عزل الحاويات

يشير عزل الحاويات إلى الآلية التي يتم من خلالها فصل الحاويات الفردية وعزلها عن بعضها البعض وعن النظام المضيف. يعد عزل الحاويات أمرًا بالغ الأهمية لضمان أمان وسلامة تطبيقات البرامج وبيئة النظام الأساسية.

التطور والإشارات الأولى لعزل الحاويات

ولدت فكرة عزل الحاوية من ضرورة عزل العمليات في أنظمة التشغيل. كان Chroot، الذي تم تطويره في عام 1982 لأنظمة شبيهة بنظام Unix، أول خطوة رئيسية نحو النقل بالحاويات، لكنه قدم عزلة محدودة.

ظهر المفهوم الحديث لعزل الحاويات في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين مع تقديم سجون FreeBSD ومناطق Solaris. ومع ذلك، لم يكن الأمر كذلك حتى تقديم Linux Containers (LXC) في عام 2008 حيث بدأت النقل بالحاويات يكتسب زخمًا كبيرًا. تم تصميم LXC لإنشاء بيئة افتراضية يمكنها تشغيل عدة أنظمة Linux معزولة (حاويات) على مضيف Linux واحد.

ظهر مصطلح "عزل الحاويات" في دائرة الضوء مع ظهور Docker في عام 2013. استخدمت Docker LXC في مراحلها الأولى قبل استبدالها بمكتبتها الخاصة، libcontainer.

الغوص بشكل أعمق في عزلة الحاويات

يدور عزل الحاوية حول إنشاء مساحات مستقلة حيث يمكن تشغيل التطبيقات دون التدخل مع بعضها البعض. يستخدم العديد من التقنيات وميزات Linux kernel، بما في ذلك مساحات الأسماء ومجموعات التحكم (مجموعات التحكم) وأنظمة الملفات ذات الطبقات.

1. مساحات الأسماء: تقوم مساحات الأسماء بتقييد ما يمكن أن تراه العملية، مما يؤدي إلى عزل عرض العملية لبيئة نظام التشغيل. تتضمن الأنواع المختلفة من مساحات الأسماء مساحات أسماء معرّف العملية (PID)، ومساحات أسماء الشبكة، ومساحات أسماء التحميل، ومساحات أسماء المستخدمين.

2. المجموعات السيطرة: تحدد مجموعات التحكم ما يمكن أن تستخدمه العملية، مثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة وعرض النطاق الترددي للشبكة وما إلى ذلك. كما أنها تساعد في تحديد الأولويات ومحاسبة استخدام الموارد.

3. أنظمة الملفات ذات الطبقات: تعمل هذه على تمكين فصل طبقات الصورة وتراكبها، وهي ضرورية لإدارة صور وحاويات Docker.

الهيكل الداخلي لعزل الحاويات وكيفية عمله

يتم تحقيق عزل الحاويات، من منظور معماري، باستخدام المكونات التالية:

1. وقت تشغيل الحاوية: هذا هو البرنامج الذي يقوم بتشغيل وإدارة الحاويات، على سبيل المثال Docker أو Containerd أو CRI-O.

2. صور الحاوية: هذه حزم خفيفة الوزن ومستقلة وقابلة للتنفيذ وتتضمن كل ما هو مطلوب لتشغيل جزء من البرنامج.

3. محرك الحاوية: هذا هو البرنامج الأساسي الذي يستفيد من نواة النظام المضيف لإنشاء الحاويات.

يتضمن سير عمل عزل الحاوية الخطوات التالية:

1. يقوم وقت تشغيل الحاوية بسحب صورة الحاوية المطلوبة.
2. يتم تحميل الصورة في محرك الحاوية.
3. يقوم محرك الحاوية بإنشاء بيئة معزولة باستخدام مساحات الأسماء ومجموعات التحكم ونظام ملفات الصورة.
4. يتم بعد ذلك تنفيذ التطبيق داخل الحاوية، معزولًا عن الحاويات الأخرى والنظام المضيف.

الميزات الرئيسية لعزل الحاويات

• حماية: يتم عزل الحاويات عن بعضها البعض، مما يمنع الثغرة الأمنية أو الخلل الموجود في إحدى الحاويات من التأثير على الحاويات الأخرى.
• التحكم في الموارد: من خلال مجموعات التحكم، تتمتع الحاويات بحصة محكومة من موارد النظام، مما يمنع أي حاوية واحدة من احتكار الموارد.
• قابلية التنقل: يضمن عزل الحاوية تشغيل البرنامج بشكل متسق في بيئات مختلفة عن طريق تغليف التطبيق وتبعياته في وحدة واحدة.
• كفاءة: تتميز الحاويات بخفة الوزن لأنها تشترك في نواة المضيف، وتبدأ التشغيل بشكل أسرع بكثير من الأجهزة الافتراضية التقليدية.

أنواع عزل الحاويات

في حين أن الفكرة الأساسية لعزل الحاويات تظل كما هي، فقد تطورت منصات مختلفة لتوفير العزل بطرق مختلفة. يوضح الجدول أدناه بعض منصات الحاويات الرئيسية وجوانبها الفريدة:

استخدام عزل الحاويات: المشاكل والحلول

يخدم عزل الحاوية أغراضًا عديدة في تطوير البرامج ونشرها، بما في ذلك التكامل المستمر/التسليم المستمر (CI/CD)، وهندسة الخدمات الصغيرة، والتطبيقات السحابية الأصلية.

ومع ذلك، يمكن أن تنشأ تحديات، مثل:

1. مخاوف أمنية: على الرغم من العزلة، تشترك الحاويات في نواة المضيف، مما يجعلها سطحًا محتملاً للهجوم. تتضمن الحلول تحديثات وتصحيحات منتظمة، واستخدام أدوات أمان إضافية مثل Seccomp أو AppArmor أو SELinux.
2. النفقات العامة للأداء: قد يؤدي وجود عدد كبير جدًا من الحاويات إلى تعارض موارد النظام. يمكن أن تساعد الإدارة الفعالة للموارد وموازنة التحميل في تخفيف هذه المشكلة.
3. تعقيد: يمكن أن تكون إدارة العديد من الحاويات، خاصة في هندسة الخدمات الصغيرة، أمرًا معقدًا. يمكن لأدوات تنسيق الحاويات مثل Kubernetes أو Docker Swarm إدارة هذا التعقيد.

مقارنة عزل الحاوية بمصطلحات مماثلة

لا ينبغي الخلط بين عزل الحاوية والمحاكاة الافتراضية، على الرغم من أن كلاهما يوفر بيئات معزولة لتشغيل التطبيقات فيها.

• الأجهزة الافتراضية (VMs): تعتمد الأجهزة الافتراضية على محاكاة مضيف كامل، ولكل منها نظام التشغيل الخاص به. تعد الأجهزة الافتراضية أثقل وتتمتع بأوقات تشغيل أطول مقارنة بالحاويات.
• حاويات: تشترك الحاويات في نواة نظام التشغيل الخاص بالمضيف، مما يجعلها خفيفة الوزن وأسرع في التشغيل. فهي توفر عزلًا على مستوى العملية بدلاً من العزل على مستوى النظام، كما هو الحال في الأجهزة الافتراضية.

وجهات النظر المستقبلية والتقنيات في عزل الحاويات

وبالنظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تتحسن تكنولوجيا عزل الحاويات، خاصة من الناحية الأمنية. مع اعتماد WebAssembly (Wasm) وeBPF (مرشح حزم Berkeley الممتد)، قد نشهد جيلًا جديدًا من الحاويات الأصغر حجمًا والأسرع والأكثر أمانًا.

مفهوم microVMs يحظى بالاهتمام أيضًا. توفر أجهزة MicroVM مثل Firecracker المزايا الأمنية للأجهزة الافتراضية التقليدية وكفاءة استخدام الموارد للحاويات، مما يجعلها مثالية للبيئات متعددة المستأجرين.

الخوادم الوكيلة وعزل الحاويات

يمكن أن تستفيد الخوادم الوكيلة بشكل كبير من عزل الحاويات. نظرًا لأن موفري الوكيل، مثل OneProxy، يتعاملون مع بيانات عملاء متعددين، فإن عزل الحاوية يمكن أن يساعد في فصل عمليات كل عميل. يؤدي ذلك إلى تعزيز الأمان، لأنه حتى إذا تعرضت أنشطة أحد العملاء للخطر، فإن الآخرين يظلون غير متأثرين.

باستخدام منصات تنسيق الحاويات، يمكن لموفري الوكيل إدارة دورة حياة الآلاف من خوادم الوكيل المنتشرة كحاويات بكفاءة. يعمل هذا الأسلوب على تحسين قابلية التوسع وقابلية الصيانة والتسامح مع الأخطاء.

روابط ذات علاقة

لمزيد من المعلومات حول عزل الحاويات، راجع الموارد التالية:

1. Docker: نظرة عامة على Docker Compose
2. كوبيرنيتيس: ما هو كوبيرنيتيس؟
3. LXC: حاويات لينكس
4. CRI-O: وقت تشغيل الحاوية خفيفة الوزن لـ Kubernetes
5. الألعاب النارية: أجهزة microVM آمنة وسريعة للحوسبة بدون خادم

يقع عزل الحاويات في قلب الموجة الحالية من التطبيقات السحابية الأصلية، مما يوفر وعدًا بنشر تطبيقات قوية وقابلة للتطوير وآمنة. وسوف تستمر أهميتها في صناعة التكنولوجيا، وخاصة في قطاعات مثل موفري الخوادم الوكيلة، في النمو.