Der Begriff „Container“ bezieht sich in der Welt der Technologie auf eine Standardsoftwareeinheit, die den Code und alle seine Abhängigkeiten verpackt, sodass die Anwendung schnell und zuverlässig von einer Computerumgebung zur anderen läuft. Container sind leichte, eigenständige, ausführbare Pakete, die alles enthalten, was zum Ausführen einer Software erforderlich ist, einschließlich Code, Laufzeit, Systemtools, Systembibliotheken und Einstellungen.
Die Entstehung von Containern
Das Konzept der Containerisierung in der Software entstand Ende der 1970er und Anfang der 1980er Jahre mit dem Aufkommen von Chroot-Systemaufrufen in Unix. Allerdings kam es erst in den 2000er Jahren mit dem Linux-Betriebssystem und der damit verbundenen Namespace-Isolierung zu einem technologischen Aufstieg der Container. Die erste moderne und äußerst erfolgreiche Implementierung von Containern kam 2013 von der Open-Source-Plattform Docker und revolutionierte die Art und Weise, wie Anwendungen bereitgestellt und verteilt werden.
Container entwirren: Erweiterung des Konzepts
Ein Container ist eine Abstraktion auf der App-Ebene, die den Code und die Abhängigkeiten der Anwendung kapselt. Vereinfacht ausgedrückt sind Container wie leichte VMs (Virtuelle Maschinen), jedoch ohne den Aufwand, der mit der Bündelung eines vollständigen Betriebssystems verbunden ist.
Während virtuelle Maschinen die Hardware eines physischen Computers emulieren und so die Ausführung mehrerer Betriebssysteme auf einer physischen Maschine ermöglichen, ermöglichen Container die Ausführung mehrerer Anwendungen oder Dienste auf einem einzigen Betriebssystem, indem sie den Betriebssystemkernel gemeinsam nutzen, die Anwendungsprozesse jedoch voneinander isolieren. Container sind daher wesentlich leichter und starten viel schneller als virtuelle Maschinen.
Unter der Haube: Die interne Struktur und Funktionsweise von Containern
Container bestehen aus zwei Hauptkomponenten: den Container-Images und der Laufzeit. Das Bild ist eine statische Momentaufnahme des Codes, der Konfigurationen und Abhängigkeiten der Anwendung. Die Laufzeit ist die Umgebung, in der der Container ausgeführt wird und mit dem Host-Betriebssystem interagiert.
Container funktionieren, indem sie Prozesse und Systemressourcen wie CPU, Speicher, Festplatten-E/A, Netzwerk usw. auf einem Host-Betriebssystem isolieren. Dies wird durch Funktionen im Linux-Kernel wie Cgroups und Namespaces erreicht.
Hauptmerkmale von Containern
Container bieten eine Vielzahl von Vorteilen, darunter:
- Isolierung: Jeder Container wird in einer separaten Anwendungsumgebung betrieben, was bedeutet, dass er andere Container oder das Hostsystem nicht beeinträchtigt.
- Portabilität: Container können auf jedem System ausgeführt werden, das die Containerisierungstechnologie unterstützt, unabhängig von der zugrunde liegenden Hardware oder dem zugrunde liegenden Betriebssystem.
- Effizienz: Container teilen sich den Kernel des Hostsystems, wodurch sie im Vergleich zu vollwertigen virtuellen Maschinen leichtgewichtig und effizient sind.
- Skalierbarkeit: Container können je nach Bedarf schnell vergrößert oder verkleinert werden, was sie ideal für Cloud Computing macht.
- Unveränderlichkeit: Die Anwendung in einem Container bleibt in verschiedenen Umgebungen unverändert.
Behältersorten
Heutzutage sind verschiedene Arten von Containertechnologien verfügbar:
| Name | Beschreibung |
|---|---|
| Docker | Die beliebteste Containerisierungsplattform, die ein umfassendes Toolkit zum Erstellen und Verwalten von Containern bietet. |
| LXC | Steht für Linux Containers und bietet eine leichte virtuelle Umgebung, die einen separaten Computer nachahmt. |
| rkt (Rakete) | Es wurde von CoreOS entwickelt und bietet eine Befehlszeilenschnittstelle zum Ausführen von Containern. |
| OpenVZ | Eine Container-basierte Virtualisierungslösung für Linux. |
| Containerd | Eine branchenübliche Laufzeitumgebung zum Erstellen von Containerlösungen. |
Anwendung von Containern: Probleme und Lösungen
Container werden in zahlreichen Umgebungen eingesetzt, darunter:
- Entwicklung: Container stellen sicher, dass der Code auf verschiedenen Plattformen einheitlich funktioniert, wodurch das Problem „Es funktioniert auf meinem Computer“ beseitigt wird.
- Testen: Testumgebungen können für konsistente Tests mithilfe von Containern repliziert werden.
- Einsatz: Container bieten die Möglichkeit einer konsistenten Bereitstellung in unterschiedlichen Umgebungen (von der Entwicklung bis zur Produktion).
- Microservices-Architektur: Container sind ideal für die Ausführung von Microservices, da sie Isolation und Ressourcenkontrolle bieten.
Allerdings bringen Container auch ihre Herausforderungen mit sich, wie z. B. die Verwaltung des Container-Lebenszyklus, die Vernetzung, die Sicherheit und die dauerhafte Speicherung. Diese werden im Allgemeinen mit Container-Orchestrierungstools wie Kubernetes, Docker Swarm und OpenShift angegangen, die Lösungen für die automatisierte Bereitstellung, Skalierung, Vernetzung und Verwaltung von Containeranwendungen bieten.
Container im Vergleich zu ähnlichen Technologien
| Attribut | Container (Docker) | Virtuelle Maschine |
|---|---|---|
| Startzeit | Sekunden | Protokoll |
| Größe | Dutzende MB | Dutzende GB |
| Leistung | Nahezu ursprünglich | Aufgrund der Hardware-Emulation langsamer |
| Portabilität | Hoch (Betriebssystemunabhängig) | Niedriger (betriebssystemspezifisch) |
| Dichte | Hoch (mehr Instanzen pro Host) | Niedrig (weniger Instanzen pro Host) |
Zukünftige Perspektiven und Technologien in der Containerisierung
Die Zukunft von Containern ist eng mit der Entwicklung von Cloud-nativen Anwendungen, Microservices-Architekturen und DevOps-Praktiken verbunden. Mit der Weiterentwicklung von Container-Orchestrierungssystemen wie Kubernetes und Service-Mesh-Technologien wie Istio werden Container für ein effizientes, skalierbares und widerstandsfähiges Systemdesign immer wichtiger.
Erweiterte Containersicherheit, Datenverwaltung in Containern und automatisierte Containerbereitstellung/-verwaltung mithilfe von KI und maschinellem Lernen sind einige Schwerpunkte der zukünftigen Containertechnologie.
Proxy-Server und Container
Proxyserver können in Containerumgebungen eingesetzt werden, um die Kommunikation zwischen Containern und externen Netzwerken abzuwickeln. Sie bieten eine Vielzahl von Funktionen, wie z. B. Verkehrsfilterung, Lastausgleich und sichere Netzwerkdienste. Reverse-Proxys wie Nginx und Traefik werden häufig mit Containeranwendungen verwendet, um den Datenverkehr weiterzuleiten und die SSL-Terminierung bereitzustellen.
In komplexeren Anwendungsfällen werden Service Meshes in Containerumgebungen eingesetzt und fungieren als Kommunikationsinfrastruktur. Sie bieten Funktionen wie Diensterkennung, Lastausgleich, Verschlüsselung, Beobachtbarkeit, Rückverfolgbarkeit, Authentifizierung und Autorisierung sowie Unterstützung für Stromkreisunterbrechungen.
verwandte Links
Weitere Informationen zu Containern finden Sie in den folgenden Ressourcen:
- Docker-Dokumentation: https://docs.docker.com/
- Kubernetes-Dokumentation: https://kubernetes.io/docs/home/
- Linux-Container: https://linuxcontainers.org/
- Containerd-Projekt: https://containerd.io/
- Open-Container-Initiative: https://www.opencontainers.org/
