Что такое Docker: история создания и зачем нужны контейнеры

Что такое Docker

Docker — это программное обеспечение для автоматизации развёртывания и управления приложениями в средах с поддержкой контейнеризации.

Из этого определения ничего непонятно. Особенно непонятно, что значит «в средах с поддержкой контейнеризации». Чтобы разобраться, вернёмся в прошлое. Начнём с эпохи, которую я условно называю «Монолитной эрой».

История

Проект начат как внутренняя собственническая разработка компании dotCloud, основанной Соломоном Хайксом в 2008 году с целью построения публичной PaaS-платформы с поддержкой различных языков программирования. Наряду с Хайксом в первоначальной разработке значительное участие приняли инженеры dotCloud Андреа Лудзарди и Франсуа-Ксавье Бурле.

В марте 2013 года код Docker был опубликован под лицензией Apache 2.0 [9] . В июне 2013 года генеральным директором в dotCloud приглашён Бен Голуб, ранее руководивший фирмой Gluster (разрабатывавшей технологию распределённого хранения GlusterFS и поглощённой за $136 млн Red Hat в 2011 году). В октябре 2013 года, подчёркивая смещение фокуса к новой ключевой технологии, dotCloud переименована в Docker (при этом PaaS-платформа сохранена под прежним названием — dotCloud).

В октябре 2013 года выпущен релиз Havana тиражируемой IaaS-платформы OpenStack, в котором реализована поддержка Docker (как драйвер для OpenStack Nova). С ноября 2013 года частичная поддержка Docker включена в дистрибутив Red Hat Enterprise Linux версии 6.5 и полная — в 20-ю версию дистрибутива Fedora, ранее было достигнуто соглашение с Red Hat о включении с 2014 года Docker в тиражируемую PaaS-платформу OpenShift. В декабре 2013 года объявлено о поддержке развёртывания Docker-контейнеров в среде Google Compute Engine.

С 2014 года ведутся работы по включению поддержки Docker в среду управления фреймворка распределённых приложений Hadoop; по результатам тестирования вариантов платформы виртуализации для Hadoop, проведённом в мае 2014 года, Docker показал на основных операциях (по массовому созданию, перезапуску и уничтожению виртуальных узлов) существенно более высокую производительность, нежели KVM, в частности, на тесте массового создания виртуальных вычислительных узлов прирост потребления процессорных ресурсов в Docker зафиксирован в 26 раз ниже, чем в KVM, а прирост потребления ресурсов оперативной памяти — втрое ниже.

С 2017 года вдобавок к свободно распространяемой под лицензией Apache 2.0 редакции продукта выпускается редакция для организаций, продаваемая по ценам от $750 до $2 тыс. в год на узел в зависимости от доступных функций.

Преимущества использования Docker

  1. Минимальное потребление ресурсов — контейнеры не виртуализируют всю операционную систему (ОС), а используют ядро хоста и изолируют программу на уровне процесса. Последний потребляет намного меньше ресурсов локального компьютера, чем виртуальная машина.
  2. Скоростное развертывание — вспомогательные компоненты можно не устанавливать, а использовать уже готовые docker-образы (шаблоны). Например, не имеет смысла постоянно устанавливать и настраивать Linux Ubuntu. Достаточно 1 раз ее инсталлировать, создать образ и постоянно использовать, лишь обновляя версию при необходимости.
  3. Удобное скрытие процессов — для каждого контейнера можно использовать разные методы обработки данных, скрывая фоновые процессы.
  4. Работа с небезопасным кодом — технология изоляции контейнеров позволяет запускать любой код без вреда для ОС.
  5. Простое масштабирование — любой проект можно расширить, внедрив новые контейнеры.
  6. Удобный запуск — приложение, находящееся внутри контейнера, можно запустить на любом docker-хосте.
  7. Оптимизация файловой системы — образ состоит из слоев, которые позволяют очень эффективно использовать файловую систему.

Компоненты

Для начинающих разработчиков необходимо знать как работает Docker, его основные компоненты и связь между ними.

Компоненты Docker

  1. Docker-демон (Docker-daemon) — сервер контейнеров, входящий в состав программных средств Docker. Демон управляет Docker-объектами (сети, хранилища, образы и контейнеры). Демон также может связываться с другими демонами для управления сервисами Docker.
  2. Docker-клиент (Docker-client / CLI) — интерфейс взаимодействия пользователя с Docker-демоном. Клиент и Демон — важнейшие компоненты «движка» Докера (Docker Engine). Клиент Docker может взаимодействовать с несколькими демонами.
  3. Docker-образ (Docker-image) — файл, включающий зависимости, сведения, конфигурацию для дальнейшего развертывания и инициализации контейнера.
  4. Docker-файл (Docker-file) — описание правил по сборке образа, в котором первая строка указывает на базовый образ. Последующие команды выполняют копирование файлов и установку программ для создания определенной среды для разработки.
  5. Docker-контейнер (Docker-container) — это легкий, автономный исполняемый пакет программного обеспечения, который включает в себя все необходимое для запуска приложения: код, среду выполнения, системные инструменты, системные библиотеки и настройки.
  6. Том (Volume) — эмуляция файловой системы для осуществления операций чтения и записи. Она создается автоматически с контейнером, поскольку некоторые приложения осуществляют сохранение данных.
  7. Реестр (Docker-registry) — зарезервированный сервер, используемый для хранения docker-образов. Примеры реестров:
  • Центр Docker — реестр, используемый для загрузки docker-image. Он обеспечивает их размещение и интеграцию с GitHub и Bitbucket.
  • Контейнеры Azure — предназначен для работы с образами и их компонентами в директории Azure (Azure Active Directory).
  • Доверенный реестр Docker или DTR — служба docker-реестра для инсталляции на локальном компьютере или сети компании.
  1. Docker-хаб (Docker-hub) или хранилище данных — репозиторий, предназначенный для хранения образов с различным программным обеспечением. Наличие готовых элементов влияет на скорость разработки.
  2. Docker-хост (Docker-host) — машинная среда для запуска контейнеров с программным обеспечением.
  3. Docker-сети (Docker-networks) — применяются для организации сетевого интерфейса между приложениями, развернутыми в контейнерах.

Как работает

Работа Docker основана на принципах клиент-серверной архитектуры, которая основана на взаимодействии клиента с веб-сервером (хостом). Первый отправляет запросы на получение данных, а второй их предоставляет.

Что такое Docker - архитектура

Схема работы

  1. Пользователь отдает команду с помощью клиентского интерфейса Docker-демону, развернутому на Docker-хосте. Например, скачать готовый образ из реестра (хранилища Docker-образов) с помощью команды docker pull. Взаимодействие между клиентом и демоном обеспечивает REST API. Демон может использовать публичный (Docker Hub) или частный реестры.
  2. Исходя из команды, заданной клиентом, демон выполняет различные операции с образами на основе инструкций, прописанных в файле Dockerfile. Например, производит их автоматическую сборку с помощью команды docker build.
  3. Работа образа в контейнере. Например, запуск docker-image, посредством команды docker run или удаление контейнера через команду docker kill.

Docker-image — шаблон только для чтения (read-only) с набором некоторых инструкций, предназначенных для создания контейнера. Он состоит из слоев, которые Docker комбинирует в один образ при помощи вспомогательной файловой системы UnionFS. Так решается проблема нерационального использования дисковой памяти. Параметры образа определяются в Docker-file.

Для многократного применения Docker-image следует пользоваться реестром образов или Докер-реестром (Docker-registry), позволяющим закачивать готовые образы с внешнего репозитория сервиса и хранить их в реестре Докер-хоста. Рекомендуемый вариант — официальный реестр компании Docker Trusted Registry (DTR).

Что такое Docker - Docker Trusted Registry (DTR)

Если требуется файл, то скачиваться будут только нужные слои. Например, разработчик решил доработать программное обеспечение и модифицировать образ, изменив несколько файлов. После загрузки на сервер будут отправлены слои, содержащие только модифицированные данные.

Каждый контейнер строится на основе Docker-образов. Контейнеры запускаются напрямую из ядра операционной системы Linux. Благодаря этому, они потребляют гораздо меньше ресурсов, чем при аппаратной виртуализации.

Изоляция рабочей среды осуществляется при помощи технологии namespace. Для каждого изолированного пространства (контейнера) создается уникальное пространство имен, которое и обеспечивает к нему доступ. Любой процесс, выполняемый внутри контейнера, ограничивается namespace.

Что такое Docker - Docker-image

В ОС Linux посредством Docker Engine используется немного другая технология — контрольные группы (cgroups). При этом приложение ограничивается некоторым набором ресурсов. Сgroups осуществляют обмен доступных аппаратных ресурсов с контейнерами, на которые дополнительно устанавливаются необходимые ограничения (использование памяти, прав доступа к другому ресурсу и т. д.).

Движок Docker объединяет пространство имен (namespace), контрольные группы (cgroups) и файловую систему (UnionFS) в формат контейнера. В будущем планируется поддержка других форматов посредством интеграции технологий BSD Jails или Solaris Zones.

Эра контейнеров

Когда наступила Эра контейнеров, сменилась философия работы с ними:

  • Один процесс — один контейнер.
  • Все нужные процессу зависимости доставляем в его контейнер. Это требует распиливать монолиты на микросервисы.
  • Чем меньше образ, тем лучше — меньше возможных уязвимостей, быстрее раскатывается и так далее.
  • Инстансы становятся эфемерными.

Помните, я говорил про pets vs cattle? Раньше инстансы были подобны домашним животным, а теперь стали как cattle — скот. Раньше был монолит — одно приложение. Теперь это 100 микросервисов, 100 контейнеров. У каких-то контейнеров может быть по 2-3 реплики. Нам становится не столь важно контролировать каждый контейнер. Нам скорее важна доступность самого сервиса: того, что делает этот набор контейнеров. Это меняет подходы в мониторинге.

В 2014-2015 годах случился расцвет Docker — той технологии, о которой мы и будем сейчас говорить.

Docker изменил философию и стандартизировал упаковку приложения. С помощью Docker мы можем упаковать приложение, отправить его в репозиторий, скачать оттуда, развернуть.

В Docker-контейнер мы закладываем всё необходимое, поэтому решается проблема зависимостей. Docker гарантирует воспроизводимость. Я думаю, многие сталкивались с невоспроизводимостью: у тебя всё работает, пушишь на продакшен, там это перестает работать. С Docker эта проблема уходит. Если твой Docker-контейнер запускается и делает то, что требуется делать, то с большой долей вероятности он запустится на продакшене и там сделает то же самое.

Отступление про оверхед

По поводу оверхед постоянно идут споры. Кто-то считает, что Docker не несёт дополнительную нагрузку, так как использует ядро Linux и все его процессы, необходимые для контейнеризации. Мол, «если вы говорите, что Docker — это оверхед, то тогда и ядро Linux оверхед».
С другой стороны, если углубиться, то в Docker и правда есть несколько вещей, про которые с натяжкой можно сказать, что это оверхед.
Первое — это PID namespace. Когда мы в namespace помещаем какой-то процесс, ему присваивается PID 1. В то же время у этого процесса есть ещё один PID, который находится на хостовом namespace, за пределами контейнера. Например, мы запустили в контейнере Nginx, он стал PID 1 (мастер-процесс). А на хосте у него PID 12623. И сложно сказать, насколько это оверхед.
Вторая штука — это Cgroups. Возьмём Cgroups по памяти, то есть возможность ограничивать контейнеру память. При её включении активируются счётчики, memory accounting: ядру надо понимать, сколько страниц выделено, а сколько ещё свободно для этого контейнера. Это возможно оверхед, но точных исследований о том, как он влияет на производительность, я не встречал. И сам не замечал, что приложение, запущенное в Docker, вдруг резко теряло в производительности.
И ещё одно замечание о производительности. Некоторые параметры ядра прокидываются с хоста в контейнер. В частности, некоторые сетевые параметры. Поэтому если вы хотите запустить в Docker что-то высокопроизводительное, например то, что будет активно использовать сеть, то вам, как минимум, надо эти параметры подправить. Какой-нибудь nf_conntrack, к примеру.

Как установить Docker на VDS Timeweb

Так как мы постоянно работаем над тем, чтобы сделать работу на нашем хостинге удобной и комфортной для наших клиентов, внедрение Docker было лишь вопросом времени.

Для того чтобы начать использовать Docker, сначала вам необходимо установить его – это можно сделать двумя путями.

  1. Вы можете установить Docker в панели управления VDS при создании нового сервера: на 2-м шаге «Программное обеспечение», при выборе Ubuntu 16.04 в качестве операционной системы, вы сможете установить DockerUI.
  2. Также вы можете провести установку через консоль любого дистрибутива Linux, следуя инструкции на официальном сайте.

Соответственно, работа с Docker может производиться либо в консоли, либо в соответствующем интерфейсе.

Как и во многих других случаях, работа с Docker напрямую через консоль отличается большей стабильностью и широкими возможностями. Все необходимые команды вы найдете на этой странице официального сайта.

О концепции

Docker состоит из нескольких компонентов:

  1. Docker Daemon — то самое Container Engine; запускает контейнеры.
  2. Docker CLI — утилита по управлению Docker.
  3. Dockerfile — инструкция по тому, как собирать образ.
  4. Image — образ, из которого раскатывается контейнер.
  5. Container.
  6. Docker registry — хранилище образов.

Схематично это выглядит примерно вот так:

На Docker_host работает Docker daemon, запускает контейнеры. Есть Client, который передаёт команды: собери образ, скачай образ, запусти контейнер. Docker daemon ходит в registry и выполняет их. Docker-клиент может обращаться и локально (к юникс-сокету), и по TCP с удалённого хоста.

Пройдёмся по каждому компоненту.

Docker daemon (демон) — это серверная часть, она работает на хост-машине: скачивает образы и запускает из них контейнеры, создаёт сеть между контейнерами, собирает логи. Когда мы говорим «создай образ», этим тоже занимается демон.

Docker CLI — клиентская часть Docker, консольная утилита для работы с демоном. Повторю, она может работать не только локально, но и по сети.

Базовые команды:

docker ps — показать контейнеры, которые сейчас запущены на Docker-хосте.
docker images — показать образы, скачанные локально.
docker search <> — поиск образа в registry.
docker pull <> — скачать образ из registry на машину.
docker build <> — собрать образ.
docker run <> — запуск контейнер.
docker rm <> — удалить контейнер.
docker logs <> — логи контейнера
docker start/stop/restart <> — работа с контейнером

Если вы освоите эти команды и будете уверенно ими пользоваться, то считайте, что на 70% освоили Docker на уровне пользователя.

Dockerfile — инструкция для создания образа. Почти каждая команда инструкции — новый слой. Посмотрим на примере.

Примерно так выглядит Dockerfile: слева команды, справа — аргументы. Каждая команда, что здесь есть (и вообще пишется в Dockerfile), создаёт новый слой в Image.

Даже глядя на левую часть, можно примерно понять, что происходит. Мы говорим: «создай нам папку» — это один слой. «Сделай папку рабочей» — это ещё один слой, и так далее. Слоёный пирог упрощает жизнь. Если я создам ещё один Dockerfile и в последней строчке что-то изменю — запущу не “python” “main.py”, а что-нибудь другое, или установлю зависимости из другого файла — то предыдущие слои будут переиспользованы, как кеш.

Image — это упаковка контейнера, из образа запускаются контейнеры. Если смотреть на Docker с точки зрения пакетного менеджера (как будто мы работаем с deb или rpm-пакетами), то image — это по сути rpm-пакет. Через yum install мы можем поставить приложение, удалить его, найти в репозитории, скачать. Здесь примерно то же самое: из образа запускаются контейнеры, они хранятся в Docker registry (по аналогии с yum, в репозитории), и каждый image имеет хеш SHA-256, имя и тег.

Image собирается по инструкции из Dockerfile. Каждая инструкция из Dockerfile создаёт новый слой. Слои могут использоваться повторно.

Docker registry — это репозиторий образов Docker. По аналогии с ОС, у Docker есть общедоступный стандартный реестр — dockerhub. Но можно собрать свой репозиторий, свой Docker registry.

Container — то, что запускается из образа. По инструкции из Dockerfile собрали образ, затем мы его из этого образа запускаем. Этот контейнер изолирован от остальных контейнеров, он должен содержать в себе всё необходимое для работы приложения. При этом один контейнер — один процесс. Случается, что приходится делать два процесса, но это несколько противоречит идеологии Docker.

Требование «один контейнер — один процесс» связано с PID Namespace. Когда в Namespace запускается процесс с PID 1, если он вдруг умрёт, то весь контейнер тоже умирает. Если же там запущено два процесса: один живёт, а второй умер, то контейнер всё равно продолжит жить. Но это к вопросу Best Practices, мы про них поговорим в других материалах.

Примеры применения

Окружение для разработки Docker применяется во множестве сфер — от обработки больших массивов данных, до работы с микросервисами, основанных на распределенной архитектуре.

Что такое Docker - где используется

Чтобы понять, как можно применять Докер на практике, разберем основные примеры использования для чайников.

  1. Быстрая доставка приложений (команды docker pull и docker push) позволяет организовать коллективную работу над проектом. Разработчики могут работать удаленно на локальных компьютерах и выполнять пересылку фрагментов кода в контейнер для тестов.
  2. Развертывание и масштабирование — контейнеры работоспособны на локальных компьютерах, серверах, в облачных онлайн-сервисах. Их можно загружать на хостинг для дальнейшего тестирования, создавать (docker run), останавливать (docker stop), запускать (docker start), приостанавливать и возобновлять (docker pause и docker unpause соответственно).
  3. Множественные нагрузки — осуществление запуска большого количества контейнеров на одном и том же оборудовании, поскольку Docker занимает небольшой объем дисковой памяти.
  4. Диспетчер процессов — возможность мониторинга процессов в Docker посредством команд docker ps и docker top, имеющими схожий синтаксис с Linux.
  5. Удобный поиск — в реестрах Docker он осуществляется очень просто. Для этого следует использовать команду docker search.
Источники
  • https://habr.com/ru/company/southbridge/blog/515508/
  • https://wiki2.info/Docker
  • https://Eternalhost.net/blog/razrabotka/chto-takoe-docker
  • https://timeweb.com/ru/community/articles/docker-konteynery-eto-prosto-1

Tikhanova-k@mail.ru
Зарплатто.ру - сайт о зарплатах и доходах, деньгах и финансах
Adblock
detector