Контейнеризация приложений: что это, виды, сравнение с визуализацией

Представьте, что ваше приложение — это ценный, но хрупкий груз. Чтобы доставить его куда угодно, вы помещаете его в стандартный морской контейнер. Неважно, какой корабль, поезд или грузовик его повезет — внутри контейнера для груза созданы идеальные условия. Контейнеризация в IT работает точно так же. 

Контейнеризация — это упаковка приложения и всего, что ему нужно для работы (код, библиотеки, настройки), в единый изолированный блок — контейнер.

Контейнеризация является базой в мире разработки. Именно контейнеризация позволяет создавать и развертывать приложения, безопасно и в самые короткие сроки. С ней программу можно запускать постоянно практически в любом окружении и на любом сервере. Рассказываем, что такое контейнеризация и зачем она нужна, как устроены контейнеры и чем отличается контейнеризация от виртуализации. 

Контейнеризация: что это и для чего нужна

Контейнеризация — это технология, которая позволяет запускать приложения изолировано от основной операционной системы. По сути программа упаковывается в специальную оболочку-контейнер, внутри которой имеется вся необходимая для работы среда (исполняемый код, библиотеки, системные инструменты, настройки и зависимости).

Такой виртуальный контейнер можно запускать на различных устройствах, настраивать, конфигурировать, хранить и передавать. Доступ к его содержимому может быть ограничен правами конкретных пользователей, при этом все действия логируются, а попытки несанкционированного копирования или редактирования блокируются автоматически. 

Контейнеризация — это метод, который необходим для:

• изолированного запуска приложений независимо от системы и ПО, которые установлены на конкретной машине;

• снижения нагрузки на систему и контроля ресурсов;

• снижения риска конфликтов, которые могут возникнуть из-за того, что разные приложения нуждаются в различных версиях библиотек и ПО;

• формирования удобной и безопасной рабочей инфраструктуры;

• быстрого обмена настроенными приложениями и средами между машинами;

• ускорения процесса разработки и уменьшения количества ошибок;

• масштабирования уже существующих приложений.

Таким образом, контейнеризация дает возможность просто и безопасно управлять сложными системами, приложениями, средами. 

Проведение DevOps-трансформации с внедрением «Инфраструктура как код» для ИТ-компании

Особенности технологии контейнеризации:

1. Изолированный запуск. Внутри контейнера — изолированная среда с файлами, библиотеками, приложениями со всеми настройками и зависимостями. Ничего страшного, если содержимое контейнера противоречит, например, настройкам и зависимостям основной ОС. Контейнер надежно изолирует все, что внутри него от внешней системы, исключая любые конфликты. 

2. Независимость. Контейнеризация использует технологии, которые позволяют контейнерам существовать независимо друг от друга. Если вдруг внутри контейнера Y что-то сломается, это никак не повлияет на работу контейнера E. Они могут передавать между собой данные, но даже в этом случае функционируют автономно друг от друга. 

3. Легковесность. Контейнеры обладают достаточно легкой архитектурой и задействуют ровно столько ресурсов ОС, сколько нужно приложению внутри них. В результате контейнеризация считается экономичным и доступным в плане ресурсоемкости способом разработки и развертывания ПО. 

4. Одноразовость. Каждый экземпляр контейнера — сущность с коротким сроком жизни. В случае закрытия контейнера информации внутри него стирается. Это можно сравнить с закрытием файла Word без сохранения. Поэтому все важные данные при работе с контейнером выводят и хранят во внешней операционной системе. Если закрытый контейнер снова понадобится, из того же образа можно создать другой экземпляр. 

Как устроен контейнер

Фактически контейнер — это ящик с грузом, который можно поставить где угодно. Условия окружающей среды не влияют на его содержимое. Приложение, которое хранится в таком виртуальном контейнере, запускается изолировано от основной системы, при этом никак не взаимодействуя с ней. 

Создаются контейнеры на основе образов, схожих с теми, которые задействуются для установки ОС. Главное отличие кроется в том, что внутри находится не полноценная операционная система, а минималистичная среда с определенными настройками. Образ запускается в специальном приложении для управления контейнерами, а уже на базе и разворачивается содержимое контейнера. 

Виды контейнеров 

Как и в реальной жизни, далеко не все контейнеры одинаковы. Разные виды контейнеров в рамках контейнеризации также предусматривают применение определенных подходов к изоляции, оркестрации и управлению ресурсами. 

Повышение отказоустойчивости и доступности сайта для компании «ВкусВилл»

Контейнеры для приложений

Это самый популярный подход, лидером которого является Docker. Идея проста: одно приложение — один контейнер. Концепция идеально вписывается в современные микросервисные решения и является эталонной для большинства организаций.

1. Контейнеры Docker

Именно Docker считается самым популярным типом контейнеров для приложений. Он работает на концепции контейнеризации ядра Linux и отличается простым, интуитивно понятным интерфейсом разработки, развертывания, управления контейнерами. 




В образах, используемых Docker, есть все необходимое для быстрого запуска приложений. Обмен образами осуществляется через Docker Hub или частные ресурсы. К важным преимуществам контейнеризации с этим типом контейнеров также можно отнести широкую экосистему продуктов, активное пользовательское сообщество и обширную библиотеку документов. Сегодня Docker считается своеобразным стандартом контейнеризации приложений и отлично подходит для непрерывной интеграции, микросевисной архитектуры, развертывания (CI/CD) и гибридного облака.




2. Контейнеры rkt (Rocket)

Команда разработчиков CoreOS изначально создавала Rocket (rkt), как безопасную и максимально доступную альтернативу Docker. И хотя контейнеры rkt не получили широкой популярности, совсем сбрасывать со счетов их все же не стоит. Главное отличие технологии — отсутствие необходимости в домене для управления контейнерами. Это позволило упростить архитектуру и снизить риски вероятной атаки. 

Docker: что это такое и зачем он нужен вашему бизнесу




3. Контейнеры LXC/LXD

LXD и LXC (Linux Containers) — системные контейнеры, предоставляющие более полные возможности для виртуализации операционной системы, в сравнении с Docker и rkt. С их помощью можно на одном хост-компьютере запускать сразу несколько ОС с высоким уровнем гибкости и изоляции. LXC/LXD часто применяются для эффективного создания тестовых сред, консолидации серверов, развертывания legacy-приложений, нуждающихся в полноценной ОС. 




4. Контейнеры containerd

Containerd — среда, разработанная Docker и переданная Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Она включает базовый набор функций, предназначенных для управления жизненным циклом контейнеров: запуск, извлечение образов, остановку и удаление. Containerd лежит в основе целого ряда других контейнерных технологий (Docker, Kubernetes и пр.). 




5. Контейнеры Podman

Разработчиком Podman является Red Hat. Инструмент позволяет выполнять запуск контейнеров без Docker daemon, что обеспечивает ему простоту и безопасность применения. За счет того, что Podman использует те же команды, что и Docker, и совместим с его образами, перейти на него можно легко и быстро. 

Системные контейнеры

Этот подход (например, LXC) больше похож на легковесную виртуальную машину. Он используется для специфических задач, например, для запуска старых (legacy) приложений, требующих окружения целой ОС. Но для новой разработки он применяется редко. 

Главное их отличие от контейнеров приложений – виртуализация на уровне операционной системы и возможность запуска на одном ядре изолированных вариантов ОС. Контейнеры для ОС обеспечивают более полную изоляцию и совместимы с разными дистрибутивами Linux и другими операционными системами на одной хост-машине.

1. Контейнеры LXC/LXD

Системные контейнеры используют возможности и ресурсы ядра Linux для развертывания изолированных сред, в которых можно запускать полноценные ОС. LXC/LXD также незаменимы, если требуется консолидация серверов, развертывание приложений на основе полноценной ОС. 




2. FreeBSD Jails

Контейнерный механизм виртуализации ОС в FreeBSD. Он применяется для развертывания изолированных сред для запуска приложений и сервисов с ограничением их доступа к конкретным файловым системам и ресурсам системы. 

Выбор между контейнерами для приложений и контейнерами для ОС осуществляется с учетом определенных целей и требований. Первые станут идеальным вариантом для CI/CD, микросервисной архитектуры, развертывания приложений в облаке. Вторые обеспечивают высочайший уровень гибкости и изоляции и обычно применяются для создания тестовых сред, консолидации серверов, развертывания legacy-приложений.

Контейнеризация vs виртуализация

При кажущейся схожести целей и задач, технологии контейнеризация отличается от виртуализации по целому ряду принципиальных различий в подходах, архитектуре, сценариях использования. 

Виртуализация позволяет на одном физическом сервере запускать несколько ОС. Для этого применяется специальный софт – гипервизор, эмулирующий аппаратное обеспечение для гостевых ОС. Установка гипервизора возможна на «голый металл» сервера (например, гипервизоры VMware ESXi, Citrix XenServer) или поверх существующей ОС (VMware Workstation, VirtualBox).

Что такое виртуализация: обзор технологии и принципов работы


На каждой виртуальной машине (ВМ) установлена копия ОС, необходимые библиотеки, приложения и конкретные зависимости. За счет этого достигается полная изоляция ВМ. Такой подход повышает безопасность и позволяет запускать на одном хост-компьютере конфликтующие зависимости или приложения, которые требуют разные версии ОС. Одновременно с этим следует учитывать, что для каждой ВМ нужны серьезные ресурсы: память, процессорное время, дисковое пространство. 

При использовании контейнеризации напротив не эмулируется аппаратное обеспечение и требуется запуск полноценной ОС для каждого приложения. Вместо этого для запуска контейнеры используют ядро хост-ОС и предоставляют для развертывания приложений и их зависимостей изолированное пространство. 

Таблица: Различия между виртуализацией и контейнеризацией 

Параметр для сравнения	Контейнеризация	Виртуализация
Уровень изоляции	На уровне процессов	Полная изоляция ОС
Ресурсоемкость	Низкая	Высокая
Запуск	Быстрый	Долгий из-за необходимости загрузки ОС
Образ	Включает конкретные зависимости	Полный образ ОС
Управление	Простое, централизованное	Сложное, предусматривает управление отдельно каждой виртуальной машиной
Примеры	Docker, Kubernetes, Podman	VMware ESXi, VirtualBox, Hyper-V





На практике и виртуализация, и контейнеризация решают множество прикладных задач. Сценарии использования этих технологий предусматривают: 




	Виртуализация	Контейнеризация
Когда лучше выбрать	для максимальной изоляции и безопасности (запуск ненадежного кода).	для микросервисных приложений
	когда нужно запустить приложения, требующие разных операционных систем (например, Windows и Linux на одном сервере)	для ускорения циклов разработки и тестирования (CI/CD)
		для эффективного масштабирования в облаке.





Важный момент! В последние годы наблюдается тенденция объединения виртуализации и контейнеризации. В частности, на рынке появились решения, позволяющие запускать контейнеры на основе виртуальных машин. Такой вариант позволяет получать преимущества сразу обеих технологий: полную изоляцию, легковесность, безопасность и простоту управления. 




Хотите понять, как контейнеризация может ускорить ваши бизнес-процессы и сократить расходы на инфраструктуру? Свяжитесь с нашими экспертами для аудита и разработки стратегии. Звоните по телефону 8-800-200-99-24 или отправьте письмо на почту request@simbirsoft.com




Часто задаваемые вопросы

1. В каких случаях и почему контейнеризацию не стоит использовать? 

Вам не нужна контейнеризация, если речь идет об устаревших приложениях, которые «доживают» свои последние дни и написаны, например, на ЯП RPG или FORTRAN IV. Не получится также хорошо контейнеризировать приложения с зависимостями от нестандартных БД или специализированных периферийных устройств. Такие приложения проще переписать, чем тратить время на их упаковку в контейнер. 




2. Что такое оркестраторы? 

Если контейнеров десятки или даже сотни, возможностей стандартного ПО типа Doker будет недостаточно. В этом случае на выручку приходят системы оркестрации или оркестраторы – специальное ПО, разработанное для управления множественными контейнерами. Оно контролирует их работоспособность, включает и отключает, распределяет ресурсы и строит сеть. 




3. Какие меры безопасности принимаются при работе с контейнерами?

Прежде всего, система безопасности интегрируется с ключевыми реестрами (Docker и Kubernetes, GitLab Registry и прочими) и регулярно сканирует используемые образы в соответствии с политиками организации. Образы, не прошедшие проверку, помечаются для администраторов или блокируются для использования в следующих этапах разработки и развертывания. Дополнительно для контейнеризации разработаны специализированные решения в области защиты данных, например, Kaspersky Container Security — ПО, которое обеспечивает безопасность контейнерных приложений на всех этапах жизненного цикла.