يشير مصطلح "الحاوية" في عالم التكنولوجيا إلى وحدة قياسية من البرامج التي تقوم بتجميع التعليمات البرمجية وجميع تبعياتها، بحيث يعمل التطبيق بسرعة وبشكل موثوق من بيئة حوسبة إلى أخرى. الحاويات عبارة عن حزم خفيفة الوزن ومستقلة وقابلة للتنفيذ تتضمن كل ما هو مطلوب لتشغيل جزء من البرنامج، بما في ذلك التعليمات البرمجية ووقت التشغيل وأدوات النظام ومكتبات النظام والإعدادات.
ظهور الحاويات
بدأ مفهوم النقل بالحاويات في البرمجيات في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينات من القرن الماضي مع ظهور استدعاءات نظام chroot في Unix. ومع ذلك، لم تشهد التكنولوجيا ظهور الحاويات التي تحتوي على نظام التشغيل Linux وعزل مساحة الاسم المتأصلة بها إلا في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. أول تطبيق حديث وناجح للغاية للحاويات جاء من منصة Docker مفتوحة المصدر في عام 2013، مما أحدث ثورة في طريقة نشر التطبيقات وتوزيعها.
كشف الحاويات: التوسع في المفهوم
الحاوية عبارة عن تجريد في طبقة التطبيق، وتغليف كود التطبيق وتبعياته. بعبارات أبسط، تشبه الحاويات أجهزة VM خفيفة الوزن (الأجهزة الافتراضية) ولكن دون تحمل عبء تجميع نظام تشغيل كامل.
بينما تحاكي الأجهزة الافتراضية أجهزة الكمبيوتر الفعلية، مما يسمح بتشغيل أنظمة تشغيل متعددة على جهاز فعلي واحد، تسمح الحاويات بتشغيل تطبيقات أو خدمات متعددة على نظام تشغيل واحد، ومشاركة نواة نظام التشغيل ولكن مع عزل عمليات التطبيق عن بعضها البعض. تعتبر الحاويات خفيفة الوزن بشكل كبير وتبدأ التشغيل بشكل أسرع بكثير من الأجهزة الافتراضية.
تحت الغطاء: الهيكل الداخلي وتشغيل الحاويات
تتكون الحاويات من عنصرين رئيسيين: صور الحاوية ووقت التشغيل. الصورة عبارة عن لقطة ثابتة لرمز التطبيق وتكويناته وتبعياته. وقت التشغيل هو البيئة التي تعمل فيها الحاوية وتتفاعل مع نظام التشغيل المضيف.
تعمل الحاويات عن طريق عزل العمليات وموارد النظام مثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة وإدخال/إخراج القرص والشبكة وما إلى ذلك، على نظام تشغيل مضيف. يتم تحقيق ذلك باستخدام الميزات الموجودة في Linux kernel مثل مجموعات التحكم ومساحات الأسماء.
الميزات الرئيسية للحاويات
توفر الحاويات عددًا لا يحصى من المزايا، بما في ذلك:
- عزل: تعمل كل حاوية في بيئة تطبيق منفصلة، مما يعني أنها لا تتداخل مع الحاويات الأخرى أو النظام المضيف.
- قابلية التنقل: يمكن تشغيل الحاويات على أي نظام يدعم تقنية النقل بالحاويات، بغض النظر عن الأجهزة أو نظام التشغيل الأساسي.
- كفاءة: تشترك الحاويات في نواة النظام المضيف، مما يجعلها خفيفة الوزن وفعالة مقارنة بالأجهزة الافتراضية الكاملة.
- قابلية التوسع: يمكن للحاويات أن تتوسع أو تنخفض بسرعة بناءً على الطلب، مما يجعلها مثالية للحوسبة السحابية.
- ثبات: يظل التطبيق الموجود في الحاوية بدون تغيير عبر بيئات مختلفة.
أصناف الحاوية
هناك عدة أنواع من تقنيات الحاويات المتاحة اليوم:
| اسم | وصف |
|---|---|
| عامل ميناء | منصة النقل بالحاويات الأكثر شيوعًا، حيث تقدم مجموعة أدوات شاملة لبناء الحاويات وإدارتها. |
| LXC | تعني حاويات Linux، وهي توفر بيئة افتراضية خفيفة الوزن تحاكي جهاز كمبيوتر منفصل. |
| آر كيه تي (صاروخ) | تم تطويره بواسطة CoreOS، وهو يوفر واجهة سطر أوامر لتشغيل الحاويات. |
| أوبنفز | حل افتراضي قائم على الحاوية لنظام التشغيل Linux. |
| كونتينرد | وقت تشغيل متوافق مع معايير الصناعة لبناء حلول الحاويات. |
تطبيق الحاويات: القضايا والقرارات
تستخدم الحاويات في العديد من البيئات، بما في ذلك:
- تطوير: تضمن الحاويات أن الكود يعمل بشكل موحد عبر الأنظمة الأساسية المختلفة، مما يزيل مشكلة "إنه يعمل على جهازي".
- اختبارات: يمكن تكرار بيئات الاختبار باستخدام الحاويات لإجراء اختبار متسق.
- تعيين: توفر الحاويات القدرة على النشر بشكل متسق عبر بيئات مختلفة (من التطوير إلى الإنتاج).
- هندسة الخدمات المصغرة: تعتبر الحاويات مثالية لتشغيل الخدمات الصغيرة لأنها توفر العزل والتحكم في الموارد.
ومع ذلك، تواجه الحاويات أيضًا تحدياتها مثل إدارة دورة حياة الحاوية والشبكات والأمان والتخزين المستمر. تتم معالجة هذه المشكلات بشكل عام باستخدام أدوات تنسيق الحاويات مثل Kubernetes وDocker Swarm وOpenShift، والتي توفر حلولاً للنشر الآلي والتوسع والشبكات وإدارة التطبيقات الموجودة في حاويات.
الحاويات مقابل التقنيات المماثلة
| يصف | حاوية (عامل ميناء) | آلة افتراضية |
|---|---|---|
| وقت بدء التشغيل | ثواني | دقائق |
| مقاس | عشرات ميغابايت | عشرات الجيجابايت |
| أداء | القريب مواطن | أبطأ بسبب مضاهاة الأجهزة |
| قابلية التنقل | عالية (مستقلة عن نظام التشغيل) | أقل (خاص بنظام التشغيل) |
| كثافة | عالية (المزيد من المثيلات لكل مضيف) | منخفض (مثيلات أقل لكل مضيف) |
وجهات النظر المستقبلية والتقنيات في مجال النقل بالحاويات
يرتبط مستقبل الحاويات ارتباطًا وثيقًا بتطور التطبيقات السحابية الأصلية وهندسة الخدمات الصغيرة وممارسات DevOps. مع التطوير المستمر لأنظمة تنسيق الحاويات مثل Kubernetes وتقنيات شبكة الخدمة مثل Istio، ستصبح الحاويات مركزية بشكل متزايد لتصميم أنظمة تتسم بالكفاءة والقابلية للتطوير والمرونة.
يعد أمان الحاويات المتقدم وإدارة البيانات في الحاويات ونشر/إدارة الحاويات تلقائيًا باستخدام الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي من بعض مجالات التركيز في تكنولوجيا الحاويات المستقبلية.
الخوادم الوكيلة والحاويات
يمكن استخدام الخوادم الوكيلة في البيئات المجهزة بالحاويات للتعامل مع الاتصالات بين الحاويات والشبكات الخارجية. أنها توفر مجموعة متنوعة من الوظائف، مثل تصفية حركة المرور، وموازنة التحميل، وخدمة الشبكة الآمنة. غالبًا ما يتم استخدام الوكلاء العكسيين مثل Nginx وTraefik مع التطبيقات الموجودة في حاويات لتوجيه حركة المرور وتوفير إنهاء SSL.
في حالات الاستخدام الأكثر تعقيدًا، يتم نشر شبكات الخدمة في بيئات حاويات، لتكون بمثابة بنية تحتية للاتصالات. أنها توفر ميزات مثل اكتشاف الخدمة، وموازنة التحميل، والتشفير، وقابلية المراقبة، وإمكانية التتبع، والمصادقة والترخيص، ودعم قطع الدائرة.
روابط ذات علاقة
لمزيد من المعلومات حول الحاويات، راجع الموارد التالية:
- وثائق عامل الميناء: https://docs.docker.com/
- وثائق كوبيرنيت: https://kubernetes.io/docs/home/
- حاويات لينكس: https://linuxcontainers.org/
- مشروع كونتينرد: https://containerd.io/
- مبادرة الحاوية المفتوحة: https://www.opencontainers.org/
