جداسازی کانتینر به مکانیزمی اطلاق می شود که توسط آن ظروف جداگانه از یکدیگر و از سیستم میزبان جدا و جدا می شوند. جداسازی کانتینرها برای اطمینان از امنیت و یکپارچگی برنامه های کاربردی نرم افزاری و محیط زیربنایی سیستم بسیار مهم است.
تکامل و اولین اشاره به جداسازی کانتینر
ایده جداسازی کانتینر به دلیل ضرورت جداسازی فرآیند در سیستم عامل ها متولد شد. Chroot که در سال 1982 برای سیستم‌های شبه یونیکس توسعه یافت، اولین گام بزرگ به سوی کانتینری‌سازی بود، اما انزوا محدودی را ارائه داد.
مفهوم مدرن جداسازی کانتینر در اوایل دهه 2000 با معرفی زندان های FreeBSD و Solaris Zone ظهور کرد. با این حال، تا زمانی که کانتینرهای لینوکس (LXC) در سال 2008 معرفی شدند، کانتینرسازی شتاب قابل توجهی پیدا کرد. LXC برای ایجاد یک محیط مجازی طراحی شده است که می تواند چندین سیستم لینوکس ایزوله (کانتینر) را روی یک هاست لینوکس اجرا کند.
اصطلاح "Isolation Container" با ظهور Docker در سال 2013 مورد توجه قرار گرفت. Docker از LXC در مراحل اولیه خود استفاده کرد قبل از اینکه آن را با کتابخانه خود، libcontainer جایگزین کند.
غواصی عمیق تر در جداسازی کانتینر
جداسازی کانتینر همه چیز در مورد ایجاد فضاهای مستقل است که در آن برنامه ها بتوانند بدون تداخل با یکدیگر اجرا شوند. از چندین تکنیک و ویژگی‌های هسته لینوکس، از جمله فضاهای نام، cgroups (گروه‌های کنترل) و سیستم‌های فایل لایه‌ای استفاده می‌کند.
-
فضای نام: فضاهای نام چیزی را که یک فرآیند می تواند ببیند محدود می کند و دیدگاه فرآیند را از محیط سیستم عامل جدا می کند. انواع مختلف فضاهای نام شامل فضاهای نام Process ID (PID)، فضاهای نام شبکه، فضاهای نام mount و فضاهای نام کاربری هستند.
-
گروه های C: گروه‌های کنترل، مواردی را که یک فرآیند می‌تواند استفاده کند، یعنی CPU، حافظه، پهنای باند شبکه و غیره را محدود می‌کنند. آنها همچنین به اولویت‌بندی و استفاده از منابع حسابداری کمک می‌کنند.
-
سیستم های فایل لایه ای: اینها جداسازی و همپوشانی لایه های تصویر را امکان پذیر می کنند و برای مدیریت تصاویر و کانتینرهای Docker حیاتی هستند.
ساختار داخلی جداسازی کانتینر و نحوه عملکرد آن
جداسازی کانتینر، از دیدگاه معماری، با استفاده از اجزای زیر حاصل می شود:
-
زمان اجرای کانتینر: این نرم افزاری است که کانتینرها را اجرا و مدیریت می کند، به عنوان مثال، Docker، Containerd یا CRI-O.
-
تصاویر کانتینر: اینها بسته های اجرایی سبک، مستقل و قابل اجرا هستند که شامل همه چیزهایی است که برای اجرای یک نرم افزار لازم است.
-
موتور کانتینر: این نرم افزار زیربنایی است که از هسته سیستم میزبان برای ایجاد کانتینرها استفاده می کند.
گردش کار جداسازی کانتینر شامل مراحل زیر است:
- زمان اجرا کانتینر، تصویر ظرف مورد نیاز را می‌کشد.
- تصویر در موتور کانتینر بارگذاری می شود.
- موتور کانتینر با استفاده از فضاهای نام، cgroup ها و سیستم فایل تصویر، یک محیط ایزوله ایجاد می کند.
- سپس برنامه درون کانتینر اجرا می شود و از سایر کانتینرها و سیستم میزبان جدا می شود.
ویژگی های کلیدی جداسازی کانتینر
- امنیت: کانتینرها از یکدیگر جدا شده اند، که از آسیب پذیری یا اشکال در یک ظرف جلوگیری می کند تا روی دیگران تأثیر بگذارد.
- کنترل منابع: از طریق cgroup ها، کانتینرها دارای سهم کنترل شده ای از منابع سیستم هستند که مانع از انحصار هر کانتینری در منابع می شود.
- قابلیت حمل: جداسازی کانتینر با کپسوله کردن برنامه و وابستگی های آن در یک واحد، تضمین می کند که نرم افزار به طور مداوم در محیط های مختلف اجرا می شود.
- بهره وری: کانتینرها سبک وزن هستند زیرا هسته میزبان را به اشتراک می گذارند و بسیار سریعتر از ماشین های مجازی سنتی راه اندازی می شوند.
انواع جداسازی کانتینر
در حالی که ایده اصلی جداسازی کانتینر یکسان است، پلتفرم‌های مختلف برای ارائه انزوا به روش‌های مختلف تکامل یافته‌اند. جدول زیر برخی از پلت فرم های کانتینری کلیدی و جنبه های منحصر به فرد آنها را نشان می دهد:
| پلت فرم کانتینر | شرح |
|---|---|
| داکر | یک API سطح بالا برای ارائه کانتینرهای سبکی که فرآیندها را به صورت مجزا اجرا می کنند، ارائه می دهد. |
| LXC (ظروف لینوکس) | محیطی را تا حد امکان نزدیک به نصب استاندارد لینوکس بدون نیاز به هسته جداگانه ارائه می دهد. |
| Rkt (موشک) | طراحی شده برای محیط های سرور با تمرکز بر امنیت، سادگی و ترکیب پذیری. |
| ظرف | یک زمان اجرا کانتینر سطح بالا که چرخه حیات کامل کانتینر، از جمله ذخیره سازی، توزیع تصویر و رابط های شبکه را مدیریت می کند. |
| CRI-O | یک زمان اجرا کانتینر سبک به طور خاص برای Kubernetes، که تعادلی بین سرعت برنامه‌های کاربردی بدون فلز و انتزاع یک microVM ارائه می‌دهد. |
استفاده از جداسازی ظرف: مشکلات و راه حل ها
جداسازی کانتینر اهداف متعددی را در توسعه و استقرار نرم‌افزار انجام می‌دهد، از جمله یکپارچه‌سازی مداوم/تحویل پیوسته (CI/CD)، معماری میکروسرویس‌ها و برنامه‌های کاربردی ابری.
با این حال، چالش هایی ممکن است ایجاد شود، مانند:
- نگرانی های امنیتی: با وجود جداسازی، کانتینرها هسته میزبان را به اشتراک می گذارند و آن را به یک سطح حمله بالقوه تبدیل می کند. راه حل ها شامل به روز رسانی ها و وصله های منظم و استفاده از ابزارهای امنیتی اضافی مانند Seccomp، AppArmor یا SELinux است.
- سربار عملکرد: تعداد بیش از حد کانتینرها می تواند باعث اختلاف منابع سیستم شود. مدیریت کارآمد منابع و تعادل بار می تواند به کاهش این مشکل کمک کند.
- پیچیدگی: مدیریت بسیاری از کانتینرها، به ویژه در معماری میکروسرویس ها، می تواند پیچیده باشد. ابزارهای ارکستراسیون کانتینری مانند Kubernetes یا Docker Swarm می توانند این پیچیدگی را مدیریت کنند.
مقایسه جداسازی کانتینر با اصطلاحات مشابه
جداسازی کانتینر را نباید با مجازی سازی اشتباه گرفت، حتی اگر هر دو محیط ایزوله ای را برای اجرای برنامه ها فراهم کنند.
- ماشین های مجازی (VM): ماشین های مجازی مبتنی بر شبیه سازی یک هاست کامل هستند که هر کدام دارای سیستم عامل خاص خود هستند. ماشین‌های مجازی سنگین‌تر هستند و زمان راه‌اندازی طولانی‌تری نسبت به کانتینرها دارند.
- ظروف: کانتینرها هسته سیستم عامل میزبان را به اشتراک می گذارند و باعث می شود سبک و سریعتر راه اندازی شوند. مانند ماشین های مجازی، به جای جداسازی در سطح سیستم، جداسازی در سطح فرآیند را ارائه می دهند.
چشم اندازها و فناوری های آینده در جداسازی کانتینر
با نگاهی به آینده، انتظار می‌رود فناوری جداسازی کانتینر، به‌ویژه از نظر امنیت، بهبود یابد. با استفاده از WebAssembly (Wasm) و eBPF (فیلتر بسته توسعه یافته برکلی)، ممکن است شاهد نسل جدیدی از کانتینرها باشیم که کوچکتر، سریعتر و ایمن تر هستند.
مفهوم microVM نیز مورد توجه قرار گرفته است. MicroVM ها مانند Firecracker مزایای امنیتی VM های سنتی و کارایی منابع کانتینرها را فراهم می کنند و آنها را برای محیط های چند مستاجر ایده آل می کند.
سرورهای پراکسی و جداسازی کانتینر
سرورهای پروکسی می توانند به طور قابل توجهی از جداسازی کانتینر بهره مند شوند. از آنجایی که ارائه دهندگان پروکسی، مانند OneProxy، داده های چندین مشتری را مدیریت می کنند، جداسازی کانتینر می تواند به تفکیک عملیات هر مشتری کمک کند. این امر امنیت را افزایش می دهد، زیرا حتی اگر فعالیت های یک مشتری به خطر بیفتد، سایرین تحت تأثیر قرار نمی گیرند.
با استفاده از پلت فرم های هماهنگ سازی کانتینر، ارائه دهندگان پروکسی می توانند چرخه حیات هزاران سرور پراکسی را که به عنوان کانتینر مستقر شده اند، به طور موثر مدیریت کنند. این رویکرد مقیاس پذیری، قابلیت نگهداری و تحمل خطا را افزایش می دهد.
لینک های مربوطه
برای اطلاعات بیشتر در مورد جداسازی کانتینر، به منابع زیر مراجعه کنید:
- Docker: مروری بر Docker Compose
- Kubernetes: Kubernetes چیست؟
- LXC: ظروف لینوکس
- CRI-O: زمان اجرای کانتینر سبک برای Kubernetes
- Firecracker: میکرو وی ام های ایمن و سریع برای محاسبات بدون سرور
جداسازی کانتینر در قلب موج فعلی برنامه‌های کاربردی ابری است که نوید استقرار برنامه‌های قوی، مقیاس‌پذیر و ایمن را ارائه می‌دهد. ارتباط آن در صنعت فناوری، به ویژه در بخش هایی مانند ارائه دهندگان سرور پروکسی، همچنان رو به رشد خواهد بود.
