Containerisierung ist zum neuesten Schlagwort im Cloud Computing geworden. Viele glauben, dass sie helfen kann, Legacy-Systeme zu modernisieren, indem neue, skalierbare Cloud-native Anwendungen erstellt werden. Warum ist Containerisierung nötig?
Zum Verständnis der Notwendigkeit und der Besonderheiten beginnen wir mit der Virtualisierung und der zunehmenden Verwendung von virtuellen Maschinen (VMs) in der Cloud. Im Allgemeinen nutzen fast alle Unternehmen die Cloud-Umgebung (öffentlich oder privat), wobei Instanzen mit VMs mit Skalierbarkeit und Lastausgleichsfunktionen ihren Computing-Layer darstellen.
Allerdings gab es bei Virtualisierungsansätzen einige Herausforderungen, die diese Umgebungen ineffizient machten. Dazu gehören:
Inkonsistenz der Umgebung – Bereitstellung von Anwendungen und Paketen in virtuellen Umgebungen
Betriebssystemabhängigkeit – eingesetzte Apps liefen nur auf kompatiblen Betriebssystemen
Isolationsebene – Unfähigkeit, eine sofortige Sandbox über der Betriebssystemebene bereitzustellen
Granularität des Computing-Verbrauchs – die Unmöglichkeit, mehrere replizierte Anwendungen einzusetzen, während der Lastausgleich auf der Anwendungsebene nur innerhalb einer einzelnen Maschine und nicht auf der Betriebssystemebene erfolgte
Patching von Images in produktionsfähigen Umgebungen – Canary- und Blue-Green-Implementierungen sind auf Clusterebene nicht flexibel und lassen sich nur schwer über mehrere Regionen hinweg verwalten
Wie können Sie also diese Virtualisierungsprobleme lösen?
Die Antwort lautet: Containerisierung.
Die Containerisierung ist effizienter als die Virtualisierung und damit eine natürliche Weiterentwicklung der Letzteren. Während die Virtualisierung für die Verteilung mehrerer Betriebssysteme (OS) auf einem einzigen Server unerlässlich ist, ist die Containerisierung flexibler und granularer.
Sie konzentriert sich auf die Zerlegung von Betriebssystemen in Teile, die Sie effizienter nutzen können. Außerdem bietet ein Anwendungscontainer eine Möglichkeit, Anwendungen in einer portablen, softwaredefinierten Umgebung zu verpacken.
Der Markt für Anwendungscontainer-Technologie, die Unternehmen bei der Modernisierung von Legacy-Anwendungen und der Erstellung neuer, skalierbarer Cloud-nativer Software unterstützt, ist bedeutend und wächst immer stärker.
Dabei handelt es sich um eine Form der Betriebssystemvirtualisierung, bei der Sie Anwendungen in isolierten Benutzerbereichen, den sogenannten Containern, ausführen, die dasselbe gemeinsame Betriebssystem verwenden. Ein Anwendungscontainer ist eine vollständig verpackte und portable Computerumgebung:
Er enthält alles, was eine App zum Ausführen benötigt, einschließlich ihrer Binärdateien, Bibliotheken, Abhängigkeiten und Konfigurationsdateien – alles gekapselt und isoliert in einem Container.
Die Containerisierung einer Anwendung abstrahiert den Container vom Host-Betriebssystem, mit begrenztem Zugriff auf die zugrunde liegenden Ressourcen – ähnlich wie eine leichtgewichtige, ressourcenschonende virtuelle Maschine.
Sie können die containerisierte Anwendung auf verschiedenen Arten von Infrastrukturen ausführen, z.B. auf Bare Metal, in der Cloud oder innerhalb von VMs, ohne sie für jede Umgebung neu zu programmieren.
Mit der Containerisierung haben Sie weniger Overhead beim Start, und Sie müssen nicht für jede App ein eigenes Gastbetriebssystem einrichten, da sie sich alle einen Betriebssystemkern teilen. Aufgrund dieser hohen Effizienz nutzen Softwareentwickler die Containerisierung von Anwendungen häufig zur Paketierung mehrerer einzelner Microservices, aus denen moderne Apps bestehen.
Die Containerisierung ermöglicht es Softwareentwicklern, Apps schneller und sicherer zu erstellen und bereitzustellen. Bei herkömmlichen Methoden entwickeln Sie den Code in einer bestimmten Computerumgebung, was oft zu Fehlern und Bugs führt, wenn Sie ihn an einen neuen Ort übertragen. Das gilt beispielsweise, wenn Sie Code von Ihrem Desktop-Computer auf eine VM oder von einem Windows- auf ein Linux-Betriebssystem übertragen.
Die Containerisierung beseitigt dieses Problem, indem Sie den Supplikationscode zusammen mit den zugehörigen Konfigurationsdateien, Abhängigkeiten und Bibliotheken bündeln. Sie abstrahieren dann dieses einzelne Softwarepaket (Container) vom Host-Betriebssystem, wodurch es eigenständig und portabel wird – also auf jeder Plattform oder Cloud laufen kann, frei von Problemen.
Während die Konzepte der Prozessisolierung und Containerisierung Jahrzehnte alt sind, beschleunigte das Aufkommen der Open-Source Docker Engine im Jahr 2013 die Einführung der Anwendungscontainer-Technologie. Die Docker Engine wurde zum Industriestandard für den Containerisierungsprozess mit einem universellen Paketierungsansatz und einfachen Entwickler-Tools.
In der Branche werden Container oft als leichtgewichtig oder ressourcenschonend bezeichnet, was bedeutet, dass sie sich den Betriebssystemkern der Maschine teilen und keinen Overhead durch die Zuordnung eines Betriebssystems innerhalb jeder Anwendung benötigen – wie im Fall der Virtualisierung. Daher haben Container eine inhärent kleinere Kapazität als eine virtuelle Maschine und benötigen weniger Startzeit, sodass mehr Container auf einer einzigen Rechenkapazität als eine VM ausgeführt werden können. Dies führt zu einer höheren Servereffizienz und reduziert gleichzeitig die Server- und Lizenzkosten.
Einfach ausgedrückt, ermöglicht die Containerisierung Entwicklern, Anwendungen einmal zu schreiben und sie überall auszuführen. Dieses Maß an Portabilität ist für die Entwicklung von Prozessen und die Kompatibilität mit Anbietern unerlässlich. Dazu kommen andere Vorteile, zum Beispiel Fehlerisolierung, Sicherheit und einfache Verwaltung.
Container kapseln eine Anwendung als ausführbares Softwarepaket, das den Anwendungscode mit allen zugehörigen Konfigurationsdateien, Abhängigkeiten und Bibliotheken bündelt, die er zur Ausführung benötigt. Containerisierte Apps sind isoliert, da sie nicht innerhalb einer Kopie des Betriebssystems gebündelt werden. Stattdessen installiert der Entwickler eine Open-Source-Laufzeit-Engine (z. B. die Docker-Laufzeit-Engine) auf dem Betriebssystem des Hosts, die zum Kanal für Container wird, um ein Betriebssystem mit anderen Anwendungscontainern auf dem Rechensystem zu teilen.
Sie können auch andere Schichten des Anwendungscontainers, wie gemeinsame Bibliotheken und Bins, für mehrere Container freigeben. Dadurch entfällt der Overhead, der durch die Installation und den Betrieb eines Betriebssystems innerhalb jeder App entsteht. Dadurch sind Container kleiner in der Kapazität (leichtgewichtig) und schneller zu starten, was zu einer höheren Servereffizienz führt. Wenn Sie Anwendungen und Container isolieren, verringern Sie die Wahrscheinlichkeit, dass sich bösartiger Code in einem Container auf andere auswirkt oder in das Hostsystem eindringt.
Die Abstraktion vom Host-Betriebssystem macht containerisierte Apps portabel und ermöglicht es ihnen, konsistent und einheitlich über jede Plattform oder Cloud zu laufen. Entwickler können Container einfach von einer Plattform zur anderen transportieren, z. B. von Windows OS zu Linux OS. Sie werden auch konsistent auf traditionellen „Bare Metal“-Servern oder virtualisierten Infrastrukturen laufen, entweder vor Ort oder in der Cloud. So können die Entwickler weiterhin die gewünschten Prozesse und Werkzeuge nutzen.
Sie können den Anwendern in einem digitalen Arbeitsbereich problemlos containerisierte Anwendungen zur Verfügung stellen. Die Containerisierung bietet Softwareentwicklern und Entwicklungsteams erhebliche Vorteile, die von überlegener Agilität und Portabilität bis hin zu besserer Kostenkontrolle reichen. Nachfolgend finden Sie die Vorteile:
Container sind nicht perfekt und haben ihre Nachteile und Einschränkungen. Erstens ist ein überraschend hoher Aufwand nötig, um eine Containerstrategie zu entwickeln, einzuführen und effektiv zu verwalten. Anwendungsunterstützung und Abhängigkeit sind unzureichend und trotz neuer Technologien in diesem Bereich gibt es noch keine vollständige Lösung. Außerdem gibt es nicht genügend qualifizierte, geschulte und erfahrene Experten für Containerisierung.
Während Container die Flexibilität von Anwendungen erhöhen, steigern sie auch die Komplexität auf unterschiedliche Weise. Diese Komplexität kann sich in Bezug auf Sicherheit, Orchestrierung, Überwachung und Datenspeicherung ergeben.
Sicherheit: Im Vergleich zu traditionellen VMs bergen Container ein potenziell größeres Sicherheitsrisiko. Sie benötigen mehrstufige Sicherheit, da sie mehrere Ebenen haben. Daher müssen Sie die containerisierte Anwendung sowie die Registry, den Docker-Daemon und das Host-Betriebssystem absichern.
Orchestrierung: Sie können einen einzelnen Orchestrator für virtuelle Maschinen verwenden, die mit einer virtualisierten Lösung geliefert werden (z.B. einen VMware-Orchestrator für VMware). Allerdings müssen Sie bei Containern aus verschiedenen Orchestrierungs-Tools wie Kubernetes, Mesos oder Swarm wählen.
Die Datenspeicherung für VMs ist einfach, aber für Container wird sie komplex. Für persistente Containerdaten müssen Sie diese aus dem Anwendungscontainer heraus auf das Hostsystem oder an einen Ort mit einem persistenten Dateisystem verschieben. Das Design der Container ist der Grund für den Datenverlust. Die Daten darin können für immer verschwinden, sobald der Container heruntergefahren wird, es sei denn, Sie speichern sie an anderer Stelle.
Überwachung: Entscheidend ist auch die Überwachung von Containern auf Performance- und Sicherheitsprobleme. Sie haben die Möglichkeit, verschiedene essenzielle Überwachungstools, externe Überwachungsdienste und Analysen einzusetzen, um diese Herausforderung zu bewältigen. Die Cloud-Umgebung ist kompliziert, daher benötigen Sie eine gründliche Überwachung von Sicherheitsproblemen.
Dennoch überwiegen die Vorteile der Containerisierung bei weitem die Nachteile. Daher hängt die Entscheidung, ob Sie Container benötigen, ausschließlich von Ihren spezifischen Cloud-Anforderungen ab.
Aufgrund der Vorteile, die die Containerisierung einer Anwendung mit sich bringt, ist es leicht zu verstehen, warum Unternehmen die Containerisierung schnell der Virtualisierung vorziehen. Ersteres ist ein überlegener Ansatz für die Entwicklung, Bereitstellung und Verwaltung von Anwendungen. Die Containerisierung ermöglicht es Softwareentwicklern, Anwendungen schneller und sicherer zu erstellen und bereitzustellen, unabhängig davon, ob es sich um einen traditionellen Monolithen (eine einstufige Anwendung) oder einen modularen Microservice (d. h. eine Sammlung von lose gekoppelten Diensten) handelt.
Sie können neue Cloud-basierte Anwendungen von Grund auf neu aufbauen (containerisierte Microservices) und dabei eine komplexe Anwendung in eine Reihe von überschaubaren und spezialisierten Services aufteilen. Sie können vorhandene Anwendungen in Container umpacken, die Rechenressourcen effizient nutzen.
Unternehmen müssen alle Optionen abwägen, bevor sie sich für den Einsatz von Containerisierung entscheiden. Sie mögen auf den ersten Blick lukrativ und beeindruckend klingen, und das sind sie auch, aber Sie müssen abschätzen, ob sie die beste Option für Sie sind. Wägen Sie alle Nachteile gegen die Vorteile ab.
Die Wahrheit ist, dass die digitale Transformation unumgänglich ist, um in unserer wettbewerbsorientierten und dynamischen Technologieära zu überleben und erfolgreich zu sein. Containerisierung, Cloud, Big Data, Blockchain, KI Edge-Computing und Mobilität sind einige der trendigen Kerntechnologien für die digitale Transformation, die Unternehmen nutzen müssen.
Zusätzlich gibt die Containerisierung kleinen Unternehmen ein neues Gefühl der Agilität. Erfolgreiche Firmen, die in der digitalen Wirtschaft tätig sind, werden digital-native Unternehmen führen und ihre Abläufe entsprechend den Marktanforderungen neu gestalten. Kleinere Firmen können mithilfe der Containerisierung einen flexiblen Ansatz verfolgen und ihre Dienste schnell skalieren, um mit größeren Firmen gleichzuziehen.
Die Docker-Engine ist die wohl bekannteste und meistgenutzte Container-Engine-Technologie weltweit. Als Hauptbestandteil einer Container-Architektur bezieht sich Docker auf eine Linux-Kernel-basierte Open-Source, die für die Erstellung von Containern in einem Betriebssystem verantwortlich ist.
Wenn ein Docker auf einen einzigen Betriebssystem-Kernel zugreift, kann er mehrere verteilte Anwendungen verwalten, die in ihren jeweiligen Containern laufen. Die Basis für die Containerisierung ist das Softwarepaket, das die Entwickler in einer einzigen virtuellen Lieferung implementieren.
Entwickler erstellen Container aus Docker-Images. Obwohl sie schreibgeschützt sind, erstellt Docker einen Container, indem es ein Dateisystem mit Lese- und Schreibzugriff hinzufügt. Er startet eine Netzwerkschnittstelle, um die Kommunikation zwischen dem Container und einem lokalen Host zu ermöglichen. Er fügt dann eine IP-Adresse hinzu und führt den angegebenen Prozess aus. Jeder Container enthält die notwendigen Teile, die zur Ausführung eines Programms benötigt werden (Dateien, Redundanzen und Bibliotheken).
Containerisierungs- und Virtualisierungstechnologien ermöglichen eine erhebliche Recheneffizienz, da sie es Entwicklern ermöglichen, mehrere Softwaretypen (Windows- oder Linux-basiert) in einer einzigen Umgebung auszuführen. Die Technologie der Anwendungscontainer hat jedoch bewiesen, dass sie erhebliche Vorteile gegenüber der Virtualisierung bietet, was sie zur bevorzugten Technologie von IT-Experten macht.
Die Virtualisierung ermöglicht es, dass mehrere Betriebssysteme und Softwareanwendungen gleichzeitig ausgeführt werden können, während sie sich die Ressourcen eines physischen Computers teilen. So können Sie beispielsweise sowohl Linux- als auch Windows-Versionen eines Betriebssystems sowie mehrere Anwendungen auf demselben Server ausführen. Entwickler verpacken jede Anwendung und die zugehörigen Dateien, Abhängigkeiten und Bibliotheken (einschließlich einer Kopie des Betriebssystems) als virtuelle Maschine. Wenn Sie mehrere VMs auf einer physischen Maschine betreiben, können Sie erhebliche Einsparungen bei den Anschaffungs-, Betriebs- und Energiekosten erzielen.
Auf der anderen Seite nutzt die Containerisierung die Rechenressourcen effizient. Ein Container erstellt ein ausführbares Softwarepaket, das den Anwendungscode mit den zugehörigen Konfigurationsdateien, Abhängigkeiten und Bibliotheken bündelt, die er zur Ausführung benötigt. Im Gegensatz zu VMs wird bei Containern jedoch keine Kopie des Betriebssystems mitgeliefert. Stattdessen installieren die Entwickler ihre Runtime-Engines auf dem Betriebssystem des Hostsystems und machen es so zu einem Conduit, das es allen Containern ermöglicht, ein ähnliches Betriebssystem zu nutzen.
Wie bereits erwähnt, bezeichnen Entwickler Container oft als leichtgewichtig, weil sie den Betriebssystemkern des Hostrechners gemeinsam nutzen und nicht den Overhead eines Betriebssystems innerhalb jeder Anwendung benötigen. Darüber hinaus können Sie weitere Container-Schichten (gemeinsame Bibliotheken und Bins) für mehrere Container freigeben, was bedeutet, dass Container einen geringeren Kapazitätsbedarf als eine virtuelle Maschine haben und schneller gestartet werden können.
Daher können mehrere Container auf einer ähnlichen Rechenkapazität wie eine virtuelle Maschine laufen, was die Servereffizienz steigert und damit verbundene Kosten wie Lizenzierung und Wartung reduziert.
Die Containerisierung gehört zu den neuesten Trends in der Softwareentwicklung. Ihre Verbreitung wird sowohl in Umfang als auch Geschwindigkeit deutlich zunehmen. Seine Befürworter glauben, dass sie Entwicklern ermöglicht, Software und Anwendungen schneller und sicherer zu erstellen und einzusetzen als andere traditionelle Methoden. Obwohl teuer, erwarten Branchenakteure, dass die mit der Containerisierung verbundenen Kosten mit der Entwicklung und Reifung der Umgebungen sinken werden.
Der Einsatz von Anwendungscontainer-Technologie ist in Unternehmen und Branchen weit verbreitet. Auch in den kommenden Jahren wird sich die Entwicklung rasant beschleunigen. Die meisten Unternehmen haben bereits mit der Cloud-nativen Containerisierung von Anwendungen begonnen oder zerlegen ihre bestehenden Monolithen in Container, um die Vorteile zu nutzen, die die Containerisierungsarchitektur bietet.
Nun haben Sie einige Einblicke in die Containerisierung, ihren Nutzen in Unternehmensumgebungen sowie ihre Vor- und Nachteile gewonnen. Sie haben auch die Docker-Container-Technologie und den Unterschied zwischen Containerisierung und Virtualisierung kennengelernt.
Wenn Sie sich bei der Sicherheit und der Trennung von Webanwendungen stark auf Virtualisierung verlassen, können Sie wahrscheinlich von der Containerisierung profitieren.
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