В мире современного разработки программного обеспечения эффективность и согласованность имеют ключевое значение. Команды разработчиков и операций нуждаются в решениях, которые помогают им управлять, развертывать и запускать приложения без проблем в различных средах.

Контейнеры и Docker — это технологии, которые революционизировали процесс создания, тестирования и развертывания программного обеспечения.

Если вы новичок в мире технологий или просто хотите понять основы Docker, эта статья проведет вас через основные моменты.

Содержание

Что такое контейнеры?

Прежде чем погрузиться в Docker, давайте сначала поймем, что такое контейнеры. Представьте, что вы работаете над проектом, и ваше приложение идеально работает на вашем ноутбуке. Но когда вы пытаетесь запустить то же приложение на другой машине, оно не работает. Это часто происходит из-за различий в средах: разные операционные системы, версии установленного программного обеспечения или конфигурации.

Контейнеры решают эту проблему, упаковывая приложение и все его зависимости, такие как библиотеки, фреймворки и конфигурационные файлы, в единое стандартизированное устройство. Это гарантирует, что приложение будет работать одинаково, независимо от того, где оно развернуто, будь то на вашем ноутбуке, сервере или в облаке.

Ключевые особенности контейнеров:

  • Легковесные: Контейнеры используют ядро хост-системы, в отличие от виртуальных машин (VM), которые требуют отдельных экземпляров ОС, что делает их быстрее и эффективнее.

  • Портативный: Как только контейнер создан, он может стабильно работать в различных средах.

  • Изолированный: Контейнеры работают в изолированных процессах, что означает, что они не вмешиваются в работу других приложений, работающих в одной системе.

Что такое Docker?

Теперь, когда мы понимаем контейнеры, давайте поговорим о Docker, платформе, которая сделала контейнеры популярными.

Docker — это инструмент с открытым исходным кодом, предназначенный для упрощения процесса создания, управления и развертывания контейнеров. Запущенный в 2013 году, Docker быстро стал основным решением для контейнеризации благодаря своей простоте в использовании, поддержке сообщества и мощной экосистеме инструментов.

Ключевые концепции в Docker

  1. Образы Docker: Рассматривайте образ Docker как чертеж для вашего контейнера. Он содержит все необходимое для запуска приложения, включая код, библиотеки и системные зависимости. Образы создаются на основе набора инструкций, написанных в Dockerfile.

  2. Контейнеры Docker: Контейнер – это запущенный экземпляр Docker-образа. Когда вы создаете и запускаете контейнер, Docker запускает образ в изолированной среде, где может работать ваше приложение.

  3. Dockerfile: Это текстовый файл, который содержит шаги, необходимые для создания Docker-образа. Здесь вы определяете, как будет выглядеть ваш контейнер, включая базовый образ, код приложения и любые дополнительные зависимости.

  4. Docker Hub: Docker Hub – это публичный реестр, где разработчики могут делиться и получать доступ к заранее подготовленным образам. Если вы работаете над общим приложением или технологическим стеком, скорее всего, на Docker Hub уже доступен образ, что сэкономит ваше время.

  5. Docker Compose: Для приложений, которые требуют нескольких контейнеров (например, веб-сервер и база данных), Docker Compose позволяет определять и управлять многоконтейнерными окружениями с помощью простого YAML-файла.

Почему Docker?

Популярность Docker объясняется его способностью решать различные задачи, с которыми сталкиваются разработчики сегодня:

  • Согласованность между окружениями: Разработчики могут “собрать один раз, запускать везде”, что гарантирует, что одно и то же приложение работает одинаково в разных окружениях, от локальной разработки до производства.

  • Скорость: Контейнеры Docker быстро запускаются и останавливаются, что делает их идеальными для тестирования и развертывания.

  • Эффективное использование ресурсов: Поскольку контейнеры более эффективно используют ресурсы хост-системы, чем виртуальные машины, они снижают накладные расходы и позволяют достичь большей плотности развертываний.

  • Управление версиями для ваших приложений: Docker позволяет вам управлять версиями не только вашего кода, но и среды, в которой ваш код выполняется. Это особенно полезно для отката к предыдущим версиям или отладки проблем в производстве.

Архитектура Docker

Когда вы впервые начинаете использовать Docker, вы можете воспринимать его как коробку, которая “просто работает”. Хотя это нормально для начала, более глубокое понимание архитектуры Docker поможет вам устранять проблемы, оптимизировать производительность и принимать обоснованные решения о вашей стратегии контейнеризации.

Архитектура Docker разработана для обеспечения эффективности, гибкости и масштабируемости. Она состоит из нескольких компонентов, которые работают вместе для создания, управления и запуска контейнеров. Давайте подробнее рассмотрим каждый из этих компонентов.

Архитектура Docker: ключевые компоненты

Архитектура Docker построена вокруг модели клиент-сервер, которая включает в себя следующие компоненты

  • Клиент Docker

  • Демон Docker (dockerd)

  • Docker Engine

  • Образы Docker

  • Контейнеры Docker

  • Регистр Docker

1. Клиент Docker

Клиент Docker является основным способом взаимодействия пользователей с Docker. Это инструмент командной строки, который отправляет инструкции Демону Docker (который мы рассмотрим далее) с использованием REST API. Команды, такие как docker build, docker pull и docker run, выполняются из Клиента Docker.

Когда вы вводите команду, такую как docker run nginx, Клиент Docker переводит это в запрос, который Демон Docker может понять и выполнить. По сути, Клиент Docker выступает в качестве интерфейса для взаимодействия с более сложными компонентами серверной части Docker.

2. Демон Docker (dockerd)

Демон Docker, также известный как dockerd, является «мозгом» всей операции Docker. Это фоновый процесс, который слушает запросы от Клиента Docker и управляет объектами Docker, такими как контейнеры, образы, сети и тома.

Вот за что отвечает Демон Docker

  • Создание и запуск контейнеров: Когда клиент отправляет команду на запуск контейнера, демон загружает образ, создает контейнер и запускает его.

  • Управление ресурсами Docker: Демон выполняет задачи, такие как настройка сети и управление томами.

  • Демон Docker работает на хост-машине и взаимодействует с клиентом Docker с помощью REST API, сокетов Unix или сетевого интерфейса. Он также отвечает за взаимодействие с средами выполнения контейнеров, которые обрабатывают фактическое выполнение контейнеров.

3. Docker Engine

Docker Engine является основной частью Docker. Это то, что делает всю платформу работоспособной, сочетая клиент, демон и среду выполнения контейнеров. Docker Engine может работать на различных операционных системах, включая Linux, Windows и macOS.

Существуют две версии Docker Engine

  • Docker CE (Community Edition): Это бесплатная, с открытым исходным кодом версия Docker, которая широко используется для личных и небольших проектов.

  • Docker EE (Enterprise Edition): Платная версия Docker уровня предприятия поставляется с дополнительными функциями, такими как повышенная безопасность, поддержка и сертификация.

Docker Engine упрощает сложности оркестрации контейнеров, интегрируя различные компоненты, необходимые для создания, запуска и управления контейнерами.

4. Docker Images

Docker Image — это шаблон только для чтения, который содержит все, что необходимо вашему приложению для запуска: код, библиотеки, зависимости и конфигурации. Образы являются строительными блоками контейнеров. Когда вы запускаете контейнер, вы по сути создаете записываемый слой поверх Docker image.

Docker Images обычно создаются из Dockerfiles, которые представляют собой текстовые файлы с инструкциями о том, как создать образ. Например, базовый Dockerfile может начинаться с базового образа, такого как nginx или ubuntu, и включать команды для копирования файлов, установки зависимостей или настройки переменных окружения.

Вот простой пример Dockerfile

dockerfileCopy codeFROM nginx:latest
COPY ./html /usr/share/nginx/html
EXPOSE 80

В этом примере мы используем официальный образ Nginx в качестве базового и копируем наши локальные HTML-файлы в веб-каталог контейнера.

После создания образа его можно хранить в Docker Registry и делиться с другими.

5. Docker Containers

Docker Container — это запущенный экземпляр Docker Image. Он легковесен и изолирован от других контейнеров, однако использует ядро хост-операционной системы. Каждый контейнер имеет свою файловую систему, память, выделение процессора и сетевые настройки, что делает его портативным и воспроизводимым.

Контейнеры могут быть созданы, запущены, остановлены и уничтожены, и они могут даже сохраняться между перезагрузками. Поскольку контейнеры основаны на образах, они гарантируют, что приложения будут вести себя одинаково, независимо от того, где они запущены.

Несколько ключевых характеристик контейнеров Docker:

  • Изоляция: Контейнеры изолированы друг от друга и от хоста, но при этом они используют одно и то же ядро ОС.

  • Портативность: Контейнеры могут работать в любом месте, будь то ваша локальная машина, виртуальная машина или облачный провайдер.

6. Реестры Docker

Реестр Docker – это централизованное место, где хранятся и распространяются образы Docker. Самый популярный реестр – это Docker Hub, который размещает миллионы общедоступных образов. Организации также могут настраивать частные реестры для безопасного хранения и распространения своих собственных образов.

Реестры Docker предоставляют несколько ключевых функций:

  • Версионирование образов: Образы версионируются с использованием тегов, что облегчает управление различными версиями приложения.

  • Контроль доступа: Реестры могут быть публичными или приватными, с контролем доступа на основе ролей для управления тем, кто может загружать или выгружать образы.

  • Распределение: Образы могут быть загружены из реестра и развернуты в любом месте, что облегчает обмен и повторное использование контейнеризованных приложений.

Виртуальная среда контейнера Docker: containerd

Одним из важных недавних событий в архитектуре Docker является использование containerd. Ранее Docker имел собственную виртуальную среду контейнера, но теперь использует containerd, виртуальную среду контейнера, которая соответствует отраслевым стандартам и также используется другими платформами, такими как Kubernetes.

  1. containerd отвечает за

    • Запуск и остановку контейнеров

    • Управление хранилищем и сетями для контейнеров

    • Загрузка контейнерных образов из реестров

Отделив выполнение контейнеров от более высокоуровневой функциональности Docker, Docker стал более модульным, что позволяет другим инструментам использовать containerd, в то время как Docker сосредотачивается на функциях, ориентированных на пользователя.

Как создать простой контейнер с помощью Docker

Скачайте образ Linux

Начните с того, чтобы скачать образ alpine с Docker Hub. Образ alpine – это минималистская Linux-дистрибуция, предназначенная для легкости и скорости.

Выполните следующую команду:

docker pull alpine

Это загрузит образ alpine на вашу локальную систему.

Запустите контейнер

Создайте и запустите контейнер, используя образ alpine. Мы также запустим сеанс терминала внутри контейнера.

docker run -it alpine /bin/sh

Вот что означает каждая опция:

  • docker run: Создает и запускает новый контейнер.

  • -it: Позволяет взаимодействовать с контейнером (интерактивный режим + терминал).

  • alpine: Указывает образ, который следует использовать.

  • /bin/sh: Указывает команду для выполнения внутри контейнера (в данном случае сеанс оболочки).

Исследуйте контейнер

Как только контейнер запущен, вы увидите оболочку с приглашением, которая выглядит примерно так:

/ #

Это означает, что вы находитесь внутри контейнера Alpine Linux. Теперь вы можете выполнять команды Linux. Например:

Проверьте текущий каталог:

pwd

Список файлов в каталоге:

ls

Вывод: минимальная структура каталога, так как Alpine является легковесным образом.

Вы также можете установить пакет (Alpine использует apk в качестве менеджера пакетов):

apk add curl

Выйти из контейнера

Когда вы закончите исследовать, введите exit, чтобы закрыть сессию и остановить контейнер

bashCopy codeexit

Доступ к контейнеру после его остановки

Если вы хотите снова получить доступ к контейнеру после его остановки, вы можете использовать эту команду, чтобы перечислить все контейнеры (включая остановленные):

docker ps -a

Вы увидите список контейнеров с их идентификаторами и статусами, затем вы можете запустить остановленный контейнер:

docker start <container-id>

Вы можете подключиться к оболочке контейнера, используя эту команду:

docker exec -it <container-id> /bin/sh

Если контейнер больше не нужен, вы можете удалить его

  1. Остановите контейнер (если он все еще работает):

     docker stop <container-id>

  2. Удалите контейнер:

     docker rm <идентификатор-контейнера>

Краткий обзор команд Docker

Команда Описание
docker pull alpine Скачивает образ Alpine Linux.
docker run -it alpine /bin/sh Создает и запускает интерактивный контейнер.
docker ps -a Список всех контейнеров (работающих и остановленных).
docker start <идентификатор-контейнера> Запускает остановленный контейнер.
docker exec -it <идентификатор-контейнера> Подключается к работающему контейнеру.
docker stop <идентификатор-контейнера> Останавливает работающий контейнер.
docker rm <идентификатор-контейнера> Удаляет остановленный контейнер.

Подводя итог

Теперь, когда у вас есть базовое понимание, пришло время применить свои знания на практике. Начните экспериментировать с Docker, создайте свой первый контейнер и изучите его обширную экосистему.

Вы скоро увидите, почему Docker стал краеугольным камнем современного DevOps и разработки программного обеспечения.

Вы можете следить за мной на