Containerisierung

Grundlagen der Containerisierung

Zuerst wollen wir uns mit den Grundlagen befassen. Was bedeutet eigentlich Containerisierung?

Container sind leichtgewichtige und tragbare Softwarepakete, die alles beinhalten, was eine Anwendung benötigt, um zu laufen, einschließlich Code, Laufzeitumgebung, Systemtools, Systembibliotheken und Einstellungen.

Containerisierung einfach erklärt

Vielleicht hast du schon von Dockern gehört - einem der bekanntesten Tools für die Arbeit mit Containern. Docker ermöglicht es dir, eine App und ihre Abhängigkeiten in einem Docker-Image zu "verpacken". Dieses Image kann dann auf jedem System laufen, das Docker installiert hat.

Zum Erstellen eines Docker-Images schreibst du ein Dockerfile. Dies ist eine Textdatei, die eine Anweisungsliste zum Erstellen des Images enthält.

FROM ubuntu:18.04
RUN apt-get update
RUN apt-get install -y python3 python3-pip
COPY . /app
WORKDIR /app
RUN pip3 install -r requirements.txt
CMD ["python3", "app.py"]

In diesem Dockerfile wird zunächst ein Ubuntu 18.04 Image als Basis benutzt. Darauf werden Python 3 und pip installiert. Dann wird der aktuelle Ordner (. bedeutet hier "aktuell") in den Ordner /app im Container kopiert. Das Arbeitsverzeichnis wird auf /app gesetzt. Anschließend werden die Python Abhängigkeiten installiert und schließlich ein Python Skript gestartet.

Nach dem Schreiben und speichern des Dockerfiles kannst du ein Docker-Image daraus erstellen. Einmal erstellt, kannst du dieses Docker-Image immer wieder verwenden, um neue Container zu starten.

Auf die Weise hilft die Containerisierung, das "Es funktioniert auf meinem Computer"-Problem zu lösen und sorgt für eine reibungslose Lieferung und Bereitstellung von Software.

Containerisierung mit Docker: Eine praktische Anleitung

Für die Containerisierung gibt es viele verschiedene Tools, aber Docker hat sich dabei als eine der beliebtesten Lösungen etabliert. Docker macht es einfach, Anwendungen und ihre Abhängigkeiten in Containern zu verpacken und diese dann überall auszuführen.

Containerisierung Docker

Die Grundidee von Docker besteht darin, den Code und alle Abhängigkeiten einer Anwendung in einen Container zu verpacken. Dieser Container enthält alles, was die Anwendung zum Laufen braucht, einschließlich der Runtime, notwendiger Systemtools, Bibliotheken und sonstigen Abhängigkeiten. Das bedeutet, dass die Anwendung auf jedem System mit einer Docker-Installation problemlos ausgeführt werden kann.

Docker verwendet eine Client-Server-Architektur. Der Docker-Client kommuniziert mit dem Docker-Daemon, der die Erstellung, den Betrieb und die Überwachung der Docker-Container durchführt. Der Docker-Client und der Docker-Daemon können auf dem gleichen System laufen, oder der Docker-Client kann mit einem Docker-Daemon auf einem anderen System kommunizieren.

Die wichtigsten Befehle für die Arbeit mit Docker sind:

• docker build: Erstellt ein Docker-Image aus einem Dockerfile
• docker pull: Holt ein Docker-Image aus einer Docker-Registry (standardmäßig Docker Hub)
• docker run: Startet einen Container aus einem Docker-Image
• docker push: Lädt ein Docker-Image in eine Docker-Registry hoch

Containerisierung in der Praxis: Docker-Beispiel

Um den Einsatz von Docker in der Praxis zu veranschaulichen, schauen wir uns ein einfaches Beispiel an. Wir werden ein einfaches Webserver-Dockerfile erstellen und dann zeigen, wie dieses in der Praxis verwendet wird.

Angenommen, du hast eine einfache Webanwendung, die in Node.js geschrieben ist. Du hast eine datei namens "server.js" und eine "package.json"-Datei, die alle Abhängigkeiten deiner Anwendung auflistet.

Zunächst brauchst du ein Dockerfile. Hier ist ein einfaches Beispiel:

FROM node:14
WORKDIR /usr/src/app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
EXPOSE 8080
CMD [ "node", "server.js" ]

Erst wird das offizielle Node.js-Image als Basis verwendet. Dann wird das Arbeitsverzeichnis auf '/usr/src/app' gesetzt und die 'package.json'-Datei in das Docker-Image kopiert. Mit 'npm install' werden dann alle notwendigen Abhängigkeiten installiert. Danach wird der gesamte übrige Code in das Docker-Image kopiert. Dann wird Port 8080 geöffnet und schließlich die Anwendung gestartet.

Um dieses Dockerfile zu verwenden und ein Docker-Image zu erstellen, würdest du Folgendes tun:

docker build -t my-web-app .

Damit wird ein Docker-Image namens "my-web-app" erstellt. Mit dem folgenden Befehl könntest du dann einen Container aus diesem Image starten:

docker run -p 8080:8080 -d my-web-app

Vergleich: Virtualisierung gegen Containerisierung

Die beiden Techniken der Virtualisierung und der Containerisierung werden häufig in Diskussionen über moderne Infrastrukturen gegenübergestellt. Beide Ansätze haben ihre eigenen Stärken und Schwächen und es hängt von den spezifischen Anforderungen eines Projekts ab, welcher Ansatz besser geeignet ist.

Virtualisierung vs Containerisierung

In einer Virtualisierungsumgebung werden mehrere Betriebssysteminstanzen auf derselben physischen Hardware ausgeführt. Jede dieser Instanzen läuft in einem eigenen virtuellen Maschine (VM), die über einen Hypervisor verwaltet wird. Daher hat jede VM ihre eigene vollständige Kopie des Betriebssystems, einen eigenen Binär- und Systembibliotheksbereich sowie einen eigenen virtuellen Hardwarestapel.

Im Gegensatz dazu teilen Container in einer Containerumgebung das gleiche Betriebssystem des Hosts und jeder Container teilt die Binärdateien und Systembibliotheken. Unterschiede zwischen Containern sind in ihren Anwendungsdateien und ihrem Zustand.

Containerisierung vs Virtuelle Maschinen: Unterschiede und Ähnlichkeiten

Beide Ansätze - Virtualisierung und Containerisierung - haben das Ziel, Anwendungen von der physischen Hardware zu isolieren und sicherzustellen, dass sie in konsistenten, reproduzierbaren und isolierten Umgebungen ausgeführt werden können. Aber sie machen dies auf unterschiedliche Weisen.

Die virtuelle Maschinen-Technik hat den Vorteil, dass sie die höchste Isolationsstufe bietet, da jede VM vollständig von den anderen getrennt ist. Aber dieses hohe Isolationsniveau führt zu mehr Overhead, da für jede VM eine vollständige Betriebssysteminstanz ausgeführt werden muss.

Container hingegen sind leichtgewichtiger, da sie das Betriebssystem des Hosts teilen. Das bedeutet weniger Overhead und die Möglichkeit, mehr Anwendungen auf derselben Hardware auszuführen. Allerdings bietet diese Methode ein etwas geringeres Isolationsniveau zwischen den einzelnen Anwendungen.

Vorteile und Nachteile der Containerisierung

Containerisierung hat viele Vorteile, die dazu beitragen, besonders Agile Softwareentwicklung zu fördern. Trotzdem sollte beachtet werden, dass auch Nachteile entstehen können. Diese hängen in den meisten Fällen stark von den spezifischen Projektanforderungen und Umständen ab.

Vor- und Nachteile der Containerisierung

Die Vorteile der Containerisierung umfassen:

• Eine verbesserte Konsistenz über das gesamte System hinweg, da Anwendungen und ihre Abhängigkeiten in einer einzigen, reproduzierbaren Einheit verpackt sind.
• Die erhöhte Effizienz und Ressourcenauslastung, da mehrere Container auf demselben Host ausgeführt werden können und weniger Ressourcen als volle virtuelle Maschinen benötigen.
• Die verbesserte Entwicklerproduktivität, da Entwickler ihre Anwendungen in genau der gleichen Umgebung entwickeln und testen können, in der sie schließlich auch ausgeführt werden.
• Die verbesserte Bereitstellungs- und Startgeschwindigkeit von Anwendungen verglichen mit herkömmlichen VMs, da keine vollwertige OS-Instanz initialisiert werden muss.

Allerdings lässt sich auch eine Reihe von Nachteilen erkennen:

• Die Sicherheit kann ein Thema sein, da Angriffe, die einen Container kompromittieren, möglicherweise auf das zugrunde liegende Host-Betriebssystem zugreifen können. Solche Angriffe sind jedoch bei einem ordnungsgemäß konfigurierten System weniger wahrscheinlich.
• Da die Container das zugrunde liegende Betriebssystem gemeinsam nutzen, kann es Kompatibilitätseinschränkungen geben, insbesondere wenn Anwendungen spezifische Kernel-Versionen oder -Funktionen benötigen.

Prinzipien der Containerisierung und deren Auswirkungen

Eine Folge der hohen Grad an Isolierung ist, dass Entwickler und Betriebsteams extrem flexibel sind in der Auswahl ihrer Tools, Sprachen und Frameworks. Jeder Container kann seine eigenen spezifischen Abhängigkeiten haben, ohne dass sich diese auf andere Container auswirken. Wenn man weiter geht, kann man annehmen, dass selbst die kleinsten Bestandteile einer Anwendung in den verschiedenen Containern aufgeteilt und unabhängig voneinander skaliert und bereitgestellt werden können.

Ein weiteres Prinzip der Containerisierung ist die Portabilität. Container können überall ausgeführt werden, wo Docker bzw. eine kompatible Laufzeitumgebung installiert ist. Dies vereinfacht die Bereitstellung und den Betrieb von Anwendungen erheblich, da sie in konsistenten, reproduzierbaren Umgebungen ausgeführt werden können, unabhängig davon, auf welcher physischen oder virtuellen Infrastruktur sie ausgeführt werden.

Außerdem ist die Skalierbarkeit ein zentraler Aspekt der Containerisierung. Da Container leichtgewichtig sind und schnell starten, können Anwendungen einfach horizontal skaliert werden, indem einfach mehr Container gestartet werden. Dies ist insbesondere in Mikroservice-Architekturen oder bei Cloud-nativen Anwendungen von großer Bedeutung.

Trotz all dieser Vorteile ist die Containerisierung nicht immer der ideale Ansatz für jede Art von Anwendung oder in jeder Umgebung. Beispielsweise sind einige Legacy-Anwendungen, die eng mit dem zugrunde liegenden Betriebssystem interagieren, möglicherweise nicht für die Ausführung in Containern geeignet. Gleichzeitig können Anwendungen, die eine hohe Isolation oder spezielle Hardware-Zugriffsanforderungen haben, möglicherweise nicht von den Vorteilen der Containerisierung profitieren.

Vertiefung in die Containerisierung: Praxisbeispiele und Anwendung

Containerisierung hat sich als effektives Mittel zur Lösung vieler Herausforderungen im Bereich der Softwareentwicklung und -bereitstellung erwiesen. Eine Vielzahl von Anwendungen und Diensten, die wir heute verwenden, sind wahrscheinlich auf Containertechnologie angewiesen.

Anwendungsbeispiele für Containerisierung

Ein Container erlaubt es, jede Mikroservice-Komponente unterschiedlich zu konfigurieren und zu managen, um ihre spezifischen Anforderungen zu erfüllen. Des Weiteren tragen Container zur hoher Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit bei, da sie schnell und einfach neu gestartet oder repliziert werden können, falls ein einzelner Dienst ausfällt.

Ein weiterer Anwendungsfall für Container ist das Testen von Software. Containers erlauben es, Testumgebungen schnell zu erstellen und zu zerstören. Sie stellen sicher, dass Tests in isolierten und reproduzierbaren Umgebungen durchgeführt werden, was zu zuverlässigeren Testergebnissen führt.

Außerdem ist die Containerisierung für Continuous Integration / Continuous Delivery (CI/CD) Prozesse sehr nützlich. Bei diesem Vorgehen kann jeder Schritt des Prozesses in einem eigenen Container durchgeführt werden, was zu einer hohen Flexibilität und Kontrolle führt.

Containerisierung in der Praxis: Beispiele prominenter Implementierungen

Einige der bekanntesten Beispiele für Container-Implementierungen stammen von großen Tech-Unternehmen wie Google und Netflix. Diese Unternehmen nutzen Containerisierung, um ihre massiven, globalen Dienste zu unterstützen.