Контейнеризация

Контейнеризация — это методология, предполагающая упаковку программного кода вместе с библиотеками и зависимостями в один исполняемый файл для обеспечения его корректного выполнения. Такие инкапсулированные блоки называются контейнерами. Преимуществом контейнеров является возможность их развертывания в различных средах, а также эффективное управление их работой в каждой из них.

Если код разрабатывается в конкретной вычислительной среде, то при переносе его на новый сервер часто возникают проблемы, связанные с нюансами настройки. Контейнеризация существенно снижает остроту этих проблем. Контейнеры не зависят от настроек базовой операционной системы, что позволяет им беспрепятственно функционировать на различных платформах или в облачных средах.

Всплеск интереса к контейнерным решениям и их повсеместное внедрение привели к созданию стандартов упаковки программного кода в контейнеры. В 2015 году компания Docker и другие лидеры отрасли объединились в проект Open Container Initiative (OCI) для разработки этих стандартов. Стандарты OCI позволяют пользователям использовать технологии контейнеризации от любого поставщика, сертифицированного OCI.

Типы контейнеров

Контейнеры обладают универсальностью, их можно развернуть в любой операционной системе, не ограничиваясь ее настройками. Существует два основных типа контейнеров: контейнеры приложений и контейнеры операционных систем.

• Контейнеры приложений. Контейнеры приложений используются для организации работы микросервисов с горизонтальной масштабируемостью. В этой архитектуре каждый контейнер содержит один процесс, что делает их подходящими для неизменяемых инфраструктур. В контексте данной архитектуры каждый запущенный контейнер выполняет отдельный процесс, который, в свою очередь, управляет одним приложением.
• Контейнеры операционных систем. Контейнеры операционных систем по своей функциональности напоминают виртуальные машины. Они служат для размещения операционной системы и поддержки одновременного выполнения нескольких процессов. Обычно контейнеры операционной системы используются для больших, неделимых и традиционных приложений и могут содержать в себе конфигурацию, архитектуру и инструментарий системы. Такие контейнеры часто создаются с помощью шаблонов или образов, которые точно определяют их структуру и содержимое. Таким образом, становится возможным создание контейнеров с идентичным окружением, включающим одинаковые версии пакетов и конфигураций для всех экземпляров.

Контейнеры и виртуальные машины: отличия

Контейнеры имеют общую функциональность и назначение с виртуальными машинами, однако между ними существуют заметные различия.

Виртуальная машина (ВМ) — это, по сути, операционная система (ОС), развернутая внутри другой операционной системы. ВМ обладает собственным ядром и определенными изолированными ресурсами.

С другой стороны, контейнеры представляют собой автономные единицы, каждая из которых предназначена для выполнения одного приложения. Они более эффективны с точки зрения памяти, потребляют меньше ресурсов и обладают более высокой степенью независимости от базовой операционной системы.

Запуск множества контейнеров на одном и том же оборудовании более целесообразен, в то время как количество ВМ, которые могут быть развернуты на одном и том же оборудовании, сравнительно меньше. Это различие становится особенно значимым в сценариях облачной инфраструктуры, где оптимизация ресурсов имеет решающее значение, а контейнеры предлагают более эффективное решение.

Применение контейнеризации

Создание архитектуры микросервисов предполагает оркестровку различных контейнеров для одновременной работы, их использование и вывод из эксплуатации по мере необходимости. Использование контейнеров в качестве базовых элементов является основополагающим аспектом построения модульных баз данных, способствующим эволюции монолитных баз данных в более адаптивные и масштабируемые структуры.

Автоматизация развертывания приложений на разрозненных узлах упрощает процесс развертывания, повышая его общую эффективность. Контейнеризация облегчает перенос программ в современные среды, обеспечивая плавный переход на модернизированные системы. Такой подход не только способствует экономии места и памяти на устройствах, но и значительно повышает безопасность системы за счет присущих контейнерам функций инкапсуляции и изоляции.

Кроме того, контейнеры играют ключевую роль в повышении скорости и эффективности системных операций, способствуя созданию более гибкой и отзывчивой вычислительной среды. По сути, внедрение контейнеров выходит за рамки простого удобства и открывает путь к созданию более гибкой и эффективной технологической среды.

Какие преимущества у контейнеризации

Контейнеризация позволяет разработчикам создавать очень гибкие и масштабируемые продукты, способствующие более быстрому и безопасному развертыванию, а также надежной поддержке приложений.

Контейнеры, не обремененные лишними накладными расходами, совместно используют базовую операционную систему хоста. Такая облегченная структура повышает эффективность работы сервера, что приводит к сокращению времени запуска и минимизации накладных расходов. Каждое приложение в контейнере работает независимо, что упрощает обнаружение неисправностей. Пока решаются технические проблемы, другие контейнеры могут продолжать работу без сбоев. Контейнеры, будучи меньше виртуальных машин, отличаются быстрым временем запуска и повышенной вычислительной мощностью. Эти характеристики способствуют повышению эффективности, особенно в управлении ресурсами, что в конечном итоге позволяет снизить затраты на серверы и лицензирование. Контейнерные приложения изолированы, что предотвращает распространение вредоносного кода за пределы текущего контейнера. Разработчики могут определять разрешения безопасности для контроля доступа и взаимодействия между контейнерами. Контейнеризация позволяет выделять различные ресурсы, такие как память, локальное хранилище, процессор. В случае перераспределения ресурсов затронутый контейнер немедленно завершается, а ресурсы пропорционально перераспределяются между другими контейнерами в зависимости от рабочей нагрузки и заданных ограничений.

Управление контейнерами

Для управления контейнерами используются платформы оркестрации, которые обеспечивают следующие возможности:

• Упрощение процесса развертывания новых версий и решение таких задач, как протоколирование, мониторинг и отладка.
• Эффективное масштабирование операций, позволяющее динамически увеличивать или уменьшать их объем в зависимости от потребностей.
• Настройка контейнеров на автономную работу в зависимости от нагрузки на систему, что обеспечивает оптимальную производительность и использование ресурсов.

По сути, платформы оркестровки контейнеров представляют собой комплексное решение для беспрепятственного развертывания, управления и масштабирования контейнерных приложений, повышая общую операционную эффективность.

Kubernetes – что это?

Kubernetes (K8S) представляет собой комплексную среду для оркестровки приложений, заключенных в контейнеры. K8S автоматизирует инициализацию контейнеров, облегчает их масштабирование и обеспечивает координацию их работы в рабочем пространстве.

Основные возможности Kubernetes включают:

• Прогнозирование потребностей контейнеров в ресурсах и планирование их автоматического запуска в нужное время.
• Балансировка нагрузки для экземпляров контейнеров приложений, обеспечивая эффективное распределение рабочих нагрузок.
• Отслеживание работоспособности новых экземпляров во время обновлений и при возникновении проблем
• Управление постоянным хранилищем, используемым приложениями, обеспечивая эффективную работу с данными.
• Создание нового контейнера взамен вышедшего из строя, повышая устойчивость системы.
• Контроль показателей процессора и пользователей, динамически регулируя количество экземпляров в зависимости от потребностей.
• Контроль конфигурации приложений и обеспечивает безопасность их работы.

Kubernetes — это надежная, но сложная система, которая может быть развернута на оборудовании компании или с использованием решений, предоставляемых облачными провайдерами. Правильная конфигурация, включающая создание кластера, сетевые настройки, разрешения на использование сервисов, ведение журналов и создание резервных копий, имеет решающее значение для оптимального функционирования системы.