Docker: Täydellinen opas siihen, mitä se on, miten se toimii ja sen hyödyt

Informatec Digital » sovellukset » Docker: Täydellinen opas siihen, mitä se on, miten se toimii ja sen hyödyt

Nykyään ohjelmistokehityksen maailma kehittyy huimaa vauhtia, ja työkalut, jotka helpottavat sovellusten luomista, käyttöönottoa ja ylläpitoa, ovat ajankohtaisempia kuin koskaan. Yksi alan mullistavimmista teknologioista on Docker, koska se pystyy kapseloimaan sovelluksia standardeihin, kevyisiin ja kannettaviin ympäristöihin, jotka takaavat yhdenmukaisuuden kaikissa järjestelmissä.

Olitpa sitten kehittäjä, järjestelmänvalvoja, IT-ammattilainen tai vain kiinnostunut teknologiatrendeistä, Dockerin toiminnan ymmärtäminen ja sen ymmärtäminen, miksi siitä on tullut konttisuunnittelun standardi, on avainasemassa projektien tehokkaassa käsittelyssä ja pelätyn "se toimii minun koneellani" -skenaarion välttämisessä.

Mikä on Docker ja minkä ongelman se ratkaisee?

Docker on avoimen lähdekoodin alusta, joka on suunniteltu yksinkertaistamaan sovellusten luomista, käyttöönottoa ja hallintaa konteissa. Nämä kontit toimivat pieninä "virtuaalilaatikoina" , jotka sisältävät kaiken tarvittavan sovelluksen moitteettomalle toiminnalle: koodin, kirjastot, riippuvuudet, järjestelmätyökalut ja asetustiedostot riippumatta siitä, missä käyttöjärjestelmässä isäntäkone toimii.

Dockerin suurin harppaus eteenpäin on ohjelmistojen siirtämisen standardointi ja yksinkertaistaminen eri ympäristöjen välillä. Klassinen ongelma "se toimii tietokoneellani, mutta ei tuotannossa" on ratkaistu: säilön sisällä oleva sisältö käyttäytyy samalla tavalla kehityksessä, testauksessa tai tuotannossa, olipa se sitten kannettavalla tietokoneella, fyysisellä palvelimella tai pilvessä.

Docker automatisoi resurssien eristämisen käyttämällä Linux-ytimen ominaisuuksia , kuten nimiavaruuksia ja cgroup-ryhmiä, välttäen perinteisten virtuaalikoneiden aiheuttaman laitteistoemuloinnin lisäkuormituksen ja tarjoten tehokkuutta ja ketteryyttä.

Kontit vs. virtuaalikoneet: Mikä tekee niistä erilaisia?

Ennen Dockeria perinteinen virtualisointi virtuaalikoneiden (VM) avulla oli vakiotapa luoda itsenäisiä ympäristöjä. Jokainen virtuaalikone sisälsi täydellisen käyttöjärjestelmän, omat ajurit ja kirjastot, mikä moninkertaisti resurssien kulutuksen ja monimutkaisuuden siirrettäessä sovelluksia ympäristöstä toiseen.

Docker keskittyy virtualisointiin käyttöjärjestelmätasolla (konttisointi):

• Virtuaalikoneet virtualisoivat laitteistoa, kun taas Docker virtualisoi käyttöjärjestelmän.
• Kontit jakavat saman ytimen kuin isäntäjärjestelmä, mutta jokaisella kontilla on omat kirjastonsa ja riippuvuutensa.
• Resurssikustannukset ovat paljon pienemmät: Dockerin avulla useita säilöjä voi toimia erillisinä prosesseina samassa koneessa, mikä kuluttaa vähemmän muistia ja tallennustilaa kuin useat virtuaalikoneet.

Keskeinen seuraus: Voit ajaa useampia sovelluksia samassa infrastruktuurissa, käynnistää ja pysäyttää ympäristöjä paljon nopeammin ja skaalata ketterästi.

Miten Docker toimii? Komponentit ja arkkitehtuuri

Dockerin ydin on sen asiakas-palvelin-arkkitehtuuri, johon kuuluu kolme pääelementtiä:

• Docker-moottori: Docker-moottori, joka vastaa säilöjen luomisesta, suorittamisesta ja hallinnasta. Sisältää Docker-daemonin. (dokkerd), REST API ja CLI (komentorivikäyttöliittymä).
• Docker-asiakasohjelma: Käyttöliittymä, jota käyttäjät käyttävät vuorovaikutukseen daemonin kanssa (joko terminaalista tai graafisten työkalujen, kuten Docker Desktopin, kautta).
• Docker-taustatieto: Se on prosessi, joka vastaa Docker-konttien, kuvien ja muiden objektien rakentamisesta, hallinnasta ja valvonnasta.

Lisäksi Docker sisältää tärkeitä työkaluja, kuten:

• Docker-kuvat: Ne ovat vain luku -tilassa olevia "malleja", jotka sisältävät säilön luomiseen tarvittavan koodin, riippuvuudet ja määritykset.
• Docker-kontit: Levypohjaiset käynnissä olevat instanssit, eristettyinä toisistaan ​​ja itsenäisesti allokoiduilla resursseilla.
• Docker-tiedosto: Tekstitiedosto, joka määrittää Docker-kuvan automaattisen luomisen vaiheet.
• Docker Compose: Työkalu, jonka avulla voit määrittää usean säilön sovelluksia YAML-tiedostojen avulla, mikä yksinkertaistaa monimutkaisten projektien orkestrointia.
• Docker Hub: Suurin julkinen konttikuvien arkisto, joka sisältää virallisia ja yhteisön resursseja.
• Docker Desktop: Mac- ja Windows-sovellus, joka helpottaa Docker-ympäristöjen hallintaa käyttäjäystävällisen käyttöliittymän kautta.

Lyhyesti sanottuna Docker mahdollistaa kehittäjien ja operaattoreiden työskentelyn toistettavissa, skaalautuvissa ja kannettavissa ympäristöissä vain muutamalla komennolla.

Mikä on Docker-kuva ja mikä on sen rooli?

Docker-kuva on lähtökohta minkä tahansa säilön luomiselle. Se on suoritettava paketti, joka yleensä luodaan Docker-tiedostosta ja joka sisältää:

• Sovelluksen lähdekoodi
• Riippuvuudet ja järjestelmäkirjastot
• Lisätyökalut ja määritystiedostot

Docker-kuvat ovat muuttumattomia ja käyttävät kerrostettua järjestelmää: joka kerta, kun kuvaa muokataan, lisätään uusi kerros, mikä helpottaa aiempien versioiden palauttamista tai yhteisten osien uudelleenkäyttöä eri kuvien välillä.

Kun suoritat kuvan, Docker luo automaattisesti "säilökerroksen", joka poimii suorituksen aikana tehdyt muutokset (kuten tiedostojen lukemiset/kirjoittamiset tai väliaikaiset päivitykset) muuttamatta alkuperäistä kuvaa.

Mikä on Docker-kontti ja miten se eroaa kuvasta?

Kontti on pohjimmiltaan Docker-kuvan live-instanssi. Käynnistyksen jälkeen se toimii kuin itsenäinen ympäristö, jossa sovellus toimii täsmälleen kuvassa määritellyllä tavalla, mutta se voi myös tallentaa tietoja ja konfiguraatioita, jotka ovat olemassa vain sen suorituksen ajan.

Docker-konttien käytön etuja ovat:

• Siirrettävyys: Kontti toimii samalla tavalla missä tahansa Docker-yhteensopivassa ympäristössä.
• Keveys: Jakamalla isäntäkäyttöjärjestelmän ytimen resurssien kulutus on minimaalinen.
• Eristäytyminen: Jokainen säilö toimii itsenäisesti, mikä välttää konflikteja sovellusten tai kirjastojen välillä.
• skaalautuvuus: Sovelluksen useiden instanssien käynnistäminen on helppoa yksinkertaisesti luomalla lisää säilöjä samasta kuvasta.

Lisäksi säilöt voivat olla lyhytaikaisia ​​(hävitetään käytön jälkeen) tai pysyviä (säilyttävät kriittiset tiedot ulkoisilla levyillä).

Kuvien ja säilöjen rakentaminen: Dockerfile

Dockerfile on resepti, joka sanelee, miten Docker-kuva luodaan. Se on tekstitiedosto, jossa jokainen rivi on ohje (kuten tiedostojen kopiointi, pakettien asentaminen tai muuttujien määrittäminen), jonka Docker tulkitsee kuvan kokoamiseksi.

Tämä lähestymistapa automatisoi ympäristöjen rakentamisen täysin, varmistaen yhdenmukaisuuden ja helpottaen sekä tiimien yhteistyötä että versionhallintaa.

Esimerkiksi Dockerfile-tiedostolla voit määrittää levykuvan, joka sisältää Ubuntun, asentaa Apachen ja konfiguroi portin 80, kaikki muutamassa sekunnissa docker build -komentoa suoritettaessa.

Docker Compose ja usean kontin sovellusten hallinta

Kun sovellus vaatii useita palveluita (kuten tietokannan, web-palvelimen ja välimuistin), Docker Compose tulee mukaan kuvaan. Sen avulla voit määrittää YAML-tiedoston avulla, miten pinon eri säilöt käynnistyvät ja kommunikoivat keskenään.

Docker Composen tärkeimmät edut:

• Yksinkertaista orkestrointia monimutkaisia ​​projekteja, jolloin vältetään jokaisen säilön manuaalinen käynnistäminen.
• Voit replikoida tuotantoympäristöjä identtisesti paikallisesti, mikä minimoi käyttöönoton virheet.
• Helpottaa dokumentointia ja versiointia palveluinfrastruktuurista.

Yksinkertaisella docker-compose up -komennolla voit käynnistää kaikki määritellyt palvelut tarvittaessa.

Docker Hub, kuvarekisteri ja jakelu

Docker Hub on suurin julkinen säilökuvien arkisto. Sieltä löydät virallisia kuvia, toimittajien sertifioituja kuvia ja tuhansia yhteisön kuvia.

Docker Hubin yleisiä käyttötarkoituksia:

• Lataa valmiiksi luodut kuvat (esimerkiksi tietokannoille, ohjelmointikielille, web-palvelimille jne.)
• Julkaise ja jaa omia kuviasi julkisesti tai yksityisesti.
• Automatisoi jatkuvan integraation prosessit, hakee kuvia pyynnöstä jokaisen käyttöönoton yhteydessä.

Lisäksi on olemassa muita alustoja (kuten GitHub tai yksityiset arkistot), jotka voidaan integroida Dockeriin kuvien tallentamista ja jakelua varten.

Dockerin ja sen konttien tärkeimmät edut

Docker tuo useita keskeisiä etuja, jotka ovat vauhdittaneet sen käyttöönottoa:

• Täydellinen siirrettävyys: Jos se toimii kontissa, se toimii missä tahansa (Windows, Mac, Linux, pilvi…)
• Vertaansa vailla oleva keveys: Kontit säästävät jopa 80 % resursseja virtuaalikoneihin verrattuna.
• Kestävä eristys: Jokainen kontti on omavarainen eikä "saastuta" maapallon ympäristöä.
• Välitön skaalautuvuus: Instanssien replikointi, päivittäminen tai poistaminen on sekuntien asia.
• Automaatio ja CI/CD: Helpottaa jatkuvaa integrointia ja automatisoituja käyttöönottoja.
• Yhteisö ja tuki: Kymmeniä miljoonia käyttäjiä, resursseja ja foorumeita vastaamaan kaikkiin kysymyksiin.

Nämä ominaisuudet ovat erityisen houkuttelevia DevOps-menetelmissä, mikropalveluarkkitehtuureissa ja pilvinatiivissa kehityksessä.

Dockerin haitat ja rajoitukset

Kaikki ei kuitenkaan ole täydellistä, ja Docker tuo mukanaan joitakin haasteita :

• Alkuperäinen oppimiskäyrä niille, jotka eivät ole tottuneet komentorivi- tai säilöintikäsitteisiin.
• Alhaisempi suorituskyky verrattuna erillisiin fyysisiin palvelimiin erittäin vaativiin kuormiin.
• GUI-sovellusten rajoitukset, suunniteltu työpöytäympäristöihin.
• turvallisuusriskejä jos epäluotettavilla säilöillä on lupa käyttää isäntäjärjestelmän resursseja.
• Kuvien ja tilavuuksien kertyminen joka, jos sitä ei hallita oikein, voi viedä paljon levytilaa.

Vaikka se tuo mukanaan näitä haasteita, sen hyödyt ovat usein suuremmat kuin haitat, jos noudatetaan hyviä turvallisuuskäytäntöjä ja -käytäntöjä.

Dockerin jokapäiväiset käyttötapaukset

Docker on erittäin monipuolinen ja sitä voidaan käyttää kaikenlaisissa ympäristöissä ja sektoreilla.

• Paikallinen kehitys: Tiimit voivat replikoida tuotantoympäristön testitietokoneilleen tai palvelimilleen välttäen ristiriitoja ja konflikteja.
• Automatisoitu käyttöönotto: Yksinkertaista uusien versioiden tai projektien käyttöönottoa sekunneissa, olipa kyseessä sitten pilvessä tai fyysisillä palvelimilla.
• Jatkuva integraatio ja CI/CD-putket: Luo erillisiä ympäristöjä testien suorittamiseen, koodin rakentamiseen ja käyttöönottoon nopeasti ja turvallisesti.
• Mikropalvelut: Jokainen sovelluksen palvelu tai moduuli voi sijaita omassa säilössään, mikä helpottaa sen ylläpitoa, skaalautumista ja itsenäisyyttä.
• Pilvinatiivit sovellukset: Docker on monien nykyaikaisten pilviarkkitehtuurien ydin, ja se mahdollistaa skaalautuvuuden ja siirrettävyyden ilman toimittajariippuvuutta.
• Testaus ja kokeilu: Sen avulla voit määrittää lyhytaikaisia ​​ympäristöjä A/B-testausta tai kokeiluja varten vaikuttamatta pääinfrastruktuuriin.

Suurista yrityksistä, kuten Netflix, Adobe ja Target, pieniin avoimen lähdekoodin projekteihin, Docker on vakiinnuttanut asemansa alan standardina.

Kubernetes ja Docker Swarm: Konttien orkestrointi

Konttien käyttöönottojen kasvaessa satojen tai tuhansien konttien hallintaan tarvitaan orkestrointityökaluja . Tässä kohtaa seuraavat astuvat esiin:

• Kubernetes: Avoimen lähdekoodin alusta, joka automatisoi konttisovellusten käyttöönoton, skaalauksen ja hallinnan. Ihanteellinen monimutkaisille arkkitehtuureille ja korkean käytettävyyden vaatimuksille.
• Docker-parvi: Dockeriin integroitu ratkaisu yksinkertaisten klusterien ja pienten ja keskisuurten käyttöönottojen hallintaan, jossa helppokäyttöisyys on etusijalla.

Nämä vaihtoehdot mahdollistavat konttien käyttöönoton, kuormituksen tasapainotuksen ja vianhallinnan vankan automatisoinnin sekä pilvi- että paikallisissa ympäristöissä.

Docker-tietoturva: parhaat käytännöt

Tietoturva on olennaista missä tahansa teknologiaympäristössä, eikä Docker ole poikkeus. Vaikka kontit eristävät sovellukset hyvin, on otettava huomioon tiettyjä seikkoja:

• Vältä säilöjen suorittamista pääkäyttäjänä ellei se ole välttämätöntä.
• Käytä virallisia kuvia ja tarkista niiden alkuperä, välttäen epäilyttävän luotettavia tai tukemattomia kuvia.
• Rajoita käyttöoikeuksia ja määritä verkot ja taltiot vain tarvittaessa.
• Valvo käyttöoikeuksia ja pidä Docker Engine ja käytetyt levykuvat ajan tasalla.
• Docker-daemonin yhteydessä se hallitsee pääsyä siihen, koska se voi olla hyökkäysvektori, jos se joutuu vääriin käsiin.

On myös tärkeää muistaa, että säilöt jakavat isäntäytimen, mikä tekee isäntäjärjestelmän suojaamisesta ja virheellisten määritysten välttämisestä entistä tärkeämpää.

Dockerin käyttöönoton rajoitukset ja haasteet

Kaikista eduistaan ​​huolimatta Docker ei ole ratkaisu kaikkeen:

• Se ei aina sovi sovelluksiin, joissa on paljon graafista vuorovaikutusta. tai jotka riippuvat tietystä laitteistosta.
• Saatat vaatia huolellista integrointia vanhoihin tai suljetun järjestelmän järjestelmiin.
• Oppimiskäyrä voi olla jyrkkä ei-teknisille käyttäjille tai niille, jotka ovat tottuneet "napsauta ja pelaa" -järjestelmiin.
• Kuvien ja säilöjen elinkaarta on hallittava tila- ja ylläpito-ongelmien välttämiseksi.

Asianmukaisella hallinnalla ja hyvillä käytännöillä Dockerista tulee lähes välttämätön työkalu nykyaikaiseen kehitykseen ja käyttöönottoon.

Aloittaminen ja Dockerin käytön aloittaminen

Dockerin käytön aloittaminen on suhteellisen yksinkertaista:

1. Käy Dockerin virallisella verkkosivustolla ja lataa Docker Desktop käyttöjärjestelmäsi mukaan.
2. Luo Docker Hub -tili käyttääksesi julkisia kuvia ja jakaaksesi omiasi.
3. Kokeile käynnistää ensimmäinen konttisi komennolla telakointi, esimerkiksi: docker run -d -p 80:80 docker/getting-started
4. Tutustu Docker Desktopin kojelautaan, josta näet aktiiviset säilösi ja kuvasi sekä työkalut niiden visuaaliseen hallintaan.
5. Aloita Dockerfilen ja Docker Composen käyttö luodaksesi mukautettuja ja toistettavia ympäristöjä.

Hetkessä pystyt perustamaan erillisiä ympäristöjä, replikoimaan kokonaisia ​​infrastruktuureja ja jakamaan sovelluksia ilman yhteensopivuusongelmia.

Docker-pohjaiset menetelmät: DevOps, mikropalvelut ja CI/CD

Docker on katalysaattori monille edistyneimmille kehitys- ja operatiivisille käytännöille :

• DevOps: Se edistää kehittäjien ja operaattoreiden välistä yhteistyötä, poistaa ympäristöesteitä ja automatisoi käyttöönotot.
• Mikropalvelut: Se helpottaa erillisten sovellusten luomista, joissa jokainen komponentti sijaitsee omassa säilössään ja voi kehittyä itsenäisesti.
• CI/CD: Se mahdollistaa automatisoidun testauksen, muutosten integroinnin ja jatkuvan käyttöönoton identtisissä ympäristöissä, mikä vähentää virheitä ja lisää tiimin ketteryyttä.

Tämä on johtanut Dockerin käyttöönottoon kaikkialla startup-yrityksistä monikansallisiin yrityksiin, sekä kehityksessä että tuotannossa.

Dockerin ympärillä olevat työkalut ja ekosysteemi

Dockerin kasvu on johtanut lukuisten työkalujen syntymiseen, jotka täydentävät ja parantavat sen käyttöä :

• Docker-laajennukset: Laajennukset, jotka integroivat edistyneitä toimintoja (valvonta, tietoturva, Kubernetesin integrointi jne.)
• Lisäosat ja lisäosat: Ne helpottavat volyymien, verkostojen ja muiden erityistarpeiden hallintaa.
• Ratkaisut, kuten Jenkins, Ansible, Puppet tai Chef: Ne sopivat täydellisesti yhteen Dockerin kanssa automaatio- ja orkestrointitehtävissä.
• Natiivit integraatiot pilvipalveluntarjoajien kanssa: Muun muassa Amazon AWS, Google Cloud, Microsoft Azure, IBM Cloud ja DigitalOcean tukevat Dockeria suoraan.

Niin monien vaihtoehtojen rajana ovat luovuus ja kunkin projektin tarpeet.