Docker — це набагато більше, ніж просто технологія віртуалізації. Це інструмент, який перевернув уявлення про розробку, розгортання та виконання додатків. Завдяки підходу на основі контейнерів Docker спрощує управління інфраструктурою, забезпечуючи при цьому високу портативність і ізоляцію додатків. Але що насправді відбувається за лаштунками Docker? Ця стаття занурюється в внутрішню архітектуру Docker, його функціональність та принципи, які роблять його таким ефективним.
Розуміння контейнерів Docker
Перш ніж занурюватися в технічні деталі, важливо зрозуміти, що таке контейнери. Простими словами, контейнер — це стандартизована одиниця, яка упаковує додаток та його залежності. На відміну від віртуальних машин, які віртуалізують апаратне забезпечення, контейнери використовують один і той самий ядро Linux, забезпечуючи при цьому повну ізоляцію процесів.
Це дозволяє швидше і легше виконувати додатки.
Походження Docker: Історія інновацій
Docker, яким ми його знаємо сьогодні, з'явився в 2013 році під брендом DotCloud, компанії, заснованої у 2010 році. Спочатку DotCloud пропонувала платформу як послугу (PaaS), але в 2013 році вона розробила відкритий інструмент під назвою Docker, який швидко став популярним завдяки своїм інноваційним підходам до контейнеризації. У 2015 році компанія змінила назву на Docker, Inc., зосередивши увагу виключно на розробці Docker.
Назва "Docker" походить від працівників портів, які обробляють вантажні контейнери, що є ідеальною метафорою для цієї технології, яка "упаковує" додатки разом з їхніми залежностями у портативні контейнери.
Екосистема Docker: Основні елементи
Docker є частиною більшої екосистеми технологій та ініціатив, таких як:
- Open Container Initiative (OCI): Заснована в 2015 році, OCI стандартизувала специфікації контейнерів, забезпечуючи їх портативність між різними платформами.
Це дозволяє Docker безшовно працювати на різних системах і зберігати сумісність з іншими інструментами в екосистемі. - Cloud Native Computing Foundation (CNCF): CNCF підтримує проекти з відкритим кодом, пов'язані з хмарними технологіями. Kubernetes, великий проект CNCF, забезпечує оркестрацію контейнерів у великих масштабах.
- Moby Project: Ініційований компанією Docker, Inc., цей проект надає інструменти для створення власних платформ на базі контейнерів, дозволяючи розробникам налаштовувати середовище Docker відповідно до своїх конкретних потреб.
Компоненти Docker: Архітектура та взаємодія
Docker базується на модульній архітектурі, де основні компоненти працюють разом для ефективного управління контейнерами:
- Docker CLI: Інтерфейс командного рядка для взаємодії з Docker. Команди, такі як
docker run, надсилаються до Docker Engine через REST API, який їх інтерпретує та виконує. - Docker Engine: Ядро Docker.
Він обробляє запити клієнтів, керує зображеннями та оркеструє дії для обробки контейнерів.
Рисунок: Клієнт та Docker Engine (Client et Moteur Docker)
Глибоке занурення в внутрішню архітектуру Docker
Docker Engine складається з кількох компонентів, які працюють у синергії для забезпечення безшовного управління контейнерами:
- Docker Daemon (dockerd): Основний процес, що працює у фоновому режимі, слухає запити клієнтів через REST API і оркеструє дії.
- Containerd: Високорівневий runtime, який керує життєвим циклом контейнерів. Він делегує завдання, такі як створення та виконання контейнерів, нижчому рівню runtime, runc.
- Runc: Низькорівневий runtime, відповідальний за ізоляцію контейнерів.
Використовуючи cgroups і namespaces, runc створює ізольовані середовища для контейнерів, забезпечуючи їхню незалежність один від одного та від хоста. - Shim: Проміжний процес, який гарантує, що контейнер продовжить роботу, навіть якщо Docker daemon зупиниться, дозволяючи контейнерам працювати незалежно.
Рисунок: Компоненти Engine та їх відповідальність
Що відбувається під час docker run?
Коли користувач вводить команду docker run nginx, Docker виконує детальний процес:
- Введення команди: Користувач вводить
docker run nginx. Ця команда відправляється до Docker daemon через REST API. - Обробка запиту: Daemon перевіряє, чи є образ nginx локально або чи потрібно завантажити його з реєстру, наприклад, Docker Hub.
- Ініціалізація контейнера: Якщо образ доступний, Containerd налаштовує середовище контейнера та передає виконання до runc.
4.
Виконання контейнера: Runc налаштовує ізоляцію контейнера за допомогою cgroups та namespaces, після чого запускає процес в ізольованому просторі. - Активація Shim: Shim бере на себе нагляд за контейнером, дозволяючи daemon відключитися, поки контейнер продовжує працювати.
Рисунок: Процес за командою docker run.
Безпека та управління помилками: Ізоляція та стійкість
Docker використовує потужні механізми ізоляції, такі як cgroups та namespaces. Cgroups обмежують використання ресурсів контейнером (наприклад, пам'ять, CPU), а namespaces забезпечують ізоляцію процесів, мережі та користувачів.
Це створює безпечне та ізольоване середовище для кожного додатку.
Навіть якщо Docker daemon зазнає збоїв, контейнери продовжують працювати завдяки Shim, який відокремлює контейнери від daemon і забезпечує безперервність сервісу.
Docker у DevOps: Хребет оркестрації контейнерів
Docker є центральним елементом практик DevOps, забезпечуючи безперервні CI/CD конвеєри. Завдяки розгортанню однакових середовищ на машинах розробників, продуктивних серверах та в хмарі Docker мінімізує проблеми несумісності та підвищує ефективність для команд розробки та операцій.
Docker: Революційний інструмент з обмеженнями
Docker трансформував управління додатками та інфраструктурою завдяки контейнерній архітектурі та модульній архітектурі. Однак він не позбавлений обмежень. Наприклад, хоча Docker забезпечує відмінну ізоляцію додатків, він не може зрівнятися з віртуальними машинами в плані повної ізоляції операційних систем.
Крім того, управління ресурсами може стати складним на великих масштабах.
Розуміючи внутрішні механізми Docker, ви зможете ефективніше використовувати його і краще оцінити його роль у сучасному розгортанні додатків.
Перекладено з: What’s Under the Hood of Docker?