Cách ly vùng chứa đề cập đến cơ chế theo đó các vùng chứa riêng lẻ được tách biệt và cách ly với nhau và với hệ thống máy chủ. Việc cách ly các container là rất quan trọng để đảm bảo tính bảo mật và tính toàn vẹn của các ứng dụng phần mềm và môi trường hệ thống cơ bản.
Sự phát triển và những đề cập đầu tiên về cách ly container
Ý tưởng cách ly container ra đời do nhu cầu cách ly tiến trình trong hệ điều hành. Chroot, được phát triển vào năm 1982 cho các hệ thống giống Unix, là bước quan trọng đầu tiên hướng tới việc container hóa, nhưng nó mang lại sự cô lập hạn chế.
Khái niệm hiện đại về cách ly container xuất hiện vào đầu những năm 2000 với sự ra đời của FreeBSD jails và Solaris Zones. Tuy nhiên, phải đến khi Linux Containers (LXC) được giới thiệu vào năm 2008, việc container hóa mới bắt đầu đạt được động lực đáng kể. LXC được thiết kế để tạo ra một môi trường ảo có thể chạy nhiều hệ thống (container) Linux biệt lập trên một máy chủ Linux duy nhất.
Thuật ngữ “Cách ly vùng chứa” được chú ý nhiều hơn với sự ra đời của Docker vào năm 2013. Docker đã sử dụng LXC trong giai đoạn đầu trước khi thay thế nó bằng thư viện riêng của mình, libcontainer.
Đi sâu hơn vào cách ly container
Cách ly vùng chứa là việc tạo không gian độc lập nơi các ứng dụng có thể chạy mà không can thiệp lẫn nhau. Nó sử dụng một số kỹ thuật và tính năng nhân Linux, bao gồm không gian tên, nhóm (nhóm điều khiển) và hệ thống tệp phân lớp.
-
Không gian tên: Không gian tên hạn chế những gì một quy trình có thể nhìn thấy, cô lập chế độ xem của quy trình đối với môi trường của hệ điều hành. Các loại không gian tên khác nhau bao gồm không gian tên ID tiến trình (PID), không gian tên mạng, không gian tên gắn kết và không gian tên người dùng.
-
Nhóm: Nhóm kiểm soát giới hạn những gì một quy trình có thể sử dụng, ví dụ: CPU, bộ nhớ, băng thông mạng, v.v. Chúng cũng hỗ trợ trong việc ưu tiên và tính toán việc sử dụng tài nguyên.
-
Hệ thống tập tin lớp: Những điều này cho phép phân tách và xếp chồng các lớp hình ảnh và rất quan trọng để quản lý hình ảnh và vùng chứa Docker.
Cấu trúc bên trong của cách ly container và cách thức hoạt động
Việc cách ly vùng chứa, từ góc độ kiến trúc, đạt được bằng cách sử dụng các thành phần sau:
-
Thời gian chạy vùng chứa: Đây là phần mềm chạy và quản lý các container, ví dụ Docker, Containerd hoặc CRI-O.
-
Hình ảnh vùng chứa: Đây là các gói nhẹ, độc lập, có thể thực thi được, bao gồm mọi thứ cần thiết để chạy một phần mềm.
-
Động cơ container: Đây là phần mềm cơ bản tận dụng nhân của hệ thống máy chủ để tạo các vùng chứa.
Quy trình cách ly container bao gồm các bước sau:
- Thời gian chạy vùng chứa sẽ lấy hình ảnh vùng chứa được yêu cầu.
- Hình ảnh được tải vào công cụ chứa.
- Công cụ chứa tạo ra một môi trường biệt lập bằng cách sử dụng không gian tên, nhóm và hệ thống tệp của hình ảnh.
- Sau đó, ứng dụng trong vùng chứa sẽ được thực thi, cách ly với các vùng chứa khác và hệ thống máy chủ.
Các tính năng chính của cách ly container
- Bảo vệ: Các vùng chứa được cách ly với nhau, điều này ngăn ngừa lỗ hổng hoặc lỗi trong một vùng chứa ảnh hưởng đến các vùng chứa khác.
- Kiểm soát tài nguyên: Thông qua các nhóm, các container có sự chia sẻ tài nguyên hệ thống được kiểm soát, điều này ngăn chặn bất kỳ container nào độc quyền tài nguyên.
- Tính di động: Cách ly vùng chứa đảm bảo phần mềm chạy nhất quán trong các môi trường khác nhau bằng cách đóng gói ứng dụng và các phần phụ thuộc của nó vào một đơn vị duy nhất.
- Hiệu quả: Các thùng chứa rất nhẹ vì chúng chia sẻ kernel của máy chủ và khởi động nhanh hơn nhiều so với các máy ảo truyền thống.
Các loại cách ly container
Mặc dù ý tưởng cơ bản về cách ly vùng chứa vẫn giữ nguyên nhưng các nền tảng khác nhau đã phát triển để cung cấp sự cách ly theo nhiều cách khác nhau. Bảng bên dưới phác thảo một số nền tảng container chính và các khía cạnh độc đáo của chúng:
| Nền tảng container | Sự miêu tả |
|---|---|
| Docker | Cung cấp API cấp cao để cung cấp các thùng chứa nhẹ chạy các quy trình một cách riêng biệt. |
| LXC (Vùng chứa Linux) | Cung cấp một môi trường gần nhất có thể với cài đặt Linux tiêu chuẩn mà không cần kernel riêng. |
| Rkt (Tên lửa) | Được thiết kế cho môi trường máy chủ tập trung vào tính bảo mật, tính đơn giản và khả năng kết hợp. |
| Được chứa trong container | Thời gian chạy vùng chứa cấp cao quản lý vòng đời vùng chứa hoàn chỉnh, bao gồm lưu trữ, phân phối hình ảnh và giao diện mạng. |
| CRI-O | Thời gian chạy container nhẹ dành riêng cho Kubernetes, mang lại sự cân bằng giữa tốc độ của các ứng dụng kim loại trần và tính trừu tượng của microVM. |
Sử dụng cách ly container: Vấn đề và giải pháp
Việc cách ly vùng chứa phục vụ nhiều mục đích trong việc phát triển và triển khai phần mềm, bao gồm tích hợp liên tục/phân phối liên tục (CI/CD), kiến trúc vi dịch vụ và các ứng dụng gốc trên nền tảng đám mây.
Tuy nhiên, những thách thức có thể nảy sinh, chẳng hạn như:
- Mối quan tâm về an ninh: Mặc dù bị cô lập, các container vẫn chia sẻ kernel của máy chủ, khiến nó trở thành bề mặt tấn công tiềm năng. Các giải pháp bao gồm các bản cập nhật và bản vá lỗi thường xuyên cũng như sử dụng các công cụ bảo mật bổ sung như Seccomp, AppArmor hoặc SELinux.
- Chi phí hiệu suất: Quá nhiều container có thể gây tranh chấp tài nguyên hệ thống. Quản lý tài nguyên và cân bằng tải hiệu quả có thể giúp giảm bớt vấn đề này.
- Độ phức tạp: Việc quản lý nhiều container, đặc biệt là trong kiến trúc microservice, có thể phức tạp. Các công cụ điều phối vùng chứa như Kubernetes hoặc Docker Swarm có thể quản lý sự phức tạp này.
So sánh cách ly vùng chứa với các điều khoản tương tự
Không nên nhầm lẫn cách ly vùng chứa với ảo hóa, mặc dù cả hai đều cung cấp môi trường biệt lập để các ứng dụng chạy vào.
- Máy ảo (VM): Máy ảo dựa trên việc mô phỏng một máy chủ hoàn chỉnh, mỗi máy chủ có hệ điều hành riêng. VM nặng hơn và có thời gian khởi động lâu hơn so với container.
- Hộp đựng: Các vùng chứa chia sẻ nhân hệ điều hành của máy chủ, giúp chúng khởi động nhẹ hơn và nhanh hơn. Chúng cung cấp khả năng cách ly ở cấp độ quy trình thay vì cách ly ở cấp độ hệ thống, như trong VM.
Quan điểm và công nghệ tương lai trong việc cách ly container
Nhìn về tương lai, công nghệ cách ly container được kỳ vọng sẽ được cải thiện, đặc biệt là về mặt an ninh. Với việc áp dụng WebAssembly (Wasm) và eBPF (Bộ lọc gói Berkeley mở rộng), chúng ta có thể thấy một thế hệ vùng chứa mới nhỏ hơn, nhanh hơn và an toàn hơn.
Khái niệm microVM cũng đang được chú ý. Các microVM như Firecracker cung cấp các lợi thế bảo mật của máy ảo truyền thống và hiệu quả sử dụng tài nguyên của các bộ chứa, khiến chúng trở nên lý tưởng cho môi trường nhiều người thuê.
Máy chủ proxy và cách ly vùng chứa
Máy chủ proxy có thể được hưởng lợi đáng kể từ việc cách ly vùng chứa. Vì nhà cung cấp proxy, chẳng hạn như OneProxy, xử lý dữ liệu của nhiều khách hàng nên việc cách ly vùng chứa có thể giúp tách biệt hoạt động của từng khách hàng. Điều này giúp tăng cường bảo mật, vì ngay cả khi hoạt động của một khách hàng bị xâm phạm thì những hoạt động khác vẫn không bị ảnh hưởng.
Bằng cách sử dụng nền tảng điều phối vùng chứa, nhà cung cấp proxy có thể quản lý hiệu quả vòng đời của hàng nghìn máy chủ proxy được triển khai dưới dạng vùng chứa. Cách tiếp cận này tăng cường khả năng mở rộng, khả năng bảo trì và khả năng chịu lỗi.
Liên kết liên quan
Để biết thêm thông tin về Cách ly vùng chứa, hãy tham khảo các tài nguyên sau:
- Docker: Tổng quan về Docker Compose
- Kubernetes: Kubernetes là gì?
- LXC: Bộ chứa Linux
- CRI-O: Thời gian chạy vùng chứa nhẹ cho Kubernetes
- Firecracker: MicroVM an toàn và nhanh chóng cho máy tính không có máy chủ
Cách ly vùng chứa là trọng tâm của làn sóng ứng dụng gốc đám mây hiện nay, hứa hẹn triển khai ứng dụng mạnh mẽ, có thể mở rộng và an toàn. Mức độ liên quan của nó trong ngành công nghệ, đặc biệt là trong các lĩnh vực như nhà cung cấp máy chủ proxy, sẽ tiếp tục phát triển.
