Что такое контейнер. Принципы контейнерной виртуализации

В IT-сфере есть понятия, схожие с теми, которые мы используем в обыденной жизни, но имеющие иное значение. Одно из таких понятий — контейнер. Давайте вместе разберемся, что это такое, зачем нужны контейнеры и для каких целей их лучше использовать.

Прежде чем говорить о том, что такое контейнеризация, нужно разобраться в том, что такое виртуализация. Без объяснения этого понятия логика работы контейнеров будет непонятна.

Облачные серверы нового поколения

Виртуализация KVM, почасовая оплата, резервные копии, готовые шаблоны, 10 доступных ОС на выбор!

Выбрать тариф

Что такое виртуализация

Виртуализация — это технология, с помощью которой на одном физическом устройстве (компьютере или сервере) можно создать несколько виртуальных компьютеров. Иначе говоря, на компьютере с одной операционной системой можно запустить несколько других операционных систем или приложений. ОС запускаются в виртуальной среде, что позволяет им работать на одном устройстве изолированно друг от друга. Операционную систему компьютера, на котором работает виртуальная среда, называют хост-системой, а операционную систему, которая запускается в этой виртуальной среде — гостевой системой. Хостовая и гостевая ОС могут иметь взаимоисключающие компоненты, но виртуальная среда позволяет им жить «дружно».

Чтобы создать на компьютере или сервере виртуальную среду, можно установить специальную программу — виртуальную машину. Подробнее об этом читайте в статье Что такое виртуальная машина. Также для этих целей можно использовать контейнеры. Рассмотрим, чем отличается принцип виртуализации у машин и контейнеров.

Виртуальные машины и контейнеры: отличия

Виртуальные машины работают благодаря аппаратной виртуализации — это способ, при котором в создании изолированной виртуальной среды задействованы гостевые операционные системы. ОС используют ресурсы (память и процессор) основного компьютера, но при этом запускаются в виртуальной среде и работают изолированно.

В основе аппаратной виртуализации лежит работа гипервизора — он отвечает за изоляцию виртуальных сред и распределение ресурсов центральной машины. По такому принципу работают технологии KVM и XEN. Подробнее в статьях Виртуализация KVM и Виртуализация XEN.

Контейнерная виртуализация — это способ, при котором виртуальная среда запускается прямо из ядра хостовой операционной системы. В данном случае изоляцию ОС и приложений поддерживает контейнер — программная единица. Он содержит специальный набор файлов, а также все зависимости запускаемого в нем приложения: код, библиотеки, инструменты и настройки. Всё это упаковано в отдельный образ, работу которого запускает движок. В качестве таких движков выступают OpenVZ, LXC, Docker, DOSBox, Virtualbox и другие.

С точки зрения пользователя, контейнеры полностью идентичны отдельной операционной системе. Приложения в них функционируют так, как будто напрямую взаимодействуют с хостовой ОС и используют все её ресурсы. При этом ядро хоста обеспечивает изолированность запускаемых приложений и ОС. Таким образом, контейнер — это альтернатива виртуальной машине.

Особенности и преимущества контейнеризации

При выборе между контейнером и виртуальной машиной лучше всего ориентироваться на цели, которых вы хотите достичь. Также стоит определить, какие критерии виртуализации для вас принципиально важны, а какими можно поступиться.

Плюсы использования

• Легкость: контейнеры мало весят. Как правило, размер одного экземпляра измеряется в мегабайтах.
• Скорость: для запуска приложений требуется меньше времени. Иногда приложения в контейнере могут запускаться практически мгновенно.
• Изоляция: процессы одного контейнера полностью изолированы от общей инфраструктуры и других контейнеров. Изоляция позволяет делать независимое обновление, а также точечно вносить изменения.
• Отсутствие зависимостей: приложение не использует процессор, диск или память хоста, а значит не зависит от архитектуры и ресурсов хостовой системы.
• Инкапсуляция: необходимая для запуска приложений инфраструктура (файлы, настройки и зависимости) собирается в отдельный образ-капсулу. Его можно легко перенести из одной среды в другую.
• Повторное использование: уже собранные готовые образы можно использовать повторно. Поскольку это ускоряет время запуска, для часто используемых приложений виртуальный контейнер — это оптимальный вариант.

Минусы использования

• Сложность в управлении: каждый контейнер модерируется по отдельности, а это трудоемкий процесс. Для одновременной работы с большим количеством экземпляров или управления взаимосвязанными контейнерами потребуется установить специальный инструмент — оркестратор. Например, для этих целей можно использовать Kubernetes.
• Контейнеризация Linux: большинство технологий контейнеризации создавались специально под Linux. Нужно быть готовым к тому, что использование Linux-технологии в среде Microsoft может вызвать сложности.
• Уровень изоляции: контейнеры слабее изолированы, поскольку их изоляцию обеспечивает ядро хост-системы. Поэтому при использовании контейнеризации стоит уделять больше внимания настройкам безопасности.
• Новизна: контейнеризация — относительно новая технология. Если вы столкнетесь со сложностями при настройке или работе с контейнерами, может потребоваться больше времени на устранение проблемы.

Основные принципы эксплуатации контейнеров

Для эффективной работы приложения в контейнерах недостаточно просто создать образ и запустить его. Стоит учитывать и соблюдать основные принципы эффективной работы.

Один контейнер обслуживает одну функцию. Не стоит собирать в образ сразу все сущности приложения. Разведение их по разным контейнерам позволяет сохранять высокий уровень производительности. Помимо этого, принцип «один контейнер — один сервис» открывает возможность использовать образы повторно. При соблюдении этого принципа масштабировать приложения проще и эффективнее.

Статичность образа. Не стоит вносить изменения в контейнер, если образ уже сформирован. Это может привести к полному уничтожению или потере части данных. Также статичность контейнера позволяет параллельно проводить тестирования в CI/CD системах.

Лимитирование ресурсов. Чтобы процессы в контейнерах работали максимально эффективно, желательно настроить трекинг лимитов (CPU и RAM). Это позволит отслеживать состояние ресурсов и вовремя реагировать на их избыточное потребление.

Мы рассказали, что такое контейнер и как он работает. Теперь вы знаете, чем отличаются технологии контейнеризации и виртуализации, и сможете выбрать подходящую вам технологию.