Was ist ein Container? Grundsätze der Container-Virtualisierung

Container sind eine Form der Virtualisierung, mit der Anwendungen in isolierten Umgebungen ausgeführt werden können, während sie denselben Betriebssystemkern nutzen. Dieser Ansatz bietet eine schlanke und effiziente Möglichkeit zur Bereitstellung, Verwaltung und Skalierung von Anwendungen. In diesem Artikel wird erklärt, was Container sind, wie sie funktionieren und welche Prinzipien hinter der Container-Virtualisierung stehen.

1. Verstehen von Containern

Ein Container ist eine standardisierte Softwareeinheit, die den Code und alle seine Abhängigkeiten so verpackt, dass die Anwendung schnell und zuverlässig in verschiedenen Computerumgebungen ausgeführt werden kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen virtuellen Maschinen (VMs) nutzen Container den Betriebssystemkern des Hostsystems gemeinsam, laufen aber in isolierten Benutzerbereichen.

2. Hauptmerkmale von Containern

2.1. Geringes Gewicht

Container sind schlanker als VMs, da sie nicht für jede Instanz ein komplettes Betriebssystem benötigen. Sie enthalten nur die Anwendung und ihre Abhängigkeiten, was zu schnelleren Startzeiten und geringerem Ressourcenverbrauch führt.

2.2. Portabilität

Container können in jeder Umgebung, die Containerisierung unterstützt, konsistent ausgeführt werden, egal ob es sich um den Laptop eines Entwicklers, eine Testumgebung oder einen Produktionsserver handelt. Diese Portabilität trägt zur Rationalisierung von Entwicklungs- und Bereitstellungsprozessen bei.

2.3. Isolierung

Container bieten ein gewisses Maß an Isolierung zwischen den Anwendungen und stellen sicher, dass Prozesse in einem Container keine Auswirkungen auf andere haben. Diese Isolierung erhöht die Sicherheit und Stabilität.

3. Grundsätze der Container-Virtualisierung

3.1. Namespaces

Namensräume sind ein grundlegendes Merkmal der Containerisierung. Sie sorgen für Isolation, indem sie separate Ansichten von Systemressourcen schaffen. Jeder Container arbeitet in seinem eigenen Namensraum, wodurch sichergestellt wird, dass Prozesse, Benutzer und Netzwerkkonfigurationen sich nicht gegenseitig stören. Zu den wichtigsten Namespaces gehören:

• PID-Namensraum: Isoliert Prozess-IDs und ermöglicht es Containern, ihren eigenen Prozessraum zu haben.
• NET-Namensraum: Bietet jedem Container einen eigenen Netzwerkstapel, der eindeutige IP-Adressen und Routing ermöglicht.

3.2. Kontrollgruppen (cgroups)

Kontrollgruppen (cgroups) werden zur Verwaltung und Begrenzung der Ressourcennutzung von Containern verwendet. Sie ermöglichen es dem Betriebssystem, jedem Container CPU, Arbeitsspeicher, Festplatten-E/A und Netzwerkbandbreite zuzuweisen, um eine faire Ressourcenverteilung zu gewährleisten und zu verhindern, dass ein einzelner Container die Ressourcen monopolisiert.

3.3. Unionsdateisysteme

Container nutzen Unionsdateisysteme, um eine mehrschichtige Dateisystemstruktur zu schaffen. Auf diese Weise können mehrere Ebenen übereinander gestapelt werden, wobei jede Ebene verschiedene Änderungen oder Ergänzungen des Dateisystems darstellt. Das Ergebnis ist eine leichtgewichtige, effiziente Methode zur Verwaltung von Dateien ohne Datenduplikate.

4. Beliebte Container-Technologien

Für die Implementierung von Containern werden häufig mehrere Technologien verwendet:

• Docker: Die beliebteste Containerisierungsplattform, die den Prozess der Erstellung, Bereitstellung und Verwaltung von Containern vereinfacht. Sie bietet ein umfassendes Toolset und Ökosystem.
• Kubernetes: Eine Orchestrierungsplattform, die die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen in Maschinenclustern automatisiert.
• OpenShift: Eine Container-Anwendungsplattform, die auf Kubernetes basiert und zusätzliche Funktionen für die Bereitstellung in Unternehmen bietet, darunter erweiterte Sicherheits- und Entwickler-Tools.

5. Vorteile der Containerisierung

• Schnellere Bereitstellung: Container können viel schneller gestartet und gestoppt werden als VMs, was eine schnelle Bereitstellung und Skalierung von Anwendungen ermöglicht.
• Konsistente Umgebungen: Container stellen sicher, dass Anwendungen in konsistenten Umgebungen ausgeführt werden, wodurch Probleme im Zusammenhang mit Konfigurationsabweichungen verringert werden.
• Ressourceneffizienz: Durch die gemeinsame Nutzung des Kernels des Host-Betriebssystems nutzen Container die Systemressourcen besser aus und ermöglichen die Ausführung von mehr Anwendungen auf derselben Hardware.

6. Fazit

Container stellen einen leistungsstarken Ansatz für die Anwendungsbereitstellung und -verwaltung dar, der die Prinzipien der Virtualisierung nutzt, um isolierte, portable und effiziente Umgebungen bereitzustellen. Das Verständnis der Kernprinzipien der Container-Virtualisierung, wie Namespaces, Kontrollgruppen und Unionsdateisysteme, ermöglicht es Entwicklern und Systemadministratoren, das volle Potenzial der Container-Technologie für die moderne Anwendungsentwicklung und -bereitstellung auszuschöpfen.