Контейнеризация. Использование Docker

Введение

Контейнеризация - это технология, которая значительно упрощает процессы разработки и эксплуатации программного обеспечения, предоставляя решение для множества проблем, с которыми могут столкнуться системные администраторы и разработчики.

Суть этого подхода заключается в том, что приложение вместе с его зависимостями упаковывается в так называемые "контейнеры". Эти контейнеры обеспечивают надежное и последовательное выполнение приложения в практически любом окружении.

Docker является одной из ведущих платформ в области контейнеризации, которая предоставляет эффективные инструменты для развертывания и управления контейнерами. Его популярность основана на простоте использования, стандартизированных образах и активном сообществе.

Основные преимущества использования Docker

Изоляция

Каждый контейнер работает в изолированном пространстве, отдельном от других контейнеров и хост-системы. Это включает изоляцию файловой системы, сети, процессов и пользовательских пространств. Изоляция обеспечивает предсказуемое и надежное выполнение контейнера, не затрагивая другие части системы.

Мобильность

Приложения способны работать в различных окружениях и системах без изменений в коде. Docker обеспечивает эту мобильность благодаря стандартизированным контейнерам, содержащим все необходимые зависимости и среду выполнения.

Безопасность

Docker обеспечивает изоляцию процессов, сети, файловых систем и ресурсов. Это предотвращает взаимное влияние контейнеров и уменьшает риск распространения угроз внутри контейнеризованной среды. Помимо этого, предоставляется механизм аудита событий, который регистрирует различные действия в системе Docker. Журналы могут быть использованы для обнаружения подозрительной деятельности.

Масштабируемость

Система Docker позволяет масштабировать приложение горизонтально, добавляя дополнительные экземпляры контейнеров. Такое масштабирование обеспечивает увеличение пропускной способности и отказоустойчивость путем распределения нагрузки между множеством контейнеров.

Архитектура Docker

В системе Docker основным элементом является Docker Engine - легковесная платформа для выполнения контейнеров. Docker Engine создает и управляет Docker-образом (Docker Images) и контейнерами (Docker Containers), обеспечивая изоляцию и абстракцию при выполнении приложений. Docker Engine координирует с центральными компонентами:

• Docker Images - это снимки параметров выполнения и файловой системы приложения, которые используются для создания контейнеров.
• Docker Containers - это исполняемые экземпляры образов, которые изолируют окружение для выполнения приложения.
• Docker Compose - это инструмент для запуска много контейнерных Docker-приложений, описывает структуру приложения в YAML файле.

В совокупности компоненты формируют гибкую систему для управления жизненным циклом приложений от разработки до эксплуатации. Эта архитектура обеспечивает простоту и контроль, что делает Docker хорошим выбором для разработчиков и системных администраторов в различных средах и масштабах проектов.

Углубленное изучение

Docker предлагает ряд мощных продвинутых функций для профессионалов в области IT. Например, Dockerfile - файл с инструкциями для создания Docker-образа. С помощью Dockerfile разработчики могут автоматизировать процесс упаковки приложения и зависимостей в контейнер.

Другим распространенным инструментом для работы с Docker является Docker Compose. Он позволяет создавать и запускать приложения, которые состоят из множества связанных контейнеров с помощью конфигурационного файла. В файле YAML описывается сервисы, сети и тома, необходимые для приложения. Это обеспечивает простой и понятный способ координации различных служб и зависимостей в составе одного проекта.

Dockerfile и Docker Compose - это два различных инструмента в экосистеме Docker, и они служат разным целям, но могут быть взаимосвязаны при построении и развертывании приложений. Например, Dockerfile и Docker Compose могут взаимодействовать так, что Docker Compose использует Dockerfile для построения образа, а затем развертывает контейнеры согласно конфигурации в файле docker-compose.yml. Это позволяет создавать и управлять контейнеризованными приложениями более эффективно.

Вдобавок к упомянутым компонентам Docker включает в себя:

• Docker Hub - сервис для хранения и распространения Docker образов.
• Docker Client - командный интерфейс, через который разработчики и администраторы взаимодействует с Docker.
• Docker Daemon - фоновый процесс, управляющий контейнерами и обрабатывающий запросы от Docker Client.
• Docker Volumes - решение для постоянного хранения данных, что особенно важно для баз данных и других сервисов, требующих сохранения данных между перезапусками контейнеров.
• Docker Secrets - предназначен для безопасного хранения и управления чувствительной информации, такой как пароли и ключи API, что важно для обеспечения безопасности приложений и инфраструктуры.

Все эти особенности позволяют лучше понять как и когда использовать Docker в проектах для интеграции с другими технологиями и платформами для достижения высокой эффективности и масштабируемости.

Пример из практики

Рассмотрим пример использования Docker Compose для создания и управления сложной средой, включающей в себя различные сервисы, такие как Nginx, Apache HTTP server, MySQL и Redis, а также инструмент управления phpMyAdmin.

Содержание файла docker-compose.yml выглядит следующим образом:

В данном примере docker-compose.yml используются следующие конфигурации:

1. Nginx
   - Создается контейнер Nginx с помощью Dockerfile, расположенного в каталоге nginx
   - Пробрасываются порты 80 и 8895 для доступа к сервису.
   - Устанавливаются тома для логов Nginx и корневого каталога веб-сервера.
   - Указывается зависимость от MySQL.
2. Apache HTTP Server
   - Создается контейнер Apache, используя Dockerfile, расположенный в httpd/php-versions/${PHP_VERSION}/Dockerfile
   - Конфигурационные файлы и логи подключаются через тома.
   - Зависит от сервиса MySQL и Cron
   - Пробрасывает порт 9000
3. Cron
   - Используется для планирования задач, сборка осуществляется согласно Dockerfile
4. Redis
   - Используется как сервер кеширования, сборка через соответствующий Dockerfile
5. Pub/Sub сервисы
   - Сервисы для обработки подписок и публикаций, каждый из который собирается с использованием своего Dockerfile
6. MySQL
   - MySQL сервер, сборка осуществляется из Dockerfile в ./mysql/${MYSQL_VERSION}/
   - Пробрасываются порты и устанавливаются переменные окружения для настройки базы данных
   - Том для данных MySQL подключается для постоянного хранения
7. phpMyAdmin
   - Использует образ phpMyAdmin для управления базами данных MySQL.
   - Устанавливается сетевое взаимодействие с MySQL и пробрасываются порты.
8. Сети
   - Все сервисы подключаются к внутренней сети Docker, настроенной как мост (bridge), что обеспечивается взять между контейнерами.

Этот пример демонстрирует, как с помощью Docker Compose можно организовать и управлять сложной много контейнерной средой, облегчая развертывание и управление приложениями.

Лучшие практики

Рассмотрим ряд лучших практик, которые помогут обеспечить безопасность, эффективность и удобство управления приложениями.

• Оптимизация Dockerfile:
  Минимизируйте количество слоев в вашем Dockerfile, объединяя команды вместе, где это возможно. Например, используйте одну команду RUN для установки необходимых пакетов.
  
  RUN apt-get update && apt-get install -y \
  apache2 \
  php7.4 \
  libapache2-mod-php7.4 \
  php7.4-mysql \
  && rm -rf /var/lib/apt/lists/*
• Управление образами и контейнерами:
  Регулярно удаляйте устаревшие и неиспользуемые образы, контейнеры и сети с помощью команд docker system prune или docker rmi.
• Переменные окружения и секреты:
  Используйте переменные окружения для передачи конфигурация в контейнеры. Для безопасного хранения и передачи секретных данных используйте Docker Secrets
• Версионирование образов:
  Используйте теги для версионирования Docker Images, чтобы легче управлять версиями и обеспечить надежность развертывания
• Безопасность:
  Используйте официальные проверенные образы Docker Hub. Запускайте контейнеры с минимальными правами, используя флаг -- user и избегайте запуска контейнеров с правами суперпользователя.
• Мониторинг и логирование:
  Включите системы мониторинга и логирования, такие как ELK stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana), для отслеживания состояния и производительности контейнеров

Следуя лучшим практикам, вы можете повысить эффективность и безопасность проектов используя Docker.

Дополнительные ресурсы

Официальная документация Docker
https://docs.docker.com/

Docker Hub - официальный реестр Docker Images и Dockerfiles

https://hub.docker.com/

https://e2e4gu.ru/