Контейнеризація, також відома як наповнення або завантаження контейнерів, є відносно новим поняттям у сфері розробки програмного забезпечення. З появою різноманітних середовищ розгортання, особливо пов'язаних з хмарними обчисленнями, вона набула значної популярності.

У цій статті ми розповіли, чому виникла віртуалізація на рівні операційної системи, як працює та які переваги надає розробникам та бізнесу.

Що таке контейнеризація

Контейнеризація ― це розгортання програмного забезпечення разом з усіма необхідними компонентами: код, бібліотеки, фреймворки тощо, таким чином, щоб вони були ізольовані у власному контейнері.

Якщо взяти традиційні методи розробки ПЗ, то цей процес відбувається в конкретному обчислювальному середовищі. Якщо його перенести в інше місце, наприклад, з ПК у хмару чи з Linux на Windows, може виникнути низка помилок та багів. За допомогою контейнеризації можна об’єднати всі складові програмного забезпечення у так званий контейнер. Він з усім вмістом абстрагується від хостової операційної системи, є автономним і може без проблем працювати на будь-якій платформі.

Щось подібне відбувається під час переїзду на іншу квартиру. Ви складаєте речі у коробки, при чому посуд в одну, одяг ― в іншу, книги ― в третю і так далі. Тобто всі ці речі ізольовані одна від одної. Під час переїзду коробки легко переміщати з місця на місце, при чому без необхідності розпакування та перезапакування кожного предмета окремо. Так і контейнери у технології контейнеризації дозволяють зручно розгортати та переміщати програми з одного середовища в інше без необхідності перекомпілювання або налаштування.

Чому виникла ідея контейнеризації

Головна причина розробки технології контейнеризації — поява складних і високонавантажених IT-інфраструктур. Для їхньої повноцінної роботи необхідно забезпечити надійність кожного окремого елемента та мінімізувати їхній вплив один на одного. Потрібна операційна система та ПЗ, які зможуть «завертати» ці елементи в контейнери, дробити великі та монолітні ІТ-інфраструктури на безліч дрібних, незалежних елементів, взаємодіючих між собою як одне ціле.

Ідея ізоляції процесів існує багато років. У 2013-му Docker представив Docker Engine та тим самим встановив стандарт використання контейнерів з простими у використанні інструментами, а також універсальний підхід до пакування, що прискорило впровадження контейнерної технології. Влітку 2014 року запустили інструмент для автоматизації управління контейнерами (оркестрації) — Kubernetes.

Як працює контейнеризація

Архітектура контейнеризації має декілька шарів:

• Інфраструктура. Це апаратний рівень. Належить до фізичного комп’ютера чи сервера без встановленої операційної системи, на якому виконується контейнерний додаток.
• ОС. Серед найпопулярніших операційних систем для контейнеризації є Linux. Працює як на локальній інфраструктурі, так і в хмарі.
• Образи контейнерів. Розробники ПЗ створюють і розгортають образи контейнерів, тобто файли, що містять необхідну інформацію для запуску контейнерного додатка. Відбувається це на основі Open Container Initiative (OCI). Образи контейнерів доступні тільки для читання і не можуть бути змінені комп'ютерною системою.
• Контейнерний рушій. Це програмне забезпечення, яке створює контейнери на основі їхніх образів. Він виступає як посередник між контейнерами та операційною системою, надаючи ресурси, необхідні застосунку, і керуючи ними. Наприклад, контейнерні рушії можуть керувати кількома контейнерами в одній операційній системі, зберігаючи їхню незалежність від базової інфраструктури та один від одного.
• Додаток і залежності. Найвищий рівень архітектури контейнеризації. Це код застосунку та інші файли, які необхідно запустити: залежності бібліотек і пов'язані з ними файли конфігурації. Цей шар також може містити гостьову операційну систему, яка встановлюється поверх основної.

Переваги контейнеризації

• Переносимість. Контейнери можуть працювати в різних обчислювальних середовищах: локальне обладнання, віртуальні машини або хмарні платформи.
• Ізоляція. Програми у контейнерах працюють незалежно одна від одної, що підвищує безпеку та стабільність, запобігає конфліктам та забезпечує середовище «пісочниці».
• Безпека. Ізоляція додатків запобігає проникненню шкідливого вірусу в інші контейнери або хост-систему. Крім того, можна визначити дозволи безпеки, щоб автоматично блокувати несанкціонований вхід в контейнери або обмежити зв'язок з непотрібними ресурсами.
• Ефективне використання ресурсів. Контейнери легкі та використовують ядро хост-системи, що дозволяє ефективно користуватися ресурсами. Декілька контейнерів можуть працювати одночасно на одному хості, ефективно розподіляючи ресурси та оптимізуючи використання апаратного забезпечення.
• Масштабованість. Контейнеризація полегшує горизонтальне масштабування, дозволяючи розгортати та масштабувати контейнери на декількох хостах або кластерах. Їх також можна легко реплікувати та організовувати за допомогою інструментів управління, таких як Kubernetes, що дозволяє додаткам масштабуватися на вимогу, забезпечуючи високу доступність та швидкість реагування.
• Гнучкість та швидке розгортання. Контейнери забезпечують швидке розгортання додатків, полегшуючи пакування додатків, залежностей та конфігурацій в єдине ціле.
• Контроль версій та співпраця. Розробники можуть працювати над різними компонентами програми незалежно у своїх контейнерах, забезпечуючи сумісність і зменшуючи кількість конфліктів. Такий контроль версій та спільна робота підвищує продуктивність і полегшує впровадження DevOps-практик.

Найпопулярніші інструменти, які використовуються у контейнеризації

Docker
Docker, або Docker Engine ― це популярне середовище для контейнеризації з відкритим вихідним кодом, що дає змогу розробникам створювати, розгортати та тестувати контейнерні додатки на різних платформах.

Linux Containers або LXC
Контейнери Linux дають змогу запускати декілька додатків на базі ОС Linux на одному хост-комп'ютері. Розробники використовують їх для розгортання додатків, які записують або зчитують великі обсяги даних. Вони не копіюють усю операційну систему у віртуалізоване середовище, а складаються з необхідних функцій, виділених у просторі імен Linux.

Kubernetes
Kubernetes ― популярна платформа з відкритим вихідним кодом від Google, яку використовують для розгортання, масштабування величезної кількості мікросервісів і управління ним. Вона має декларативну модель, яка спрощує автоматизацію контейнерів.

VMware Tanzu
Це портфель продуктів VMware, орієнтований на управління сучасними хмарними середовищами на основі контейнерів. За допомогою VMware Tanzu користувачі можуть розробляти, підтримувати та запускати контейнерні додатки в кластерах Kubernetes у приватних та публічних хмарах на VMware.

Висновок

Сьогодні організації все частіше використовують контейнеризацію для створення нових додатків і модернізації існуючих.

Згідно з опитуванням IBM, 61% компаній, заявили, що протягом останніх років половину своїх додатків побудували за допомогою контейнеризації. Ця технологія дозволяє додаткам бути «написаними один раз і запущеними будь-де». Це пришвидшує розробку, запобігає прив'язці до одного хмарного оператора та пропонує ізоляцію, простоту управління, безпеку та багато іншого.