Что такое Docker и как его использовать в разработке
Содержание
Контейнеризация является отличной альтернативой аппаратной виртуализации. Все процессы в ней протекают на уровне операционной системы, что позволяет существенно экономить ресурсы и увеличивать эффективность работы с приложениями.
Одним из наиболее популярных инструментов для программной виртуализации является Docker — автоматизированное средство управления виртуальными контейнерами. Он решает множество задач, связанных с созданием контейнеров, размещением в них приложений, управлением процессами, а также тестированием ПО и его отдельных компонентов.
Что такое Docker и как его следует применять для веб-разработки, описано в этой статье.
Что такое Docker
Docker (Докер) — программное обеспечение с открытым исходным кодом, применяемое для разработки, тестирования, доставки и запуска веб-приложений в средах с поддержкой контейнеризации. Он нужен для более эффективного использование системы и ресурсов, быстрого развертывания готовых программных продуктов, а также для их масштабирования и переноса в другие среды с гарантированным сохранением стабильной работы.
Разработка Docker была начата в 2008 году, а в 2013 году он был опубликован как свободно распространяемое ПО под лицензией Apache 2.0. В качестве тестового приложения Docker был включен в дистрибутив Red Hat Enterprise Linux 6.5. В 2017 году была выпущена коммерческая версия Docker с расширенными возможностями.
Docker работает в Linux, ядро которых поддерживает cgroups, а также изоляцию пространства имен. Для инсталляции и использования на платформах, отличных от Linux, существуют специальные утилиты Kitematic или Docker Machine.
Основной принцип работы Docker — контейнеризация приложений. Этот тип виртуализации позволяет упаковывать программное обеспечение по изолированным средам — контейнерам. Каждый из этих виртуальных блоков содержит все нужные элементы для работы приложения. Это дает возможность одновременного запуска большого количества контейнеров на одном хосте.
Docker-контейнеры работают в разных средах: локальном центре обработки информации, облаке, персональных компьютерах и т. д.
Преимущества использования Docker
Компоненты Docker
Для начинающих разработчиков необходимо знать как работает Docker, его основные компоненты и связь между ними.
Что такое Docker Engine
Docker Engine («Движок» Docker) — ядро механизма Докера. «Движок» отвечает за функционирование и обеспечение связи между основными Docker-объектами (реестром, образами и контейнерами).
Элементы Docker Engine
Как работает Docker
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.
Схема работы
Как работают образы
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).
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.
Как работают контейнеры
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.
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.
Что происходит при запуске контейнера
Docker Compose
Для управления несколькими контейнерами, из которых состоит проект, используют пакетный менеджер — Docker Compose.
Он применяется не во всех случаях. Если проект является простым приложением, не требующим использования сторонних сервисов, то для его развертывания можно ограничиться только Docker. Docker Compose рекомендуется использовать при проектировании сложных программных продуктов, включающих в себя множество процессов и сервисов.
Подробнее о возможностях и практикической стороне работы с Docker Compose можно узнать здесь.
Docker Swarm
При преобразовании хостов в кластер нужно воспользоваться утилитой кластеризации Docker Swarm. Хост, находящийся в его составе, называется «узлом» (node), который бывает управляющим или рабочим. Один кластер содержит только один управляющий «узел».
Некоторые возможности утилиты
Примеры применения
Окружение для разработки Docker применяется во множестве сфер — от обработки больших массивов данных, до работы с микросервисами, основанных на распределенной архитектуре.
Чтобы понять, как можно применять Докер на практике, разберем основные примеры использования для чайников.
Заключение
Docker является важным инструментом для каждого современного разработчика, как основа аппаратной виртуализации приложений. Эта технология обладает широким функционалом и возможностями для контроля процессов. Докер позволяет не только развертывать контейнеры, но и оперативно масштабировать их экземпляры, работать с многоконтейнерными приложениями (Docker Compose), а также объединять несколько Докер-хостов в единый кластер (Docker Swarm).
Докер характеризуется достаточно простым синтаксисом. Поэтому он довольно прост в освоении как для опытных IT-специалистов, так и для новичков. Программное обеспечение совместимо со всеми версиями операционных систем Linux и Windows, поэтому область применения Docker практически не ограничена.
Чтобы использовать возможности контейнеризации на 100%, Docker нужна подходящая рабочая среда. Правильное решение — VPS от Eternalhost. Мощные виртуальные сервера с возможностью быстрого масштабирования ресурсов!
Что такое Docker, и как его использовать? Подробно рассказываем
Разберем по косточкам, ведь Docker – это мощный инструмент, и огромное количество информации по работе с ним вряд ли уместится в брошюрку.
Что такое Docker?
Это ПО с открытым кодом, принцип работы которого проще всего сравнить с транспортными контейнерами. Только подумайте, ведь когда-то транспортные компании сталкивались с похожими проблемами:
С введением контейнеров стало возможным перевозить вместе кирпичи и стекло, химикаты и еду, а также многое другое. Груз разного размера может быть распределен по стандартизированным контейнерам, которые загружаются/выгружаются одним и тем же транспортным средством.
Но вернемся же к контейнерам. Когда вы разрабатываете приложение, вам нужно предоставить код вместе со всеми его составляющими, такими как библиотеки, сервер, базы данных и т. д. Вы можете оказаться в ситуации, когда приложение работает на вашем компьютере, но отказывается включаться на устройстве другого пользователя.
Эта проблема решается через создание независимости ПО от системы.
В чем отличие от виртуализации?
Изначально виртуализация была призвана избавить от подобных проблем, но в ней есть существенные недостатки:
Докер же просто разделяет ядро ОС на все контейнеры (Docker container), работающие как отдельные процессы. Это не единственная подобная платформа, но, бесспорно, одна из самых популярных и востребованных.
Какие очевидные плюсы?
К его преимуществам относятся:
Поддерживаемые платформы
Докер работает не только на его родной ОС, Linux, но также поддерживается Windows и macOS. Единственное отличие от взаимодействия с Linux в том, что на macOS и Windows платформа инкапсулируется в крошечную виртуальную машину. На данный момент Докер для macOS и Windows достиг значительного уровня удобства в использовании.
Кроме того, существует множество дополнительных приложений, таких как Kitematic или Docker Machine, которые помогают устанавливать и использовать Докер на платформах, отличных от Linux.
Установка
Здесь можно посмотреть подробную инструкцию по установке. Если вы работаете с Докером на ОС Linux, вам нужно выполнить несколько несложных действий и повторно войти в систему:
Терминология
1. Контейнер – это исполняемый экземпляр, который инкапсулирует требуемое программное обеспечение. Он состоит из образов. Его можно легко удалить и снова создать за короткий промежуток времени.
2. Образ – базовый элемент каждого контейнера. В зависимости от образа, может потребоваться некоторое время для его создания.
3. Порт – это порт TCP/UDP в своем первоначальном значении. Чтобы все было просто, предположим, что порты могут быть открыты во внешнем мире или подключены к контейнерам (доступны только из этих контейнеров и невидимы для внешнего мира).
4. Том – описывается как общая папка. Тома инициализируются при создании контейнера и предназначены для сохранения данных, независимо от жизненного цикла контейнера.
5. Реестр – это сервер, на котором хранятся образы. Сравним его с GitHub: вы можете вытащить образ из реестра, чтобы развернуть его локально, и так же локально можете вносить в реестр созданные образы.
6. Docker Hub – публичный репозиторий с интерфейсом, предоставляемый Докер Inc. Он хранит множество образов. Ресурс является источником «официальных» образов, сделанных командой Докер или созданных в сотрудничестве с разработчиком ПО. Для официальных образов перечислены их потенциальные уязвимости. Эта информация открыта для любого зарегистрированного пользователя. Доступны как бесплатные, так и платные аккаунты.
Пример 1: Hello World
Пришло время запустить наш первый контейнер:
Теперь попробуем создать интерактивную оболочку внутри контейнера:
Если вы хотите, чтобы контейнер работал после окончания сеанса, вам необходимо его «демонизировать»:
Давайте посмотрим, какие контейнеры у нас есть на данный момент:
ps показывает нам, что у нас есть два контейнера:
Давайте проверим журналы и посмотрим, что делает контейнер-демон прямо сейчас:
Теперь давайте остановим контейнер-демон:
Проверяем его остановку:
Контейнер остановлен. Давайте запустим его снова:
Убедимся, что он запущен:
Теперь остановим его и удалим все контейнеры вручную:
Чтобы удалить все контейнеры, мы можем использовать следующую команду:
Пример 2: Nginx
Начиная с этого примера, вам понадобятся дополнительные файлы, которые вы можете найти в репозитории GitHub. Как вариант, загрузите образцы файлов по ссылке.
Пришло время создать и запустить более важный контейнер, такой как Nginx.
Измените каталог на examples/nginx:
Теперь проверьте этот URL-адрес в своем веб-браузере.
Еще мы можем попробовать изменить /example/nginx/index.html (который добавляется в каталог /usr/share/nginx/html внутри контейнера) и обновить страницу.
Получим информацию о контейнере test-nginx:
Эта команда отображает системную информацию об установке Докер. Она включает версию ядра, количество контейнеров и образов, открытые порты и т. д.
Пример 3: запись Dockerfile
Чтобы создать образ, сперва вам нужно создать Dockerfile: это текстовый файл с инструкциями и аргументами. Краткое описание инструкций, которые мы собираемся использовать в примере:
Более подробная информация здесь.
Давайте создадим образ, который получит содержимое сайта и сохранит его в текстовом файле. Нам нужно передать URL-адрес через переменную SITE_URL. Результирующий файл будет помещен в каталог, установленный как том:
Dockerfile готов, пришло время создать образ.
Создание образа
Перейдите к examples/curl и выполните следующую команду:
Теперь у нас есть новый образ, и мы можем его увидеть в списке существующих:
Мы можем создавать и запускать контейнер из образа. Давайте попробуем сделать это с параметрами по умолчанию:
Чтобы просмотреть результаты, сохраненные в файле:
Попробуем с facebook.com:
Чтобы просмотреть результаты, сохраненные в файле:
Рекомендации по созданию образов
Соединение между контейнерами
Пример 4: Python + Redis
В этом примере мы подключим контейнеры Python и Redis.
Перейдем к examples/compose и выполним команду:
Текущий пример увеличит счетчик просмотров в Redis. Откройте ссылку и убедитесь в этом.
Использование docker-compose – это тема для целого учебника. Чтобы начать работу, вы можете поиграться с некоторыми образами из Docker Hub, а если хотите создать свои собственные – следуйте рекомендациям, перечисленным выше. Единственное, что можно добавить с точки зрения использования docker-compose – всегда давайте явные имена вашим томам. Это простое правило избавит вас от проблемы в будущем.
В этом случае redis_data будет именем внутри файла docker-compose.yml.
Смотрим выполнение тома:
Без явного имени тома будет UUID. И вот пример:
В заключение
Докер стал одним из важнейших инструментов современного разработчика. Да, он имеет некоторые ограничения и требования в зависимости от архитектуры вашей системы, но немного усидчивости – и мир контейнеров обязательно будет приручен!
Понимая Docker
Уже несколько месяцев использую docker для структуризации процесса разработки/доставки веб-проектов. Предлагаю читателям «Хабрахабра» перевод вводной статьи о docker — «Understanding docker».
Что такое докер?
Докер — это открытая платформа для разработки, доставки и эксплуатации приложений. Docker разработан для более быстрого выкладывания ваших приложений. С помощью docker вы можете отделить ваше приложение от вашей инфраструктуры и обращаться с инфраструктурой как управляемым приложением. Docker помогает выкладывать ваш код быстрее, быстрее тестировать, быстрее выкладывать приложения и уменьшить время между написанием кода и запуска кода. Docker делает это с помощью легковесной платформы контейнерной виртуализации, используя процессы и утилиты, которые помогают управлять и выкладывать ваши приложения.
В своем ядре docker позволяет запускать практически любое приложение, безопасно изолированное в контейнере. Безопасная изоляция позволяет вам запускать на одном хосте много контейнеров одновременно. Легковесная природа контейнера, который запускается без дополнительной нагрузки гипервизора, позволяет вам добиваться больше от вашего железа.
Для чего я могу использовать docker?
Быстрое выкладывание ваших приложений
Docker прекрасно подходит для организации цикла разработки. Docker позволяет разработчикам использовать локальные контейнеры с приложениями и сервисами. Что в последствии позволяет интегрироваться с процессом постоянной интеграции и выкладывания (continuous integration and deployment workflow).
Например, ваши разработчики пишут код локально и делятся своим стеком разработки (набором docker образов) с коллегами. Когда они готовы, отравляют код и контейнеры на тестовую площадку и запускают любые необходимые тесты. С тестовой площадки они могут оправить код и образы на продакшен.
Более простое выкладывание и разворачивание
Основанная на контейнерах docker платформа позволят легко портировать вашу полезную нагрузку. Docker контейнеры могут работать на вашей локальной машине, как реальной так и на виртуальной машине в дата центре, так и в облаке.
Портируемость и легковесная природа docker позволяет легко динамически управлять вашей нагрузкой. Вы можете использовать docker, чтобы развернуть или погасить ваше приложение или сервисы. Скорость docker позволяет делать это почти в режиме реального времени.
Высокие нагрузки и больше полезных нагрузок
Docker легковесен и быстр. Он предоставляет устойчивую, рентабельную альтернативу виртуальным машинам на основе гипервизора. Он особенно полезен в условиях высоких нагрузок, например, при создания собственного облака или платформа-как-сервис (platform-as-service). Но он так же полезен для маленьких и средних приложений, когда вам хочется получать больше из имеющихся ресурсов.
Главные компоненты Docker
Архитектура Docker
Docker использует архитектуру клиент-сервер. Docker клиент общается с демоном Docker, который берет на себя тяжесть создания, запуска, распределения ваших контейнеров. Оба, клиент и сервер могут работать на одной системе, вы можете подключить клиент к удаленному демону docker. Клиент и сервер общаются через сокет или через RESTful API.
Docker-демон
Как показано на диаграмме, демон за пускается на хост-машине. Пользователь не взаимодействует с сервером на прямую, а использует для этого клиент.
Docker-клиент
Docker-клиент, программа docker — главный интерфейс к Docker. Она получает команды от пользователя и взаимодействует с docker-демоном.
Внутри docker-а
Образы
Docker-образ — это read-only шаблон. Например, образ может содержать операционку Ubuntu c Apache и приложением на ней. Образы используются для создания контейнеров. Docker позволяет легко создавать новые образы, обновлять существующие, или вы можете скачать образы созданные другими людьми. Образы — это компонента сборки docker-а.
Реестр
Docker-реестр хранит образы. Есть публичные и приватные реестры, из которых можно скачать либо загрузить образы. Публичный Docker-реестр — это Docker Hub. Там хранится огромная коллекция образов. Как вы знаете, образы могут быть созданы вами или вы можете использовать образы созданные другими. Реестры — это компонента распространения.
Контейнеры
Контейнеры похожи на директории. В контейнерах содержится все, что нужно для работы приложения. Каждый контейнер создается из образа. Контейнеры могут быть созданы, запущены, остановлены, перенесены или удалены. Каждый контейнер изолирован и является безопасной платформой для приложения. Контейнеры — это компонента работы.
Так как же работает Docker?
Как работает образ?
Мы уже знаем, что образ — это read-only шаблон, из которого создается контейнер. Каждый образ состоит из набора уровней. Docker использует union file system для сочетания этих уровней в один образ. Union file system позволяет файлам и директориями из разных файловых систем (разным ветвям) прозрачно накладываться, создавая когерентную файловую систему.
Одна из причин, по которой docker легковесен — это использование таких уровней. Когда вы изменяете образ, например, обновляете приложение, создается новый уровень. Так, без замены всего образа или его пересборки, как вам возможно придётся сделать с виртуальной машиной, только уровень добавляется или обновляется. И вам не нужно раздавать весь новый образ, раздается только обновление, что позволяет распространять образы проще и быстрее.
В основе каждого образа находится базовый образ. Например, ubuntu, базовый образ Ubuntu, или fedora, базовый образ дистрибутива Fedora. Так же вы можете использовать образы как базу для создания новых образов. Например, если у вас есть образ apache, вы можете использовать его как базовый образ для ваших веб-приложений.
Примечание! Docker обычно берет образы из реестра Docker Hub.
Docker образы могут создаться из этих базовых образов, шаги описания для создания этих образов мы называем инструкциями. Каждая инструкция создает новый образ или уровень. Инструкциями будут следующие действия:
Как работает docker реестр?
Реестр — это хранилище docker образов. После создания образа вы можете опубликовать его на публичном реестре Docker Hub или на вашем личном реестре.
С помощью docker клиента вы можете искать уже опубликованные образы и скачивать их на вашу машину с docker для создания контейнеров.
Docker Hub предоставляет публичные и приватные хранилища образов. Поиск и скачивание образов из публичных хранилищ доступно для всех. Содержимое приватных хранилищ не попадает в результат поиска. И только вы и ваши пользователи могут получать эти образы и создавать из них контейнеры.
Как работает контейнер?
Контейнер состоит из операционной системы, пользовательских файлов и метаданных. Как мы знаем, каждый контейнер создается из образа. Этот образ говорит docker-у, что находится в контейнере, какой процесс запустить, когда запускается контейнер и другие конфигурационные данные. Docker образ доступен только для чтения. Когда docker запускает контейнер, он создает уровень для чтения/записи сверху образа (используя union file system, как было указано раньше), в котором может быть запущено приложение.
Что происходит, когда запускается контейнер?
Что же происходит под капотом, когда мы запускаем эту команду?
Используемые технологии
Докер написан на Go и использует некоторые возможности ядра Linux, чтобы реализовать приведенный выше функционал.
Пространство имен(namespaces)
Docker использует технологию namespaces для организации изолированных рабочих пространств, которые мы называем контейнерами. Когда мы запускаем контейнер, docker создает набор пространств имен для данного контейнера.
Это создает изолированный уровень, каждый аспект контейнера запущен в своем простанстве имен, и не имеет доступ к внешней системе.
Control groups (контрольные группы)
Docker также использует технологию cgroups или контрольные группы. Ключ к работе приложения в изоляции, предоставление приложению только тех ресурсов, которые вы хотите предоставить. Это гарантирует, что контейнеры будут хорошими соседями. Контрольные группы позволяют разделять доступные ресурсы железа и если необходимо, устанавливать пределы и ограничения. Например, ограничить возможное количество памяти контейнеру.
Union File System
Union File Sysem или UnionFS — это файловая система, которая работает создавая уровни, делая ее очень легковесной и быстрой. Docker использует UnionFS для создания блоков, из которых строится контейнер. Docker может использовать несколько вариантов UnionFS включая: AUFS, btrfs, vfs и DeviceMapper.