Докер что это простыми словами
Понимая Docker
Уже несколько месяцев использую docker для структуризации процесса разработки/доставки веб-проектов. Предлагаю читателям «Хабрахабра» перевод вводной статьи о docker — «Understanding docker».
Что такое докер?
Докер — это открытая платформа для разработки, доставки и эксплуатации приложений. Docker разработан для более быстрого выкладывания ваших приложений. С помощью docker вы можете отделить ваше приложение от вашей инфраструктуры и обращаться с инфраструктурой как управляемым приложением. Docker помогает выкладывать ваш код быстрее, быстрее тестировать, быстрее выкладывать приложения и уменьшить время между написанием кода и запуска кода. Docker делает это с помощью легковесной платформы контейнерной виртуализации, используя процессы и утилиты, которые помогают управлять и выкладывать ваши приложения.
В своем ядре docker позволяет запускать практически любое приложение, безопасно изолированное в контейнере. Безопасная изоляция позволяет вам запускать на одном хосте много контейнеров одновременно. Легковесная природа контейнера, который запускается без дополнительной нагрузки гипервизора, позволяет вам добиваться больше от вашего железа.
Для чего я могу использовать docker?
Быстрое выкладывание ваших приложений
Docker прекрасно подходит для организации цикла разработки. Docker позволяет разработчикам использовать локальные контейнеры с приложениями и сервисами. Что в последствии позволяет интегрироваться с процессом постоянной интеграции и выкладывания (continuous integration and deployment workflow).
Например, ваши разработчики пишут код локально и делятся своим стеком разработки (набором docker образов) с коллегами. Когда они готовы, отравляют код и контейнеры на тестовую площадку и запускают любые необходимые тесты. С тестовой площадки они могут оправить код и образы на продакшен.
Более простое выкладывание и разворачивание
Основанная на контейнерах docker платформа позволят легко портировать вашу полезную нагрузку. Docker контейнеры могут работать на вашей локальной машине, как реальной так и на виртуальной машине в дата центре, так и в облаке.
Портируемость и легковесная природа docker позволяет легко динамически управлять вашей нагрузкой. Вы можете использовать docker, чтобы развернуть или погасить ваше приложение или сервисы. Скорость docker позволяет делать это почти в режиме реального времени.
Высокие нагрузки и больше полезных нагрузок
Docker легковесен и быстр. Он предоставляет устойчивую, рентабельную альтернативу виртуальным машинам на основе гипервизора. Он особенно полезен в условиях высоких нагрузок, например, при создания собственного облака или платформа-как-сервис (platform-as-service). Но он так же полезен для маленьких и средних приложений, когда вам хочется получать больше из имеющихся ресурсов.
Главные компоненты Docker
Архитектура Docker
Docker использует архитектуру клиент-сервер. Docker клиент общается с демоном Docker, который берет на себя тяжесть создания, запуска, распределения ваших контейнеров. Оба, клиент и сервер могут работать на одной системе, вы можете подключить клиент к удаленному демону docker. Клиент и сервер общаются через сокет или через RESTful API.
Docker-демон
Как показано на диаграмме, демон за пускается на хост-машине. Пользователь не взаимодействует с сервером на прямую, а использует для этого клиент.
Docker-клиент
Docker-клиент, программа docker — главный интерфейс к Docker. Она получает команды от пользователя и взаимодействует с docker-демоном.
Внутри docker-а
Образы
Docker-образ — это read-only шаблон. Например, образ может содержать операционку Ubuntu c Apache и приложением на ней. Образы используются для создания контейнеров. Docker позволяет легко создавать новые образы, обновлять существующие, или вы можете скачать образы созданные другими людьми. Образы — это компонента сборки docker-а.
Реестр
Docker-реестр хранит образы. Есть публичные и приватные реестры, из которых можно скачать либо загрузить образы. Публичный Docker-реестр — это Docker Hub. Там хранится огромная коллекция образов. Как вы знаете, образы могут быть созданы вами или вы можете использовать образы созданные другими. Реестры — это компонента распространения.
Контейнеры
Контейнеры похожи на директории. В контейнерах содержится все, что нужно для работы приложения. Каждый контейнер создается из образа. Контейнеры могут быть созданы, запущены, остановлены, перенесены или удалены. Каждый контейнер изолирован и является безопасной платформой для приложения. Контейнеры — это компонента работы.
Так как же работает Docker?
Как работает образ?
Мы уже знаем, что образ — это read-only шаблон, из которого создается контейнер. Каждый образ состоит из набора уровней. Docker использует union file system для сочетания этих уровней в один образ. Union file system позволяет файлам и директориями из разных файловых систем (разным ветвям) прозрачно накладываться, создавая когерентную файловую систему.
Одна из причин, по которой docker легковесен — это использование таких уровней. Когда вы изменяете образ, например, обновляете приложение, создается новый уровень. Так, без замены всего образа или его пересборки, как вам возможно придётся сделать с виртуальной машиной, только уровень добавляется или обновляется. И вам не нужно раздавать весь новый образ, раздается только обновление, что позволяет распространять образы проще и быстрее.
В основе каждого образа находится базовый образ. Например, ubuntu, базовый образ Ubuntu, или fedora, базовый образ дистрибутива Fedora. Так же вы можете использовать образы как базу для создания новых образов. Например, если у вас есть образ apache, вы можете использовать его как базовый образ для ваших веб-приложений.
Примечание! Docker обычно берет образы из реестра Docker Hub.
Docker образы могут создаться из этих базовых образов, шаги описания для создания этих образов мы называем инструкциями. Каждая инструкция создает новый образ или уровень. Инструкциями будут следующие действия:
Как работает docker реестр?
Реестр — это хранилище docker образов. После создания образа вы можете опубликовать его на публичном реестре Docker Hub или на вашем личном реестре.
С помощью docker клиента вы можете искать уже опубликованные образы и скачивать их на вашу машину с docker для создания контейнеров.
Docker Hub предоставляет публичные и приватные хранилища образов. Поиск и скачивание образов из публичных хранилищ доступно для всех. Содержимое приватных хранилищ не попадает в результат поиска. И только вы и ваши пользователи могут получать эти образы и создавать из них контейнеры.
Как работает контейнер?
Контейнер состоит из операционной системы, пользовательских файлов и метаданных. Как мы знаем, каждый контейнер создается из образа. Этот образ говорит docker-у, что находится в контейнере, какой процесс запустить, когда запускается контейнер и другие конфигурационные данные. Docker образ доступен только для чтения. Когда docker запускает контейнер, он создает уровень для чтения/записи сверху образа (используя union file system, как было указано раньше), в котором может быть запущено приложение.
Что происходит, когда запускается контейнер?
Что же происходит под капотом, когда мы запускаем эту команду?
Используемые технологии
Докер написан на Go и использует некоторые возможности ядра Linux, чтобы реализовать приведенный выше функционал.
Пространство имен(namespaces)
Docker использует технологию namespaces для организации изолированных рабочих пространств, которые мы называем контейнерами. Когда мы запускаем контейнер, docker создает набор пространств имен для данного контейнера.
Это создает изолированный уровень, каждый аспект контейнера запущен в своем простанстве имен, и не имеет доступ к внешней системе.
Control groups (контрольные группы)
Docker также использует технологию cgroups или контрольные группы. Ключ к работе приложения в изоляции, предоставление приложению только тех ресурсов, которые вы хотите предоставить. Это гарантирует, что контейнеры будут хорошими соседями. Контрольные группы позволяют разделять доступные ресурсы железа и если необходимо, устанавливать пределы и ограничения. Например, ограничить возможное количество памяти контейнеру.
Union File System
Union File Sysem или UnionFS — это файловая система, которая работает создавая уровни, делая ее очень легковесной и быстрой. Docker использует UnionFS для создания блоков, из которых строится контейнер. Docker может использовать несколько вариантов UnionFS включая: AUFS, btrfs, vfs и DeviceMapper.
Docker. Зачем и как
Есть множество прекрасных публикаций для тех, кто уже пользуется docker-ом. Есть хорошие статьи для тех, кто хочет этому научиться. Я пишу для тех, кто не только не знает, что такое docker, но и не уверен стоит ли ему это знать.
Я сознательно опускаю некоторые технические подробности, а кое где допускаю упрощения. Если вы увидите, что docker – то, что вам нужно, вы легко найдете более полную и точную информацию в других статьях.
Начну я с описания нескольких типичных проблем.
Проблемы
Первая проблема — как передать продукт клиенту.
Предположим у вас есть серверный проект, который вы закончили и теперь его необходимо передать пользователю. Вы готовите много разных файликов, скриптов и пишите инструкцию по установке. А потом тратите уйму времени на решения проблем клиента вроде: «у меня ничего не работает», «ваш скрипт упал на середине — что теперь делать», «я перепутал порядок шагов в инструкции и теперь не могу идти дальше» и т. п.
Всё усугубляется если продукт тиражируемый и вместо одного клиента у вас сотни или тысячи покупателей. И становится еще сложнее, если вспомнить о необходимости установки новых версий продукта.
Вторая проблема — тиражируемость. Пусть вам нужно поднять 5 (или 50) почти одинаковых серверов. Делать это вручную долго, дорого и подвержено ошибкам.
Наконец, третья проблема — переиспользуемость. Предположим у вас есть отдел, который делает браузерные игры. Предположим, что их у вас уже несколько. И все они используют один и тот же технологический стэк (например — java-tomcat-nginx-postgre). Но при этом, чтобы поставить новую игру вы вынуждены заново подготавливать на новом сервере почти одинаковую конфигурацию. Вы не можете просто так взять и сказать — «хочу сервер, как в игре странники но только с другим веб архивом»
Обычные решения
Как обычно решаются эти проблемы.
Установочный скрипт
Первый подход я уже упомянул — вы можете написать скрипт, который установит всё, что вам нужно и запускать его на всех нужных серверах. ( Скрипт может быть как простым sh файлом, так и чем-то сложным, созданным с использованием специальных инструментов).
Недостатки этого подхода — хрупкость и неустойчивость к ошибкам. Как бы хорошо не был написан скрипт, рано или поздно на какой-то машине он упадёт. И после этого падения машина фактически окажется «испорченной» — просто так «откатить» те действия, которые скрипт успел выполнить, у вашего клиента не получится.
Облачные сервисы
Второй подход — использование облачных сервисов. Вы вручную устанавливаете на виртуальный сервер всё, что вам нужно. Затем делаете его image. И далее клонируете его столько раз, сколько вам надо.
Недостатка здесь два. Во-первых, vendor-lock-in. Вы не можете запускать свое решение вне выбранного облака, что не всегда удобно и может привести к потерям несогласных с этим выбором клиентов. Во-вторых, облака медленны. Виртуальные (и даже «bare-metal») сервера предоставляемые облаками на сегодняшний день сильно уступают по производительности dedicated серверам.
Виртуальные машины
Третий подход — использование виртуальных машин. Здесь тоже есть недостатки:
Размер — не всегда удобно качать образ виртуальной машины, который может быть довольно большим. При этом, любое изменение внутри образа виртуальной машины требует скачать весь образ заново.
Сложное управление совместным использованием серверных ресурсов — не все виртуальные машины вообще поддерживают совместное использование памяти или CPU. Те что поддерживают, требуют тонкой настройки.
Подход докера — контейнеризация
И вот тут появляется docker, в котором
Как работает docker
Создание образа
Сначала создается docker image (или образ). Он создается при помощи скрипта, который вы для этого пишете.
Образы наследуются и, обычно, для создания своего первого образа мы берём готовый образ и наследуемся от него.
Чаще всего мы берем образ в котором содержится та или иная версия linux. Скрипт тогда начинается как-то так:
Кроме этого, мы можем копировать в наш образ любые локальные файлы при помощи директивы COPY.
Докер поддерживает гораздо больше различных директив. Например, директива USER roman говорит докеру что все следующие директивы нужно выполнять из под пользователя roman. А директива ENTRYPOINT [“/opt/tomcat/catalina.sh”] задает исполняемый файл, который будет запускаться при старте.
Я не буду перечислять все остальные директивы — в этом нет смысла. Здесь главное — принцип: вы создаёте вот такой скрипт, называете его Dockerfile и запускаете команду docker build, docker выполняет скрипт и создает image.
Если в процессе возникают какие-то ошибки, докер о них сообщает и вы их исправляете. То есть исправление скрипта происходит на этапе создания image. На этапе установки скрипт уже не используется.
Создание контейнера
Когда у вас уже есть docker image вы можете создать из него контейнер на любом физическом сервере, где установлен докер. Если image – это тиражируемый образ некоторой «машины», то container это уже сама «машина», которую можно запускать и останавливать.
Важный момент — при создании контейнера из image, его можно параметризовать. Вы можете передавать докеру переменные окружения, которые он использует при создании контейнера из image. Так вы сможете создавать немного разные машины из одного образа. Например, передать образу web-сервера его доменное имя.
Хорошей практикой в докере считается «упаковка» в один контейнер ровно одного постоянно работающего серверного процесса. Как я уже упоминал, этот процесс работает на уровне физического сервера и честно регулируется установленной там операционной системой. Поэтому, в отличие от виртуальных машин, контейнеры докера не требуют специального управления памятью и процессорами. Использование ресурсов становится простым и эффективным.
Union filesystem
Ок — память и процессор используется эффективно. А как насчёт файловой системы? Ведь если у каждого контейнера докера своя собственная копия операционной системы, то мы получим ту же проблему, что и с виртуальными машинами — тяжеловесные образы, которые содержат одно и тоже.
На самом деле в докере это не так. Если вы используете 100500 контейнеров, основанных на одном и том же образе операционной системы, то файлы этой системы будут скачаны докером ровно один раз. Это достигается за счёт использования докером union file system.
Union file system состоит из слоёв (layers). Слои как бы наложены друг на друга. Некоторые слои защищены от записи. Например, все наши контейнеры используют общие защищенные от записи слои, в которых находятся неизменяемые файлы операционной системы.
Для изменяемых файлов каждый из контейнеров будет иметь собственный слой. Естественно, докер использует такой подход не только для операционной системы, но и для любых общих частей контейнеров, которые были созданы на основе общих «предков» их образов.
Container registry
Получается, что docker image состоит из слоёв. И хорошо было бы уметь скачивать на наш сервер только те слои, которых на нём пока нет. Иначе для установки 100 контейнеров, основанных на Ubuntu мы скачаем Ubuntu внутри их образов 100 раз. Зачем?
Хорошая новость в том, что докер решает эту проблему. Докер предоставляет специальный сервис, называемый docker registry. Docker registry предназначен для хранения и дистрибуции готовых образов. Собрав новый образ (или новую версию образа) вы можете закачать его в docker registry. Соответственно, потом его можно скачать оттуда на любой сервер. Главная фишка здесь в том, что физически качаться будут только те слои, которые нужны.
Например, если вы создали новую версию образа, в котором поменяли несколько файлов, то в registry будут отправлены только слои, содержащие эти файлы.
Аналогично, если сервер качает из registry какой-то образ, скачаны будут только слои, отсутствующие на сервере.
Docker registry существует и как общедоступный сервис и как open source проект, доступный для скачивания и установки на собственной инфрастуктуре.
Использование контейнеров
Созданные контейнеры можно запускать, останавливать, проверять их статус и т д. При создании контейнера можно дополнительно передать докеру некоторые параметры. Например, попросить докер автоматически рестартовать контейнер, если тот упадёт.
Взаимодействие между контейнерами
Если контейнеров на сервере несколько, управлять ими вручную становится проблематично. Для этого есть технология docker compose. Она существует поверх докера и просто позволяет управлять контейнерами на основе единого конфигурационного файла, в котором описаны контейнеры, их параметры и их взаимосвязи (например контейнер A имеет право соединяться с портом 5432 контейнера B)
Выводы
Таким образом докер очень хорошо подходит для решения перечисленных выше задач:
Изучаем Docker, часть 1: основы
Технологии контейнеризации приложений нашли широкое применение в сферах разработки ПО и анализа данных. Эти технологии помогают сделать приложения более безопасными, облегчают их развёртывание и улучшают возможности по их масштабированию. Рост и развитие технологий контейнеризации можно считать одним из важнейших трендов современности.
Docker — это платформа, которая предназначена для разработки, развёртывания и запуска приложений в контейнерах. Слово «Docker» в последнее время стало чем-то вроде синонима слова «контейнеризация». И если вы ещё не пользуетесь Docker, но при этом работаете или собираетесь работать в сферах разработки приложений или анализа данных, то Docker — это то, с чем вы непременно встретитесь в будущем.
Если вы пока не знаете о том, что такое Docker, сейчас у вас есть шанс сделать первый шаг к пониманию этой платформы. А именно, освоив этот материал, вы разберётесь с основами Docker и попутно приготовите пиццу.
Метафоры и Docker
Мы постоянно сталкиваемся с метафорами. Если заглянуть в словарь Ожегова, то окажется, что метафора — это «скрытое образное сравнение, уподобление одного предмета, явления другому». Метафоры помогают нам ухватывать суть новых для нас явлений. Например, виртуальные контейнеры можно сравнить с обычными пластиковыми контейнерами. Такое сравнение, через сопоставление уже известных нам свойств обычных контейнеров со свойствами виртуальных контейнеров, поможет сначала с ними познакомиться, а потом и понять их сущность.
Как вы понимаете, мы собираемся начать разговор о Docker с понятия «контейнер».
Контейнер
Как и обычный пластиковый контейнер, контейнер Docker обладает следующими характеристиками:
Живые организмы
Ещё один подход к размышлениям о контейнерах Docker заключается в сравнении их с экземплярами живых организмов. «Экземпляр» — это нечто, существующее в некоей форме. Это не просто код. Это код, который стал причиной существования чего-то большего, чем он сам, чего-то, образно говоря, живого. Как и другие живые организмы, экземпляры контейнеров появляются на свет, живут и умирают.
Монстр, вызванный к жизни
Контейнеры Docker — это вызванные к жизни образы Docker.
Программное обеспечение
Контейнеры Docker можно сравнивать не только с обычными контейнерами или с живыми организмами. Их можно сравнить и с программами. В конце концов, контейнеры — это программы. И, на фундаментальном уровне, контейнер представляет собой набор инструкций, который выполняется на некоем процессоре, обрабатывая какие-то данные.
Контейнер — это программа
Во время выполнения контейнера Docker внутри него обычно выполняется какая-то программа. Она выполняет в контейнере некие действия, то есть — делает что-то полезное.
Например, код, который работает в контейнере Docker, возможно, отправил на ваш компьютер тот текст, который вы сейчас читаете. Вполне возможно и то, что именно код, выполняющийся в контейнере Docker, принимает голосовые команды, которые вы даёте Amazon Alexa, и преобразует их в инструкции для ещё каких-нибудь программ, работающих в других контейнерах.
Благодаря использованию Docker можно, на одном и том же компьютере, одновременно запускать множество контейнеров. И, как и любые другие программы, контейнеры Docker можно запускать, останавливать, удалять. Можно исследовать их содержимое и создавать их.
Концепции Docker
▍Виртуальные машины
Предшественниками контейнеров Docker были виртуальные машины. Виртуальная машина, как и контейнер, изолирует от внешней среды приложение и его зависимости. Однако контейнеры Docker обладают преимуществами перед виртуальными машинами. Так, они потребляют меньше ресурсов, их очень легко переносить, они быстрее запускаются и приходят в работоспособное состояние. В этом материале можно найти подробное сравнение контейнеров и виртуальных машин.
▍Образ контейнера Docker
Выше мы уже говорили об «образах». Что это такое? Хороший вопрос. То, что в терминологии Docker называется «образом», или, по-английски, «image», это совсем не то же самое, что, например, фотография (это — одно из значений слова «image»).
Образы Docker — это не фотографии
Образы контейнеров Docker можно сравнить с чертежами, с формочками для печенья, или с пресс-формами для изготовления пластиковых изделий. Образы — это неизменные шаблоны, которые используются для создания одинаковых контейнеров.
Образы контейнеров Docker похожи на формочки для печенья
В образе контейнера Docker содержится образ базовой операционной системы, код приложения, библиотеки, от которого оно зависит. Всё это скомпоновано в виде единой сущности, на основе которой можно создать контейнер.
▍Файл Dockerfile
Файл Dockerfile содержит набор инструкций, следуя которым Docker будет собирать образ контейнера. Этот файл содержит описание базового образа, который будет представлять собой исходный слой образа. Среди популярных официальных базовых образов можно отметить python, ubuntu, alpine.
И, наконец, в образе может содержаться, поверх всех остальных, ещё один тонкий слой, данные, хранящиеся в котором, поддаются изменению. Это — небольшой по объёму слой, содержащий программу, которую планируется запускать в контейнере.
▍Контейнер Docker
▍Репозиторий контейнеров
Если вы хотите дать возможность другим людям создавать контейнеры на основе вашего образа, вы можете отправить этот образ в облачное хранилище. Самым крупным подобным хранилищем является репозиторий Docker Hub. Он используется при работе с Docker по умолчанию.
Мы уже довольно много всего обсудили. Пришло время собрать всё это вместе и сравнить работу с контейнерами Docker с приготовлением пиццы.
Готовим с Docker
Готовая пицца — это контейнер
Духовка — это платформа Docker
Духовка, в которой готовится пицца, напоминает платформу Docker. Духовку устанавливают на кухне, с её помощью можно готовить еду. Точно так же Docker устанавливают на компьютере для того, чтобы «готовить» контейнеры.
Духовку, если она электрическая, включают, поворачивая ручку регулятора температуры. Команда docker run image_name — это нечто вроде такого регулятора температуры, «поворот» которого приводит к тому, что система создаёт и запускает контейнер.
Готовая пицца — это и есть контейнер Docker.
А есть пиццу — значит пользоваться приложением, запущенным в контейнере.
Как и приготовление пиццы, подготовка к работе контейнеров Docker занимает некоторое время, но в финале и в том и в другом случаях получается что-то вкусное.
Итоги
Здесь мы, на концептуальном уровне, рассмотрели основы Docker. Надеемся, приведённые здесь сравнения помогли вам разобраться в том, что такое Docker, и ощутить ценность метафор в деле освоения новых технологий.
Уважаемые читатели! Эта публикация представляет собой перевод первой статьи из серии учебных материалов по Docker. По словам автора, всего планируется выпустить 5 таких материалов. Уже готовы вторая, третья и четвёртая части. Подскажите нам, стоит ли переводить следующие статьи этой серии?