اصطلاح "Container" در دنیای فناوری به واحد استاندارد نرم افزاری اشاره دارد که کد و تمام وابستگی های آن را بسته بندی می کند، بنابراین برنامه به سرعت و با اطمینان از یک محیط محاسباتی به محیط دیگر اجرا می شود. کانتینرها بسته های اجرایی سبک، مستقل و قابل اجرا هستند که شامل همه چیز مورد نیاز برای اجرای یک نرم افزار از جمله کد، زمان اجرا، ابزارهای سیستم، کتابخانه های سیستم و تنظیمات می باشد.
ظهور ظروف
مفهوم Containerization در نرم افزار در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980 با ظهور فراخوانی سیستم chroot در یونیکس آغاز شد. با این حال، تنها در دهه 2000 بود که فناوری شاهد ظهور کانتینرهایی با سیستم عامل لینوکس و انزوای فضای نام ذاتی آنها بود. اولین پیاده‌سازی مدرن و بسیار موفق کانتینرها از پلتفرم منبع باز Docker در سال 2013 انجام شد که انقلابی در نحوه استقرار و توزیع برنامه‌ها ایجاد کرد.
باز کردن ظروف: گسترش مفهوم
کانتینر یک انتزاع در لایه برنامه است که کد و وابستگی های برنامه را در بر می گیرد. به عبارت ساده‌تر، کانتینرها مانند ماشین‌های مجازی (ماشین‌های مجازی) سبک وزن هستند، اما بدون هزینه‌های سربار بسته‌بندی یک سیستم عامل کامل هستند.
در حالی که ماشین‌های مجازی سخت‌افزار یک کامپیوتر فیزیکی را تقلید می‌کنند و به چندین سیستم عامل اجازه می‌دهند روی یک ماشین فیزیکی اجرا شوند، کانتینرها به چندین برنامه یا سرویس اجازه می‌دهند روی یک سیستم عامل واحد اجرا شوند، هسته سیستم‌عامل را به اشتراک می‌گذارند اما فرآیندهای برنامه را از یکدیگر جدا می‌کنند. بنابراین کانتینرها بسیار سبک‌تر هستند و بسیار سریعتر از ماشین‌های مجازی شروع به کار می‌کنند.
زیر سرپوش: ساختار داخلی و عملکرد کانتینرها
کانتینرها از دو جزء اصلی تشکیل شده اند: تصاویر کانتینر و زمان اجرا. تصویر یک عکس فوری ثابت از کد، تنظیمات و وابستگی های برنامه است. Runtime محیطی است که کانتینر در آن اجرا می شود و با سیستم عامل میزبان تعامل دارد.
کانتینرها با جداسازی فرآیندها و منابع سیستم مانند CPU، حافظه، ورودی/خروجی دیسک، شبکه و غیره در یک سیستم عامل میزبان کار می کنند. این با استفاده از ویژگی‌هایی در هسته لینوکس مانند cgroups و namespaces به دست می‌آید.
ویژگی های کلیدی کانتینرها
ظروف دارای مزایای بی شماری هستند، از جمله:
- انزوا: هر کانتینر در یک محیط برنامه جداگانه عمل می کند، به این معنی که با سایر کانتینرها یا سیستم میزبان تداخلی ندارد.
- قابل حمل بودن: کانتینرها می توانند بر روی هر سیستمی اجرا شوند که از فناوری کانتینرسازی پشتیبانی می کند، صرف نظر از سخت افزار یا سیستم عامل اصلی.
- بهره وری: کانتینرها هسته سیستم میزبان را به اشتراک می گذارند و در مقایسه با ماشین های مجازی کامل، سبک و کارآمد هستند.
- مقیاس پذیری: کانتینرها می توانند به سرعت بر اساس تقاضا بزرگ یا کم شوند و برای محاسبات ابری ایده آل باشند.
- تغییرناپذیری: برنامه در یک ظرف در محیط های مختلف بدون تغییر باقی می ماند.
انواع کانتینری
امروزه انواع مختلفی از فناوری کانتینر موجود است:
| نام | شرح |
|---|---|
| داکر | محبوب‌ترین پلتفرم کانتینری‌سازی که یک جعبه ابزار جامع برای ساخت و مدیریت کانتینر ارائه می‌دهد. |
| LXC | مخفف ظروف لینوکس، محیط مجازی سبک وزنی را فراهم می کند که یک کامپیوتر جداگانه را تقلید می کند. |
| rkt (موشک) | این نرم افزار که توسط CoreOS توسعه یافته است، یک رابط خط فرمان برای اجرای کانتینرها ارائه می دهد. |
| OpenVZ | یک راه حل مجازی سازی مبتنی بر کانتینر برای لینوکس. |
| ظرف | یک زمان اجرا استاندارد صنعتی برای ساخت راه حل های کانتینری. |
کاربرد کانتینرها: مسائل و راهکارها
کانتینرها در محیط های مختلفی استفاده می شوند، از جمله:
- توسعه: کانتینرها اطمینان حاصل می کنند که کد به طور یکنواخت در پلتفرم های مختلف کار می کند و مشکل "این روی ماشین من کار می کند" را از بین می برد.
- آزمایش کردن: محیط های آزمایشی را می توان با استفاده از کانتینرها برای آزمایش مداوم تکرار کرد.
- گسترش: کانتینرها توانایی استقرار مداوم در محیط های مختلف (از توسعه تا تولید) را فراهم می کنند.
- معماری میکروسرویس ها: کانتینرها برای اجرای میکروسرویس ها ایده آل هستند زیرا ایزوله سازی و کنترل منابع را ارائه می دهند.
با این حال، کانتینرها نیز دارای چالش‌هایی مانند مدیریت چرخه حیات کانتینر، شبکه‌سازی، امنیت و ذخیره‌سازی مداوم هستند. اینها معمولاً با استفاده از ابزارهای هماهنگ سازی کانتینر مانند Kubernetes، Docker Swarm و OpenShift، که راه حل هایی برای استقرار خودکار، مقیاس بندی، شبکه سازی و مدیریت برنامه های کاربردی کانتینری ارائه می دهند، مورد بررسی قرار می گیرند.
کانتینرها در مقابل فناوری های مشابه
| صفت | کانتینر (Docker) | ماشین مجازی |
|---|---|---|
| زمان راه اندازی | ثانیه ها | دقایق |
| اندازه | ده ها مگابایت | ده ها گیگابایت |
| کارایی | نزدیک به بومی | کندتر به دلیل شبیه سازی سخت افزار |
| قابل حمل بودن | بالا (مستقل از سیستم عامل) | پایین (ویژه سیستم عامل) |
| تراکم | بالا (نمونه های بیشتر در هر میزبان) | کم (نمونه های کمتر در هر میزبان) |
چشم اندازها و فن آوری های آینده در کانتینرسازی
آینده کانتینرها ارتباط نزدیکی با تکامل برنامه‌های کاربردی ابری، معماری‌های میکروسرویس‌ها و شیوه‌های DevOps دارد. با توسعه مداوم سیستم‌های ارکستراسیون کانتینر مانند Kubernetes و فناوری‌های مش خدمات مانند Istio، کانتینرها به طور فزاینده‌ای در طراحی سیستم کارآمد، مقیاس‌پذیر و انعطاف‌پذیر مرکزی خواهند شد.
امنیت کانتینر پیشرفته، مدیریت داده در کانتینرها، و استقرار/مدیریت خودکار کانتینر با استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی برخی از حوزه‌های مورد توجه در فناوری کانتینر آینده هستند.
سرورهای پروکسی و کانتینرها
سرورهای پروکسی را می توان در محیط های کانتینری برای مدیریت ارتباط بین کانتینرها و شبکه های خارجی به کار برد. آنها عملکردهای مختلفی مانند فیلتر کردن ترافیک، تعادل بار و سرویس شبکه ایمن را ارائه می دهند. پراکسی‌های معکوس مانند Nginx و Traefik اغلب با برنامه‌های کانتینری برای مسیریابی ترافیک و ارائه خاتمه SSL استفاده می‌شوند.
در موارد استفاده پیچیده تر، مش های سرویس در محیط های کانتینری مستقر می شوند و به عنوان یک زیرساخت ارتباطی عمل می کنند. آنها ویژگی هایی مانند کشف سرویس، متعادل سازی بار، رمزگذاری، مشاهده پذیری، قابلیت ردیابی، احراز هویت و مجوز، و پشتیبانی از قطع شدن مدار را ارائه می دهند.
لینک های مربوطه
برای اطلاعات بیشتر در مورد کانتینرها به منابع زیر مراجعه کنید:
- مستندات داکر: https://docs.docker.com/
- اسناد Kubernetes: https://kubernetes.io/docs/home/
- کانتینرهای لینوکس: https://linuxcontainers.org/
- پروژه کانتینر: https://containerd.io/
- ابتکار کانتینر باز: https://www.opencontainers.org/
