Контейнеризация, также известная как наполнение или загрузка контейнеров, является относительно новым понятием в области разработки программного обеспечения. С появлением различных сред развертывания, особенно связанных с облачными вычислениями, она приобрела значительную популярность.

В этой статье мы рассказали, почему возникла виртуализация на уровне операционной системы, как она работает и какие преимущества предоставляет разработчикам и бизнесу.

Что такое контейнеризация

Контейнеризация ― это развертывание программного обеспечения вместе со всеми необходимыми компонентами: кодом, библиотеками, фреймворками и т. д, таким образом, чтобы они были изолированы в собственном контейнере.

Если взять традиционные методы разработки ПО, то этот процесс происходит в конкретной вычислительной среде. Если его перенести в другое место, например, с ПК в облако или с Linux на Windows, может возникнуть ряд ошибок и багов. С помощью контейнеризации можно объединить все составляющие программного обеспечения в так называемый контейнер. Он со всем содержимым абстрагируется от хостовой операционной системы, является автономным и может без проблем работать на любой платформе.

Нечто подобное происходит при переезде на другую квартиру. Вы складываете вещи в коробки, причем посуду в одну, одежду ― в другую, книги ― в третью и так далее. То есть все эти вещи изолированы друг от друга. Во время переезда коробки легко перемещать с места на место, причем без необходимости распаковки и переупаковки каждого предмета отдельно. Так и контейнеры в технологии контейнеризации позволяют удобно разворачивать и перемещать приложения из одной среды в другую без необходимости перекомпиляции или настройки.

Почему возникла идея контейнеризации

Главная причина разработки технологии контейнеризации ― появление сложных и высоконагруженных IT-инфраструктур. Для их полноценной работы необходимо обеспечить надежность каждого отдельного элемента и минимизировать их влияние друг на друга. Нужна операционная система и ПО, которые смогут «заворачивать» эти элементы в контейнеры, дробить большие и монолитные IT-инфраструктуры на множество мелких, независимых элементов, взаимодействующих между собой как одно целое.

Идея изоляции процессов существует много лет. В 2013-м Docker представил Docker Engine и тем самым установил стандарт использования контейнеров с простыми в использовании инструментами, а также универсальный подход к упаковке, что ускорило внедрение контейнерной технологии. Летом 2014 года запустили инструмент для автоматизации управления контейнерами (оркестрации) ― Kubernetes.

Как работает контейнеризация

Архитектура контейнеризации имеет несколько слоев:

• Инфраструктура. Это аппаратный уровень. Относится к физическому компьютеру или серверу без установленной операционной системы, на котором выполняется контейнерное приложение.
• ОС. Среди самых популярных операционных систем для контейнеризации является Linux. Работает как на локальной инфраструктуре, так и в облаке.
• Образы контейнеров. Разработчики ПО создают и разворачивают образы контейнеров, то есть файлы, содержащие необходимую информацию для запуска контейнерного приложения. Происходит это на основе Open Container Initiative (OCI). Образы контейнеров доступны только для чтения и не могут быть изменены компьютерной системой.
• Контейнерный движок. Это программное обеспечение, которое создает контейнеры на основе их образов. Он выступает в качестве посредника между контейнерами и операционной системой, предоставляя ресурсы, необходимые приложению, и управляя ими. Например, контейнерные движки могут управлять несколькими контейнерами в одной операционной системе, сохраняя их независимость от базовой инфраструктуры и друг от друга.
• Приложение и зависимости. Самый высокий уровень архитектуры контейнеризации. Это код приложения и другие файлы, которые необходимо запустить: зависимости библиотек и связанные с ними файлы конфигурации. Этот слой также может содержать гостевую операционную систему, которая устанавливается поверх основной.

Преимущества контейнеризации

• Переносимость. Контейнеры могут работать в различных вычислительных средах: локальное оборудование, виртуальные машины или облачные платформы.
• Изоляция. Программы в контейнерах работают независимо друг от друга, что повышает безопасность и стабильность, предотвращает конфликты и обеспечивает среду «песочницы».
• Безопасность. Изоляция приложений предотвращает проникновение вредоносного вируса в другие контейнеры или хост-систему. Кроме того, можно определить разрешения безопасности, чтобы автоматически блокировать несанкционированный вход в контейнеры или ограничить связь с ненужными ресурсами.
• Эффективное использование ресурсов. Контейнеры легкие и используют ядро хост-системы, что позволяет эффективно пользоваться ресурсами. Несколько контейнеров могут работать одновременно на одном хосте, эффективно распределяя ресурсы и оптимизируя использование аппаратного обеспечения.
• Масштабируемость. Контейнеризация облегчает горизонтальное масштабирование, позволяя развертывать и масштабировать контейнеры на нескольких хостах или кластерах. Их также можно легко реплицировать и организовывать с помощью инструментов управления, таких как Kubernetes, что позволяет приложениям масштабироваться по требованию, обеспечивая высокую доступность и скорость реагирования.
• Гибкость и быстрое развертывание. Контейнеры обеспечивают быстрое развертывание приложений, облегчая упаковку приложений, зависимостей и конфигураций в единое целое.
• Контроль версий и сотрудничество. Разработчики могут работать над различными компонентами приложения независимо в своих контейнерах, обеспечивая совместимость и уменьшая количество конфликтов. Такой контроль версий и совместная работа повышает производительность и облегчает внедрение DevOps-практик.

Самые популярные инструменты, которые используются в контейнеризации

Docker
Docker, или Docker Engine ― это популярная среда для контейнеризации с открытым исходным кодом, позволяющая разработчикам создавать, развертывать и тестировать контейнерные приложения на различных платформах.

Linux Containers или LXC
Контейнеры Linux позволяют запускать несколько приложений на базе ОС Linux на одном хост-компьютере. Разработчики используют их для развертывания приложений, которые записывают или считывают большие объемы данных. Они не копируют всю операционную систему в виртуализированную среду, а состоят из необходимых функций, выделенных в пространстве имен Linux.

Kubernetes
Kubernetes ― популярная платформа с открытым исходным кодом от Google, которая используется для развертывания, масштабирования и управления огромным количеством микросервисов. Она имеет декларативную модель, которая упрощает автоматизацию контейнеров.

VMware Tanzu
Портфель продуктов VMware, ориентированный на управление современными облачными средами на основе контейнеров. С помощью VMware Tanzu пользователи могут разрабатывать, поддерживать и запускать контейнерные приложения в кластерах Kubernetes в частных и публичных облаках на VMware.

Вывод

Компании выбирают контейнеризацию, чтобы разработать новые программы или усовершенствовать старые.

Результаты опроса IBM показывают, что 61% компаний половину своих приложений построили с помощью контейнеризации за последние несколько лет. Эта технология позволяет приложениям быть «написанными один раз и запущенными где угодно». Это ускоряет разработку, предотвращает привязку к одному облачному оператору и предлагает изоляцию, простоту управления, безопасность и многое другое.