из полученного ранее образа создайте и запустите контейнер. Вам придётся разобраться с параметрами команды Docker run, настройками портов, передачей переменных окружению, монтированием и основными параметрами. Также стоит научиться подключаться к контейнеру, выполнять bash-команды и смотреть логи приложения.
- Усложните тестовый сервис, научив его работать с базой данных. Затем разверните контейнеры с сервисом и базой данных и соедините их внутренней сетью. Простое и в то же время очень полезное упражнение, на котором очень часто возникают затруднения на собеседованиях.
- Переходим к Docker Compose. Посмотрите, как написать YAML и создать группу контейнеров, как соединять их в сеть и работать с маунтами.
- Опубликуйте свой Docker image в Docker Hub. На одном аккаунте можно бесплатно публиковать только один образ, но есть GitLab, где нет таких ограничений. Правда, он устроен немного сложнее, новичок может запутаться. Ещё в том же GitLab можно создать приватный registry-режим и публиковать проекты без ограничений.
Читайте также:
- Всё о Kubernetes: контейнеры, оркестрация, тулинг, виртуальные машины, конкуренты и экосистема
- «У меня не было опыта, но было желание. Тестовое, испытательный — и я IT-аналитик в банке»
- Практика Docker: знакомимся с docker-maven-plugin
LXC — система виртуализации на уровне ОС. Позволяет запускать несколько изолированных экземпляров Linux на одном узле в отдельных виртуальных окружениях с собственным пространством процессов и сетевым стеком.
Центры обработки данных.
Что такое Docker контейнер и для чего он используется?
В мире современной информационной технологии Docker контейнеры стали неотъемлемой частью инфраструктуры разработки и развертывания приложений. Эта удивительная технология обеспечивает среду выполнения, которая гарантирует работоспособность приложений в любом окружении. В этой статье мы рассмотрим, что такое Docker контейнер, как он работает и для чего он используется.
Что такое Docker контейнер?
Docker контейнер — это легковесная и автономная среда выполнения, которая включает в себя все необходимые зависимости для работы приложения. В контейнере могут содержаться приложение, библиотеки, системные инструменты и файлы конфигурации. Он создает изолированное пространство, в котором приложение может функционировать независимо от окружения хост-системы.
Как работает Docker контейнер?
Docker использует технологию контейнеризации, которая основана на принципе виртуализации операционной системы на уровне ядра. Это означает, что все контейнеры на одной и той же машине используют одно и то же ядро операционной системы, но имеют собственные изолированные файловые системы и пространства процессов. Это делает контейнеры легкими и быстрыми в сравнении с традиционной виртуализацией.
Контейнеры Docker создаются из образов (Docker images), которые содержат инструкции для создания среды выполнения приложения. Образы могут быть определены в Dockerfile, который содержит список инструкций для установки зависимостей, копирования файлов и настройки приложения. После создания образа, вы можете запустить контейнеры из этого образа на любой поддерживаемой платформе.
Для чего используется Docker контейнер?
Docker контейнеры предоставляют ряд выдающихся преимуществ, которые делают их незаменимыми инструментами для разработчиков и системных администраторов:
- Портабельность: Контейнеры могут быть развернуты на любой поддерживаемой платформе без необходимости внесения изменений в код приложения. Это облегчает перенос приложений между разными средами разработки и продакшена.
- Изоляция: Контейнеры обеспечивают изолированное окружение, что позволяет запускать несколько контейнеров на одной физической машине, не беспокоясь о конфликтах между зависимостями и версиями библиотек.
- Масштабируемость: Docker контейнеры легко масштабируются горизонтально, что позволяет обрабатывать большие нагрузки путем добавления дополнительных контейнеров.
- Быстрое развертывание и восстановление: Запуск и остановка контейнеров занимают считанные секунды, что упрощает управление и обслуживание приложений.
- Управление зависимостями: Docker контейнеры позволяют явно определить и управлять зависимостями и версиями библиотек, что облегчает управление проектами с большим количеством зависимостей.
- Расширенные возможности тестирования: Контейнеры упрощают создание изолированных сред для тестирования приложений, что помогает выявлять и устранять ошибки на ранних стадиях разработки.
Заключение
Docker контейнеры стали незаменимым инструментом в сфере разработки и развертывания приложений. Они упрощают процесс упаковки, доставки и управления приложениями, делая его более надежным и масштабируемым. Важно помнить, что контейнеры — это всего лишь один из инструментов в вашем арсенале, и правильное их использование зависит от конкретных потребностей вашего проекта.
Docker
Docker — это программная платформа для разработки, доставки и запуска контейнерных приложений. Он позволяет создавать контейнеры, автоматизировать их запуск и развертывание, управляет жизненным циклом. С помощью Docker можно запускать множество контейнеров на одной хост-машине.
«IT-специалист с нуля» наш лучший курс для старта в IT
Платформа Docker представлена в двух вариантах: бесплатная Community Edition под лицензией Apache и платная Enterprise Edition. Платная версия предназначена для коммерческого использования и распространяется по проприетарной лицензии. Изначально системой можно было пользоваться в Linux и UNIX-системах, но начиная с 2015 года в ПО добавили поддержку Windows.
Профессия / 8 месяцев
IT-специалист с нуля
Попробуйте 9 профессий за 2 месяца и выберите подходящую вам
Что такое контейнеры
Контейнеризация — это способ упаковки приложения и всех его зависимостей в один образ, который запускается в изолированной среде, не влияющей на основную операционную систему. С помощью контейнера можно отделить приложение от инфраструктуры: не важно, в каком окружении оно будет работать, есть ли там нужные зависимости и настройки, — разработчикам достаточно создать программу и упаковать все зависимости и настройки в единый образ. Затем ее можно разворачивать и запускать на других системах. Это ускоряет процесс разработки, сокращает промежуток между написанием кода и его выкладкой.
Контейнеризация напоминает виртуализацию, но технологии отличаются друг от друга. Виртуализация работает как отдельный компьютер со своей операционной системой и виртуальным оборудованием. Внутри одной операционной системы можно запустить другую. При контейнеризации виртуальная среда может запускаться прямо из ядра основной ОС и не виртуализирует оборудование. Поэтому контейнер может работать только в той же операционной системе, что и основная. Так как контейнеры не виртуализируют оборудование, они потребляют меньше ресурсов.
Как устроен Docker
На изображении представлена примерная структура платформы. Docker — клиент-серверное приложение. Это означает, что оно состоит из двух частей: сервера и клиента.
Сервер еще называют Docker-движком или демоном (daemon). Это фоновый процесс, который непосредственно управляет контейнерами. Именно демон создает, разворачивает и запускает контейнеры. Его можно сравнить с двигателем машины.
Клиент — это программа-интерфейс для командной строки, с которой взаимодействует пользователь. Он отдает команды через терминал. Клиент сообщает нужные сведения демону и отдает ему указания. Если продолжать аналогию с машиной, клиент — это руль и педали.
Клиент и сервер могут находиться на одном устройстве, а могут — на разных. Во втором случае клиент подключают к удаленному серверу через сокеты или API.
Курс для новичков «IT-специалист
с нуля» – разберемся, какая профессия вам подходит, и поможем вам ее освоить
Компоненты для контейнеризации
Docker работает со следующими компонентами.
Dockerfile. Это файл для предварительной работы, набор инструкций, который нужен для записи образа. В нем описывается, что должно находиться в образе, какие команды, зависимости и процессы он будет содержать.
Для сборки образа из Dockerfile используют команду:
docker build
Docker Image. Это образ — неизменяемый файл, из которого разворачивается контейнер. Для этого нужно запустить образ в клиенте с помощью специальной команды:
docker run
Docker Registry. Это реестр, или репозиторий — открытая или закрытая база образов. К ней можно подключиться через клиент Docker и загрузить нужный с помощью команды:
docker pull
При запуске команды docker run программа сначала проверяет, есть ли нужный образ в локальном хранилище. Если его нет, она сама находит файл в репозитории и скачивает на компьютер.
Docker Container. Это уже готовый и развернутый контейнер, который находится на каком-либо устройстве.
Так пользователь запускает нужный образ через клиент Docker и ждет, пока платформа развернет его в полноценную среду или приложение-контейнер.
DevOps-инженер — связующее звено между всеми этапами создания продукта. Станьте незаменимым специалистом
за 6 месяцев.
Docker контейнер
Docker контейнер — это стандартизированный, изолированный и портативный пакет программного обеспечения, который включает в себя все необходимое для запуска приложения, включая код, среду выполнения, системные инструменты, библиотеки и настройки. Контейнеры позволяют упаковать приложение и все его зависимости в единый объект, который может быть запущен на любой системе, поддерживающей Docker, без изменения среды выполнения.
Преимущества использования Docker контейнеров:
- Изоляция: Контейнеры изолируют приложения друг от друга и от хост-системы, что уменьшает возможные конфликты между зависимостями и обеспечивает более надежную среду выполнения.
- Портативность: Контейнеры могут быть созданы и запущены на различных системах без изменений, что делает развертывание приложений более простым и надежным.
- Эффективность использования ресурсов: Контейнеры используют общие ресурсы операционной системы и разделяют ядро, что делает их более эффективными по сравнению с виртуальными машинами.
- Масштабируемость: Контейнеры легко масштабируются горизонтально, позволяя быстро добавлять экземпляры приложения в ответ на увеличение нагрузки.
- Управление версиями: Контейнеры позволяют управлять версиями приложений и их зависимостей, что упрощает процесс развертывания и обновления.
Чем контейнеризация отличается от виртуализации
Контейнеры и виртуальные машины (ВМ) — это методы изоляции приложений и окружений. Docker использует виртуализацию на уровне операционной системы, позволяя запускать приложения в изолированных контейнерах, которые делят ядро ОС с хост-системой. ВМ, напротив, создают полные виртуальные компьютеры с отдельными ОС и ресурсами.
Это означает, что Docker-контейнеры более легкие, потому что они не требуют дублирования всей ОС, как ВМ. Контейнеры также быстрее запускаются и имеют меньший объем, что делает их более эффективными в ресурсоемких средах. Однако ВМ предоставляют большую изоляцию, так как каждая ВМ имеет свою собственную ОС и не зависит от хост-системы.
Таким образом, Docker контейнеры предоставляют легковесное и быстрое решение для изоляции приложений, в то время как виртуальные машины обеспечивают более глубокую изоляцию за счет полной виртуализации.
| Характеристика | Docker контейнеры | Виртуальные машины |
|---|---|---|
| Уровень изоляции | Операционная система | Аппаратное обеспечение |
| Ресурсоемкость | Меньше | Больше |
| Запуск и остановка | Быстрее | Медленнее |
| Размер | Меньше | Больше |
| Изоляция | Менее глубокая | Глубокая |
| Нагрузка на хост-систему | Меньше | Больше |
| Совместимость | Ограниченная | Высокая |
| Виртуализация ОС | Да | Да |
| Гипервизор | Не требуется | Требуется |
Эта таблица демонстрирует основные различия между Docker контейнерами и виртуальными машинами.
Docker и виртуальные машины не всегда хорошо сочетаются вместе. Иногда в практике используется подход, при котором сервер разделяется на виртуальные машины, на которых запускаются контейнеры. Однако такая двойная виртуализация приводит к лишнему расходу ресурсов. Если в организации установилась такая практика, то вместо гипервизора можно использовать Kubernetes, который будет устанавливать приложения непосредственно на физическое оборудование.
Обычно крупные компании работают с виртуальными машинами, развернутыми на физическом оборудовании в центрах обработки данных. Инженеры инфраструктуры создают виртуальные компьютеры и настраивают на них инфраструктуру. Используя оркестраторы, можно избавиться от этого дополнительного уровня.
Если у вас есть избыток ресурсов, то можно установить Docker на виртуальную машину, чтобы обеспечить изоляцию между приложениями.
Что такое Docker Hub
Образ можно создать самостоятельно с помощью Dockerfile или уже готового контейнера, в котором произошли какие-либо изменения, а также скачать из открытого репозитория Docker Hub.
Разработчики со всего мира могут выкладывать Docker-образы. Другие пользователи имеют возможность скачать их, развернуть в контейнеры и использовать на своих машинах.
Сейчас в Docker Hub более 100 тысяч образов. Некоторые из них загрузили в базу официальные разработчики. Это, например, Docker Images для mySQL или GitLab.
Поддержка репозитория уже включена в Docker. Это значит, что достаточно написать команду для установки какой-либо программы, и система сама начнет искать ее в базе данных. По умолчанию это Docker Hub, но платформу можно настроить и под другие репозитории. Например, под внутренние корпоративные базы.
Docker Compose: множественные образы
Считается, что один контейнер должен выполнять одну функцию. Поэтому для настройки сложной среды понадобится несколько образов.
Можно скачать их вручную и настроить либо воспользоваться Docker Compose — инструментом для работы с множественными образами и многоконтейнерными приложениями.
ПО позволяет управлять несколькими образами и контейнерами как одним. С помощью Docker Compose можно создать файл YAML для определения служб и с одной командой запускать и останавливать все что нужно. Инструмент способен ускорить разработку: в многоконтейнерных приложениях количество контейнеров может доходить до нескольких десятков.
DevOps-инженер
Помогайте компаниям быстрее выпускать качественный продукт
Как хранятся данные в Docker
При остановке и перезапуске контейнера можно потерять часть рабочей информации, которая в нем записана. Чтобы этого избежать, программисты стремятся разрабатывать приложения с минимальным использованием хранилищ внутри контейнеров. Но обойтись без хранения данных получается не всегда, а от основной системы контейнер изолирован. Существует несколько способов решить проблему.
Docker Volumes. Это тома — способ хранения информации, который рекомендуют использовать разработчики платформы. Внутри лежат файлы и другие данные. Тома можно подключать к разным контейнерам, выбирать специальные драйверы и хранить информацию не на хосте, а в облаке или на удаленном сервере.
В Linux тома по умолчанию находятся в /var/lib/docker/volumes/. Другие программы могут получить к ним доступ только через контейнер, а не напрямую. Для создания и управления томами используются средства Docker: команда docker volume create, указание тома при создании контейнера в Dockerfile или docker-compose.yml.
Bind Mount. Более простой способ реализовать удаленное хранение памяти — папки, которые монтируются в контейнер прямо с хоста. Этот вариант используют для передачи конфигурационных файлов или в процессе разработки. Программист может писать код в среде хоста, а потом передавать его в контейнер.
Tmpfs и Named Pipes. Так называется особое файловое хранилище, которое есть только в системах Linux. Как правило, оно используется не для хранения файлов, а для обеспечения безопасности. Tmpfs — временное хранилище. Стоит остановить контейнер — данные будут потеряны. Доступ к Tmpfs очень быстрый, поэтому хранилище используют, чтобы оптимизировать работу контейнера.
Named Pipes — это именованные каналы. Через них с Docker могут работать только пользователи Windows.
Задачи, которые решает Docker
Развертывание среды или приложения
Docker позволяет перенести приложение со всеми зависимостями на другую систему с помощью пары команд в терминале. Настройка зависимостей вручную занимает больше времени. Также с помощью Docker можно быстро развернуть рабочую среду с определенными настройками. Существуют «системные контейнеры», которые содержат дистрибутивы ОС.
Изолированный запуск
Docker позволяет запустить приложение отдельно от всей системы без конфликтов с другими программами. Программа становится практически автономной и не вызывает ошибок зависимости.
Контроль ресурсов
Еще одна возможность Docker — распределение ресурсов между разными приложениями. Неизолированные процессы могут конкурировать за память и вычислительные мощности процессора. Изолированные друг от друга программы не делают этого. Docker позволяет эффективнее использовать ресурсы и не допускать конфликтов.
Повышение безопасности
Если код контейнерного приложения окажется небезопасным, это не навредит серверу-хосту. При правильной настройке контейнера деятельность кода не затронет основную систему. Даже фатальная ошибка не повлияет на работоспособность остальных служб и программ.
Работа с микросервисами
Микросервисная архитектура — такой тип организации ПО, при котором функции большого приложения разделяются на маленькие независимые программные модули. Они общаются друг с другом с помощью протоколов, но в целом работают автономно друг от друга. Docker подходит для реализации архитектуры этого типа: каждый микросервис упаковывается в отдельный контейнер, который можно настроить и протестировать, запустить или остановить отдельно от других.
Читайте также Возможна ли цифровая трансформация в нынешних условиях?
Ускорение цикла разработки
Технологии контейнеризации помогают программировать быстрее. На настройку среды, разворачивание приложений под разными платформами тратится меньше времени. В результате повышается производительность всей команды.
Управление сложными системами
Для автоматизации большинства процессов со сложными контейнерными приложениями используются платформы оркестрации. Многие возможности специального ПО завязаны на контейнеризации и функциях Docker.
Например, платформы автоматизируют разворачивание контейнеров, их настройку и масштабирование. Это нужно, так как программная архитектура становится более сложной. Приложения могут состоять из сотен отдельных контейнеров, каждый из которых нужно развернуть и настроить. Поддержка таких приложений вручную занимает много времени.
Масштабирование
Это еще одна задача для платформ оркестрации. Во многих из них поддерживается автоматическое масштабирование систем под разные площадки и условия. Пример такой платформы — Kubernetes, которая часто используется в связке с Docker.
Автомасштабирование помогает быстро оптимизировать сектор под повышенную нагрузку. Если сайт неожиданно получит больше трафика, чем обычно, система перераспределит ресурсы и сервисы адаптируются.
Как начать работу с Docker
Docker доступен для Linux, Windows, Mac. Чтобы скачать установочный файл, нужно перейти по ссылке и выбрать подходящую версию. Подробную инструкцию по установке можно найти в официальной документации.
Расскажем про работу с «первым контейнером». Это практически аналог “Hello, World” для Docker: скачивание и разворачивание популярного образа из репозитория. Обычно используется какой-либо дистрибутив Linux:
docker run ubuntu echo “Hi, I'm Ubuntu”Запись означает «Разверни образ Ubuntu в контейнер и выполни в нем команду echo “Hi, I’m Ubuntu” ». Эта команда написана на bash — языке сценариев Linux.
- Docker-клиент получит эту запись и отправит инструкции демону.
- Тот проверит, есть ли образ Ubuntu на компьютере. Если его не найдется, программа скачает его из Docker Hub и сохранит.
- Затем движок развернет образ в контейнер — внутри изолированно от основной системы запустится Ubuntu.
- И уже внутри Ubuntu выполнится команда echo “Hi, I’m Ubuntu” . Она выведет в консоль надпись “Hi, I’m Ubuntu” .
Это наиболее простой пример — возможностей у Docker намного больше.
Недостатки Docker
Высокая потребность в ресурсах
Docker добавляет дополнительный слой абстракции и требует дополнительных вычислительных ресурсов. Это означает, что нужно балансировать между удобством и оптимальным использованием ресурсов.
Оркестрация для крупных приложений
Docker хорош для управления небольшим числом контейнеров. Однако при наличии 50–100 сервисов может потребоваться оркестратор, так как Docker не обладает достаточными инструментами для эффективного управления ресурсами и обеспечения надежности в случае разных сценариев обновления контейнеров.
Большие приложения с микросервисной архитектурой часто используют оркестраторы, такие как Kubernetes или OpenShift, чтобы обеспечить более высокий уровень управления и надежности. Docker в таких случаях часто оказывается недостаточным.
Сложности на Windows и macOS
Docker, изначально разработанный для Linux, может столкнуться с проблемами совместимости на других ОС. Кроме того, установка Docker на Windows иногда может конфликтовать с VirtualBox, что может вызвать трудности при настройке.
IT-специалист с нуля
Наш лучший курс для старта в IT. За 2 месяца вы пробуете себя в девяти разных профессиях: мобильной и веб-разработке, тестировании, аналитике и даже Data Science — выберите подходящую и сразу освойте ее.
Статьи по теме:
Почему писать игры лучше на C#, а для создания крупных проектов подходит Java
Почему для больших проектов обычно выбирают Java, средних — PHP, а быстро развивающихся стартапов — Ruby или Go