Konteneryzacja to stosunkowo nowe pojęcie programistyczne. Wraz z pojawieniem się różnych środowisk wdrożeniowych, zwłaszcza tych związanych z chmurą obliczeniową, zyskała ona ogromną popularność.

W tym artykule omawiamy, dlaczego wirtualizacja została wprowadzona na poziomie systemów operacyjnych, jak funkcjonuje i jakie korzyści przynosi programistom i firmom.

Czym jest konteneryzacja?

Konteneryzacja to proces, w którym oprogramowanie jest uruchamiane razem ze wszystkimi niezbędnymi komponentami, takimi jak kod, biblioteki, frameworki itp., w sposób zapewniający ich izolację w odrębnym kontenerze.

W tradycyjnych metodach tworzenia oprogramowania proces ten odbywa się w określonym środowisku obliczeniowym. Przeniesienie oprogramowania do innego środowiska, na przykład z komputera do chmury lub z systemu Linux na Windows, może prowadzić do wystąpienia błędów i problemów. Dzięki konteneryzacji można zintegrować wszystkie elementy oprogramowania w tzw. kontenerze. Taki kontener, wraz z całą swoją zawartością, jest odseparowany od systemu operacyjnego gospodarza, co pozwala mu działać autonomicznie i bezproblemowo na dowolnej platformie.

To jak podczas przeprowadzki, kiedy pakujesz swoje rzeczy do pudełek: naczynia do jednego, ubrania do drugiego, książki do trzeciego, i tak dalej. W ten sposób wszystkie te przedmioty są od siebie odizolowane. Podczas przeprowadzki pudełka można łatwo przewozić z jednego miejsca do drugiego, bez konieczności rozpakowywania i przepakowywania każdego przedmiotu osobno. Podobnie działają kontenery w technologii konteneryzacji, które umożliwiają wygodne uruchamianie i przenoszenie oprogramowania z jednego środowiska do innego, bez potrzeby rekompilacji czy dostosowywania.

Skąd wziął się pomysł na konteneryzację?

Głównym powodem rozwoju technologii konteneryzacji był wzrost złożoności i obciążenia infrastruktury IT. Aby zapewnić sprawne funkcjonowanie systemu, kluczowe jest utrzymanie niezawodności poszczególnych komponentów oraz ograniczenie ich wzajemnego oddziaływania. Odpowiednie oprogramowanie i system operacyjny umożliwiają umieszczanie tych elementów w kontenerach, co pozwala na podział dużych, monolitycznych infrastruktur IT na mniejsze, współdziałające ze sobą jednostki.

Pomysł na izolację procesów istnieje od wielu lat. W 2013 roku firma Docker zaprezentowała Docker Engine, ustanawiając jednocześnie standard korzystania z kontenerów za pomocą łatwych w użyciu narzędzi oraz uniwersalnego podejścia do pakowania, co przyspieszyło wdrażanie technologii konteneryzacji. Latem 2014 roku wprowadzono narzędzie do automatyzacji zarządzania kontenerami (orkiestracji) — Kubernetes.

Jak działa konteneryzacja

Architektura konteneryzacji składa się z kilku warstw:

  • Infrastruktura. Jest to poziom sprzętowy, obejmujący fizyczny komputer lub serwer bez systemu operacyjnego potrzebnego do uruchomienia aplikacji.
  • System Operacyjny. Jednym z najpopularniejszych systemów operacyjnych jest Linux, który działa zarówno na lokalnej infrastrukturze, jak i w chmurze.
  • Obrazy kontenerów. Obrazy kontenerów, czyli pliki zawierające wszystkie niezbędne dane do uruchomienia aplikacji w kontenerze, są tworzone przez programistów zgodnie ze standardami Open Container Initiative (OCI). Obrazy te są przeznaczone wyłącznie do odczytu i nie mogą być modyfikowane przez system komputerowy.
  • Silnik kontenerów. Jest to oprogramowanie, które tworzy kontenery na podstawie ich obrazów, pełniąc rolę pośrednika między kontenerami a systemem operacyjnym. Zapewnia aplikacjom niezbędne zasoby oraz nimi zarządza. Na przykład silnik kontenerów może kontrolować kilka kontenerów w jednym systemie operacyjnym, zapewniając ich autonomię zarówno względem infrastruktury, jak i siebie nawzajem.
  • Aplikacja i zależności. Najwyższy poziom architektury konteneryzacji, który obejmuje kod aplikacji oraz inne pliki niezbędne do jej uruchomienia, takie jak biblioteki, zależności i pliki konfiguracyjne. Ta warstwa może także zawierać system operacyjny-gość, działający na głównym systemie operacyjnym.

Zalety konteneryzacji

  • Przenośność. Kontenery mogą działać w różnych środowiskach obliczeniowych: na lokalnym sprzęcie, maszynach wirtualnych czy platformach chmurowych.
  • Izolacja. Aplikacje w kontenerach działają niezależnie, co zwiększa bezpieczeństwo i stabilność, zapobiega konfliktom oraz zapewnia środowisko piaskownicy (ang. sandbox).
  • Bezpieczeństwo. Izolacja aplikacji w kontenerach zapobiega przedostawaniu się szkodliwego oprogramowania do innych kontenerów lub systemów gospodarza. Dodatkowo, można ustawić uprawnienia bezpieczeństwa, które automatycznie blokują nieautoryzowany dostęp do kontenerów lub ograniczają komunikację z niepotrzebnymi zasobami.
  • Efektywne wykorzystanie zasobów. Kontenery są lekkie i korzystają z jądra systemu gospodarza, co pozwala na efektywne wykorzystanie zasobów. Wiele kontenerów może działać jednocześnie na jednym hoście, optymalizując w ten sposób wykorzystanie sprzętu.
  • Skalowalność. Konteneryzacja pozwala na skalowanie poziome, umożliwiając wdrażanie i rozbudowę kontenerów na wielu hostach lub klastrach. Kontenery można łatwo replikować i zarządzać nimi przy użyciu narzędzi takich jak Kubernetes, co umożliwia skalowanie aplikacji na żądanie, zapewniając ich wysoką dostępność i wydajność.
  • Elastyczność i szybkie uruchamianie. Konteneryzacja przyspiesza proces uruchamiania aplikacji dzięki łatwemu pakowaniu wszystkich niezbędnych elementów, takich jak aplikacje, zależności i konfiguracje, w jedną jednostkę — kontener.
  • Kontrola wersji i współpraca. Konteneryzacja pozwala programistom pracować niezależnie nad różnymi komponentami aplikacji w izolowanych kontenerach. Takie podejście zapewnia kompatybilność i minimalizuje konflikty. Dodatkowo konteneryzacja ułatwia śledzenie i zarządzanie wersjami aplikacji. Kontrola wersji oraz współpraca w ramach zespołów programistycznych zwiększają produktywność i upraszczają wdrażanie praktyk DevOps.

Najpopularniejsze narzędzia do konteneryzacji

Docker

Docker, znany również jako Docker Engine, to popularne środowisko do konteneryzacji o otwartym kodzie źródłowym, które wspomaga programistów w tworzeniu, wdrażaniu i testowaniu aplikacji kontenerowych na różnych platformach.

Kontenery Linux lub LXC

Kontenery Linux umożliwiają uruchamianie wielu aplikacji opartych na systemie Linux na jednej maszynie gospodarza. Programiści wykorzystują je do wdrażania aplikacji, które zapisują lub odczytują duże ilości danych. Kontenery te nie replikują całego systemu operacyjnego w środowisku wirtualnym, lecz zawierają jedynie niezbędne funkcje przydzielone w przestrzeni nazw Linux.

Kubernetes

Kubernetes to popularna otwartoźródłowa platforma stworzona przez Google, używana do uruchamiania, skalowania i zarządzania dużą liczbą mikrousług. Charakteryzuje się deklaratywnym modelem, który upraszcza automatyzację kontenerów.

VMware Tanzu

VMware Tanzu to portfolio produktów zaprojektowanych do zarządzania nowoczesnymi środowiskami chmurowymi opartymi na kontenerach. Dzięki VMware Tanzu użytkownicy mogą rozwijać, utrzymywać i uruchamiać aplikacje kontenerowe w klastrach Kubernetes zarówno w prywatnych, jak i publicznych chmurach opartych na VMware.

Podsumowanie

Obecnie organizacje coraz częściej wykorzystują konteneryzację do tworzenia nowych aplikacji i modernizacji istniejących.

Z badania przeprowadzonego przez IBM wynika, że 61% firm w ostatnich latach stworzyło połowę swoich aplikacji z wykorzystaniem konteneryzacji. Technologia ta pozwala na tworzenie aplikacji zgodnie z zasadą „napisz raz, uruchom wszędzie”. Przyspiesza rozwój, eliminuje zależność od jednego dostawcy chmury oraz oferuje korzyści takie jak izolacja, łatwość zarządzania, bezpieczeństwo i wiele innych.