Что такое Docker?

Контейнеризация – одна из наиболее свежих технологий в сфере IT. Ее принцип сводится к упаковке программного обеспечения в общий контейнер, что упрощает его перенос и дальнейшую распаковку. Наиболее распространенный инструмент для контейнеризации – Docker. В чем его особенности? Каковы преимущества? Каких рекомендаций придерживаться при использовании, чтобы в полной мере ощутить и реализовать их?

Общее понятие

В первую очередь нужно подробнее познакомиться с методом контейнеризации. Контейнер дает возможность стандартизировать процесс развертки программного обеспечения, отделить его от уже имеющейся, базовой, инфраструктуры. Запуск программы осуществляется в отдельной среде, не связанной с ОС, не оказывает на нее влияния.

Такой подход упрощает процесс разработки программы, специалистам не нужно думать о конкретной операционной среде, необходимости определенных конфигураций и зависимости. Разработчики могут полностью сосредоточиться на создании программы, упаковать в контейнер все необходимые для корректного функционирования настройки, не переживая по поводу невозможности запуска в неподходящей ОС.

Docker – универсальная, функциональная, надежная платформа, в которой можно разрабатывать, доставлять, запускать контейнерное программное обеспечение. Она не просто позволяет работать над созданием контейнеров, но обеспечивает широкие возможности автоматизации их активации, помогает держать под контролем весь жизненный цикл.

В целом, метод контейнеризации можно сравнить с виртуализации, однако, понятия не являются синонимичными. Виртуализация предполагает запуск хоста на гипервизоре, когда внутри одной операционной системы используется другая. Контейнеризация строится по другому принципу: процесс активируется непосредственно из ядра операционной системы, без виртуализации оборудования, что снижает требования к аппаратной части, обеспечивает высокое быстродействие при минимальной нагрузке на процессор.

Разработка платформы датирована 2008 годом, однако, первые 5 лет она использовалась исключительно компанией-создателем, dotCloud. В 2013 началось свободное распространение, приложение сразу привлекло внимание разработчиков, началось усовершенствование, создание собственных библиотек.

Структура и принцип действия

Docker дает возможность реализовать виртуализацию на уровне операционной системы, ядро которой становится основой формирования виртуальной среды. Структурно приложение состоит из множества компонентов, у каждого из которых – свои функции и задачи:

Host. ОС, в среде которой функционирует Docker.
Daemon. Служба, управляющая всеми базовыми объектами, от сетей до контейнеров.
Client. Клиент, обеспечивающий взаимодействие между пользователем и платформой, обрабатывающий команды, позволяющий создавать контейнеры, конфигурировать их.
Image. Это образ, не предполагающий возможности изменения, являющийся основой для разворачивания контейнеров. Приложение, готовящееся к использованию, должно быть упаковано именно в такой образ.
Container. Приложение, которое было развернуто и успешно запущено.
Registry. Специальное хранилище для образов.
File. Файл, внутри которого находится инструкция, следование которой поможет грамотно собрать образ.
Compose. Многофункциональный инструмент для взаимодействия сразу с несколькими контейнерами, их создания, настройки, конфигурирования.
Desktop. Удобный GUI-клиент, позволяющий быстро разобраться во всех возможностях платформы, использовать максимум из доступных функций. Имеются версии для всех популярных операционных систем, Linux, Mac, Windows.

Кому необходим Docker?

Платформа в первую очередь ориентирована на разработчиков и DevOps. Ее использование дает возможность разрабатывать, переносить, запускать программы в контейнерном формате, максимально универсальном, допускающим запуск в любой среде. Контейнер избавляет разработчика от лишних проблем, он может сконцентрироваться на создании программы, не переживая о совместимости ее с операционной средой, в которой планируется запуск.

Разработчикам также доступны огромные количества приложений-контейнеров, изначально адаптированных для Docker. Обилие инструментов и функций помогает обойти массу ограничений, связанных с запуском приложений, наладить их беспроблемное, быстрое развертывание.

Преимущества платформы

Основные сильные стороны Docker можно представить следующим образом:

Устранение сложностей с зависимостями и рабочей средой. В контейнере можно разместить не только основное приложение, но и его зависимости, от настроечных файлов до системных утилит. Данная особенность помогает без лишних трудностей перенести программу на новую инфраструктуру. Это важно для разработчиков, создающих программу в одной среде, тестирующих и использующих – в других, где может не оказаться зависимостей, обеспечивающих функциональность и возможность запуска. С контейнерами подобные риски исключены.
Высокий уровень безопасности. Все процессы, упакованные в контейнер, не взаимодействуют с основной операционной системой, что исключает риск ее повреждения, зависания, блокировки прочих системных процессов.
Простота развертывания приложений. Стандартная схема инсталляции новой программы предполагает активацию скриптов, корректировку файлов с настройками, иные манипуляции, усложняющие процесс, требующие времени. Неопытный пользователь может запутаться, допустить ошибку, из-за которой программа окажется неработоспособной. Контейнерная методика предполагает полную автоматизацию всех действий, их выполнение в строго необходимой очередности. Формат оптимален, и при развертывании приложения сразу на множестве серверов, специалисту не придется несколько раз повторять идентичные манипуляции.
Приближение к микросервисной архитектуре. Контейнеры оптимально соответствуют ей. Такая схема считается оптимальной, она подразумевает, что приложение дробится на компактные компоненты, в идеале – независимые, является противоположностью монолитной архитектуры, все компоненты которой находятся в тесной связи. Микросервисная архитектура ускоряет внедрение новых функций, позволяет добавлять новые компоненты без риска повредить остальные, нарушив работу приложения.
Комплексная поддержка. Разработчикам доступны масштабные подборки контейнеров с открытым исходным кодом. Если найти образ под конкретную задачу не удается, можно прибегнуть к помощи сообщества.
Непрерывность работы. Платформа позволяет воспользоваться эффективными инструментами управления трафиком, благодаря которым приложение обновляется автоматически, без влияния на работоспособность, функциональность, стабильность системы.

К вопросу о недостатках

Платформа не лишена некоторых минусов, однако, они не выглядят слишком серьезными, не сказываются на популярности. В первую очередь, речь идет о следующих моментах:

Значительное потребление ресурсов. Docker играет роль вспомогательной прослойки, которой требуются определенные мощности и ресурсы для уверенной работы. Пользователю сразу нужно определить, что для него первично – удобство или снижение нагрузки. Если производительность компьютера ограничена, рациональнее придерживаться традиционной схемы инсталляции программы, для современных ПК – подойдет Docker.
Необходимость применения оркестратора при взаимодействии с крупными приложениями. Базового функционала Docker хватает для работы с несколькими приложениями, однако, он не подойдет, если в рамках одной программы используются десятки и, тем более, сотни сервисов. В таких ситуациях не обойтись без оркестраторов, например, OpenShift или Kubernetes.
Сложности при работе в Windows и Mac. Платформа разрабатывалась под Linux, именно эта операционная система позволяет на 100% раскрыть ее потенциал, использовать максимум доступных функций без дополнительных манипуляций. На прочих ОС придется воспользоваться виртуальными машинами. Это не слишком сложно, однако, потребует дополнительных действий и вычислительных ресурсов.

Docker и хранение информации

Уникальная черта контейнеров Docker – эфемерность. Проще говоря, они могут быть удалены, перезапущены, деактивированы при первой необходимости. Все перечисленные манипуляции приведут к потере данных, а потому программа изначально должна быть разработана так, чтобы не находиться в зависимости от информации, находящейся в контейнере.

Особенность идеально соответствует ПО и сервисам, не нуждающимся в сохранении результатов работы. Простейший пример – калькуляторы, которые нужны только для расчетов, а не для продолжительного хранения. Если существует потребность именно в хранении, придется воспользоваться одной из следующих методик:

Тома. Том – это специальная директория, созданная непосредственно Docker, позволяющая решить вопрос хранения информации. Том может быть персональным, работающим с конкретным контейнером, либо общим – доступным сразу нескольким. Местом хранения может быть как основной компьютер, хост, так и удаленные сервера, облачные сервисы.
Формирование каталогов. Методика предполагает создание директории на хосте и ее преобразование в контейнер. Она надежна, однако, не слишком удобна, возникают трудности с резервным копированием, доступностью информации сразу для нескольких контейнеров.
Tmpfs. Tmpfs – специальные хранилища файлов, доступные исключительно на Linux. Для долговременного хранения они не подходят, остановка сразу приводит к потере информации, однако, имеют преимущество – максимальная скорость доступа, за счет чего контейнер функционирует стабильнее и быстрее.

Практическое использование

При помощи Docker удается эффективно решить следующие задачи:

Развертывание рабочих сред и приложений. Перенос приложения можно выполнить буквально парой команд. Простой задачей является и разворачивание операционной системы, которая сразу будет иметь все необходимые настройки.
Изоляция запуска. Платформа предполагает запуск приложения в отрыве от системы, сбои, вызванные несовместимостью с другими программными компонентами, исключены.
Контроль ресурсов. Docker помогает рационально использовать доступные ресурсы, точно распределять их между различными программами. Изоляция процессов исключает повышенную нагрузку на ОЗУ и ЦПУ.
Обеспечение безопасности. Вредоносный код, находящийся в контейнере, не представляет угрозы серверу-хосту. Главное – правильность настроек. Даже при критических ошибках, все прочие сервисы и службы останутся работоспособными.
Быстрая разработка ПО. Контейнеризация – метод, благодаря которому программирование требует минимальных временных затрат. Ускоряется работа как программистов-одиночек, так и целых команд.
Эффективное взаимодействие со сложными системами и их масштабирование. Базового функционала Docker может не хватить для этого, однако, на выручку разработчику придут оркестраторы.

Установка Docker

Загрузить дистрибутив платформы можно с официального сайта. Алгоритм инсталляции на операционной системе Windows выглядит следующим образом:

Открытие загруженного дистрибутива от имени администратора, начало установки.
Перезагрузка компьютера после успешного завершения инсталляции.
Запуск Docker Desktop.
Принятие всех лицензионных соглашений.
Установка вспомогательных компонентов WSL2, при необходимости. Загрузить их можно с сайта Microsoft.

Для MacOS характерен другой алгоритм:

Выбор дистрибутива. Он должен соответствовать процессору, которым укомплектован компьютер. Используются ЦПУ от Intel или фирменные разработки Apple.
Открытие файла “Docker.dmg”, запуск инсталляции, перемещение иконки Docker в директорию с программами.
Запуск платформы двойным кликом.
Подтверждение принятия лицензионного соглашения, ввод пароля.
Просмотр или пропуск инструкций.

Работа с образом Docker

Базовый образ – важнейший компонент платформы, позволяющий использовать технологию контейнеризации. Именно он хранит процессы, зависимости, без которых корректная работа программы оказалась бы невозможной. Лучший вариант для разработчика – загрузка готового образа из библиотеки, вариантов множество, без особых проблем удастся подобрать образ под конкретную задачу.

Изменение исходного образа формирует слои, доступные исключительно для чтения, так что конечная редакция – состоит из целого комплекса слоев. Послойная структура позволяет, при необходимости, отменить изменения, быстро решить проблемы с работоспособностью при ошибочных действиях.

Образ можно представить как комплекс слоев, доступных сугубо для чтения, контейнер – это тот же образ, однако, с дополнительным верхним слоем, за счет которого происходит запись. Главный файл образа – manifest, где хранится вся основная информация, ссылки на слои, их объем и прочее, что требуется для стабильной работы.

Развертывание образа не предполагает каких-либо ограничений по хосту и количеству раз. Выполнить задачу можно двумя способами:

Интерактивный. Наиболее простой, позволяющий разработчику менять среду окружения при запуске. Для этого используется команда “docker run image_name: tag_name”.
Dockerfile. Более сложная схема. Каждый образ связан с собственным Dockerfile, в котором нужно прописать требуемые команды, а также исключить “лишние” файлы, ненужные для конкретной сборки, указав их в .dockerignore. Команда для создания образа – “docker image build”.

Подведение итогов

Docker – очень мощная платформа, позволяющая разработчику развернуть нужный сервис на любом компьютере. Вдобавок, она является эффективным инструментом для тестирования новой программы, ее доставки на сервер. Освоение поначалу может показаться сложным, однако, оно не займет много времени даже у новичка, а впоследствии – сэкономит массу сил и ресурсов.