Что такое контейнеризация? Знакомство с технологией

В статье рассмотрим основные моменты, связанные с контейнеризацией приложений. Выясним, что это за технология и по каким принципам она работает. Сравним ее с виртуализацией, остановимся на вопросах безопасности и управления контейнерами, а также поговорим о современных средствах контейнеризации приложений.

Зачем нужна контейнеризация данных?

Если кратко, то на этот вопрос можно ответить так: контейнеризация позволяет запускать написанный код на любых машинах и устройствах, работающих под управлением ОС определенного типа. Также эта технология облегчает процесс создания и развертывания приложений, попутно делая работу более безопасной и стабильной. Таким образом, перенос приложения из среды контейнеризации в любую другую происходит безболезненно, то есть не влечет за собой ошибок при выполнении кода в новой среде. Теперь по пунктам. Контейнеризация в программировании используется для:

• запуска программ независимо от используемых машин и устройств;
• оптимизации разработки приложений, когда сам процесс идет быстрее, а количество ошибок при этом сокращается;
• устранения конфликтных ситуаций, возникающих из-за потребности ряда приложений в определенных версиях ПО;
• оперативного перемещения готовых сред разработки между несколькими машинами.

Эта технология существенно облегчает развертывание приложений, также с ее помощью можно тестировать и отлаживать сомнительный код. А еще контейнеризация позволяет контролировать системные ресурсы, снижая нагрузку на аппаратную часть, и облегчает масштабирование и управление сложными проектами.

Принципы и особенности контейнеризации

Чтобы понять, по каким принципам работает эта технология, сначала следует рассмотреть устройство контейнера. Здесь поможет одна аналогия: наиболее популярное решение для контейнеризации называется Docker. На ум сразу приходит грузовой порт, и не зря: ведь проще всего представить именно грузовой контейнер, который можно перемещать как угодно и куда угодно. Сам же груз надежно защищен стенками и не зависит от внешних условий.

Аналогично устроены и контейнеры программные, только вместо груза здесь приложения или иное содержимое, а стенками выступают образы, создаваемые на платформах контейнеризации. Внутри образа содержится настроенная среда, представляющая собой минимально необходимый для запуска целевого содержимого набор программ. Развертывание образа производится при помощи такого же или аналогичного ПО, после чего с содержимым контейнера можно полноценно работать. Работа выполняется изолированно, приложение никак не взаимодействует с операционной системой машины или устройства, а лишь потребляет выделенные под него системные ресурсы. И даже настройки ОС никак не влияют на развертывание и запуск.

Добавим, что внутри контейнеров может находиться что угодно: от файлов и библиотек до отдельных приложений, уже настроенных и готовых к работе. При этом контейнеризация позволяет избежать конфликта зависимостей, когда, например, на другой машине установлена иная версия требуемого ПО. Избежать зависимостей возможно, так как для работы содержимого контейнера будут использоваться собственные программные ресурсы, находящиеся внутри образа. Эта особенность также делает контейнеры достаточно легкими, поскольку в образы «зашивается» только то, что необходимо для работы.

Отметим и независимость контейнеров друг от друга, что обеспечивает дополнительную стабильность. В результате выход из строя одного контейнера никак не сказывается на работоспособности других. А поскольку контейнеры используют ресурсы ОС совместно, нет необходимости задействовать под каждый контейнер отдельный экземпляр операционной системы, что позволяет существенно повысить производительность сервера и, соответственно, снизить затраты на апгрейд. Это очень помогает при работе со сложными приложениями, основанными на микросервисах, а также при масштабировании.

Отдельно остановимся на вопросе кроссплатформенности. Большинство платформ контейнеризации разрабатывались под Linux-подобные системы, поэтому создаваемые с их помощью контейнеры будут работать на любой сборке семейства Linux. Но, поскольку архитектура Linux и Windows различается достаточно сильно, такие контейнеры могут не работать в среде Windows. Это нужно учитывать в процессе разработки и, если планируется тестирование продукта под Windows, создавать совместимые образы.

И еще один принцип, на котором основана эта технология: один контейнер — один запуск. Дело в том, что после закрытия контейнера все данные удаляются, а значит вся важная информация должна быть сохранена во внешней ОС. Но это не представляет проблемы, поскольку имеющийся образ позволяет разворачивать сколько угодно новых экземпляров. При этом нештатно работающие или уже не нужные контейнеры должны без колебаний удаляться, что позволяет избежать сбоев, вызываемых приостановкой обслуживания, а также повышает безопасность.

Технологии контейнеризации и виртуализации

Виртуальные машины, по сути, представляют собой гостевые ОС, работающие поверх установленных на хосте. Преимущество виртуальных машин в том, что они позволяют запускать на одном физическом ресурсе разные ОС. Контейнеры не взаимодействуют с ОС, за исключением того, что они используют системные ресурсы для работы, задействуя память системы. Однако ВМ позволяют запускать ОС другого типа вне зависимости от основной ОС сервера, а контейнерам требуется совместимость с главной системой (см. об этом выше).

Если выделять главные различия между контейнерами и ВМ, то контейнеры:

• менее ресурсоемкие, что повышает производительность системы и позволяет сэкономить на бюджете;
• запускаются в ОС, аналогичной той, что установлена на хосте, но при этом без проблем работают на различных дистрибутивах отдельных типов ОС (преимущественно Linux);
• более уязвимые, поскольку задействуют ресурсы ОС, установленной на хосте, а потому требуют соблюдения повышенных мер сетевой безопасности, о чём и пойдет речь дальше.

Вопросы безопасности

Несмотря на то, что контейнеры работают в изолированной среде, есть риск нарушения изоляции при запуске. Это создает потенциальные уязвимости, а значит, нужно принять меры по защите приложений. И прежде всего откажитесь от загрузки готовых контейнеров, если источник их получения не вызывает доверия. В крайнем случае, рекомендуется работать с такими контейнерами в интегрированных в CI/CD-среды репозиториях.

Еще одно, отмеченное выше правило, заключается в том, что один контейнер используется для запуска только одного приложения. Но это не всё: дополнительно нужно использовать внутреннюю защиту платформ контейнеризации и производителей антивирусного и антишпионского программного обеспечения. Специально разработанное ПО позволяет находить уязвимости в коде и блокировать развертывание контейнеров, представляющих риск для безопасности.

Программные решения для контейнеризации

Существует несколько видов ПО для контейнеризации. Прежде всего это платформы для разработки и развертывания контейнеров, а также оркестраторы, целью которых является автоматизация управления контейнерными приложениями. Из программ первого типа распространенным является уже упомянутый выше Docker, а из популярных оркестраторов отметим Kubernetes и Docker Swarm, о которых подробно мы рассказывали недавно.

Оркестраторы незаменимы при масштабировании проектов, когда приходится управлять сотнями и даже тысячами контейнеров. Делать это в ручном режиме становится уже сложно, поэтому в дополнение к системам контейнеризации также разработаны системы оркестрации. С их помощью разработчики подготавливают, резервируют, мониторят состояние контейнеров, а также распределяют нагрузки, выполняют масштабирование и перемещают образы между серверами. И всё это правильно настроенные программы оркестрации выполняют в автоматическом режиме.

Кстати, тот же Kubernetes предлагается и как облачный сервис. Это удобно, поскольку в таком случае администрировать, обновлять и выполнять резервное копирование данных будет уже провайдер. В рамках услуги SaaS провайдер берет на себя работу по развертыванию платформы и настройке кластера, а также предлагает инструменты для сетевой безопасности. Такое решение с арендой необходимых мощностей подойдет для небольших и средних проектов. Для них оно более выгодно по сравнению с собственной инфраструктурой.

Другое решение, которое называется bare metal (собственное железо), подразумевает покупку сервера и создание своего кластера с нуля. Разумеется, для этого также придется нанимать специалистов, которые будут обслуживать эту инфраструктуру. Перспектива полностью контролировать кластер, конечно, выглядит заманчивой, однако bare metal подойдет только компаниям, готовым на серьезные первоначальные вложения. Для таких разработчиков это выгодное решение, которое окупит себя в будущем. А серверные мощности можно не только купить, но и арендовать у крупных провайдеров: Google, Microsoft или Amazon.

Подводя итог

Контейнеризация для разработчиков стала маст-хэв технологией, которая оправдывает себя при разработке приложений самого разного типа. При этом некогда высокий порог вхождения в технологию за последнее время снизился, поскольку платформы для контейнеризации становятся всё более дружелюбными к начинающим разработчикам. А благодаря услугам, предоставляемым облачными сервисами, развернуть такую платформу не составит никакого труда.