Що таке контейнер? Принципи контейнерної віртуалізації

Контейнери – це форма віртуалізації, яка дозволяє запускати програми в ізольованих середовищах, використовуючи при цьому одне ядро операційної системи. Цей підхід пропонує легкий та ефективний спосіб розгортання, керування та масштабування додатків. У цій статті ми пояснимо, що таке контейнери, як вони працюють і які принципи лежать в основі контейнерної віртуалізації.

1. Розуміння контейнерів

Контейнер – це стандартизована одиниця програмного забезпечення, яка упаковує код і всі його залежності так, щоб програма працювала швидко і надійно в різних обчислювальних середовищах. На відміну від традиційних віртуальних машин (ВМ), контейнери використовують ядро операційної системи хост-системи, але працюють в ізольованому користувацькому просторі.

2. Основні характеристики контейнерів

2.1. Легка вага

Контейнери легші за віртуальні машини, оскільки їм не потрібна повна операційна система для кожного екземпляра. Вони включають лише додаток та його залежності, що призводить до швидшого запуску та меншого споживання ресурсів.

2.2. Переносимість

Контейнери можуть стабільно працювати в будь-якому середовищі, що підтримує контейнеризацію, будь то ноутбук розробника, тестове середовище або виробничий сервер. Така портативність допомагає спростити процеси розробки та розгортання.

2.3. Ізоляція

Контейнери забезпечують певний ступінь ізоляції між додатками, гарантуючи, що процеси в одному контейнері не впливають на інші. Така ізоляція підвищує безпеку та стабільність.

3. Принципи віртуалізації контейнерів

3.1. Простори імен

Простори імен є фундаментальною особливістю контейнеризації, що забезпечує ізоляцію шляхом створення окремих представлень системних ресурсів. Кожен контейнер працює у власному просторі імен, гарантуючи, що процеси, користувачі та мережеві конфігурації не заважають один одному. Основні простори імен включають:

• Простір іменPID: Ізолює ідентифікатори процесів, дозволяючи контейнерам мати власний простір процесів.
• Простірімен NET: Надає кожному контейнеру власний мережевий стек, забезпечуючи унікальні IP-адреси та маршрутизацію.

3.2. Групи керування (cgroups)

Групи керування, або cgroups, використовуються для керування та обмеження використання ресурсів контейнерами. Вони дозволяють операційній системі розподіляти процесор, пам’ять, дисковий ввід/вивід і мережеву пропускну здатність для кожного контейнера, забезпечуючи справедливий розподіл ресурсів і запобігаючи монополізації ресурсів одним контейнером.

3.3. Об’єднані файлові системи

Контейнери використовують об’єднані файлові системи для забезпечення багаторівневої структури файлової системи. Це дозволяє накладати декілька шарів один на одного, кожен з яких представляє різні зміни або доповнення до файлової системи. Результат – легкий та ефективний спосіб керування файлами без дублювання даних.

4. Популярні контейнерні технології

Для реалізації контейнерів зазвичай використовують декілька технологій:

• Docker: найпопулярніша платформа контейнеризації, яка спрощує процес створення, розгортання та управління контейнерами. Надає комплексний набір інструментів та екосистему.
• Kubernetes: Платформа оркестрування, яка автоматизує розгортання, масштабування та управління контейнерними додатками на кластерах машин.
• OpenShift: Платформа контейнерних додатків на основі Kubernetes, яка надає додаткові функції для розгортання на підприємствах, включаючи посилену безпеку та інструменти для розробників.

5. Переваги контейнеризації

• Швидше розгортання: Контейнери можна запускати і зупиняти набагато швидше, ніж віртуальні машини, що дозволяє швидко розгортати і масштабувати додатки.
• Узгоджене середовище: Контейнери гарантують, що додатки працюють у стабільному середовищі, зменшуючи проблеми, пов’язані з дрейфом конфігурації.
• Ефективне використання ресурсів: Завдяки спільному використанню ядра хостової ОС, контейнери краще використовують системні ресурси, дозволяючи більшій кількості додатків працювати на тому ж обладнанні.

6. Висновок

Контейнери являють собою потужний підхід до розгортання та управління додатками, що використовує принципи віртуалізації для створення ізольованих, портативних та ефективних середовищ. Розуміння основних принципів віртуалізації контейнерів, таких як простори імен, групи керування та об’єднані файлові системи, дозволяє розробникам та системним адміністраторам використовувати весь потенціал технології контейнерів для розробки та розгортання сучасних додатків.