Docker

Docker - Isolierung von Anwendungen durch Container-Virtualisierung

Beschreibung

Schlanke Frorm der Virtualisierungen

Prozesse laufen auf dem Kernel des Host-Betriebssystems
Abschottung durch
- cgroups
- namespaces
- …

Aufbau und Funktionen

„Build, Ship and Run Any App, Anywhere“ – unter diesem Motto bewirbt die quelloffene Container-Plattform Docker eine flexible, ressourcensparende Alternative zur Emulation von Hardware-Komponenten auf Basis virtueller Maschinen (VMs)

Während die klassische Hardware-Virtualisierung darauf beruht, mehrere Gastsysteme auf einem gemeinsamen Host-System zu starten, werden Anwendungen bei Docker mithilfe von Containern als isolierte Prozesse auf ein und demselben System ausgeführt
Man spricht bei der containerbasierten Server-Virtualisierung daher auch von einer Operating-System-Level-Virtualisierung

Der große Vorteil containerbasierter Virtualisierung liegt somit darin, dass sich Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen isoliert voneinander ausführen lassen, ohne dass dafür der Overhead eines separaten Gastsystems in Kauf genommen werden muss

Zusätzlich können Anwendungen mit Container plattformübergreifend und in unterschiedlichen Infrastrukturen eingesetzt werden, ohne dass diese an die Hard- oder Software-Konfigurationen des Hostsystems angepasst werden müssen

Docker ist das bekannteste Software-Projekt, das Anwendern und Anwenderinnen eine auf Containern basierende Virtualisierungstechnologie zur Verfügung stellt

Die quelloffene Plattform setzt dabei auf drei grundlegende Komponenten: Um Container auszuführen, brauchen Anwender lediglich die Docker-Engine sowie spezielle Docker-Images, die sich über das Docker-Hub beziehen oder selbst erstellen lassen

Motivation

Vereinfachte Bereitstellung von Anwendungen

Container, die alle nötigen Pakete enthalten
leicht als Dateien transportieren und installieren lassen

Container gewährleisten

Trennung und Verwaltung der auf einem Rechner genutzten Ressourcen

Code
Laufzeitmodul
Systemwerkzeuge
Systembibliotheken
alles was auf einem Rechner installiert werden kann

Container

Identische Arbeitsumgebung
An unterschiedlichen Stellen

Bereitstellung

Images oder Dockerfiles

Fertige Images
Dockerfiles
- Anweisungen zum Erzeugen eines Images (Dockerfiles ) im Projekt verteilen
- Dockerfiles können gut in Projekt-Repositoies bereitgestellt werden

Fertige Images

DockerHub bietet fertige Images

Ein solches gestartetes Image nennt sich dann Container und enthält beispielsweise Dateien, die in den Container gemountet oder kopiert werden
Man kann auch eigene Images bauen, indem man eine entsprechende Konfiguration (Dockerfile) schreibt
Jeder Befehl bei der Erstellung eines Images erzeugt einen neuen Layer, die sich dadurch mehrere Images teilen können

In der Konfiguration einer Gitlab-CI-Pipeline kann man mit image ein Docker-Image angeben, welches dann in der Pipeline genutzt wird

Docker Images

Ähnlich wie virtuelle Maschinen basieren Docker-Container auf Docker-Images

Bei einem Image handelt es sich um eine schreibgeschützte Vorlage, die sämtliche Instruktionen beinhaltet, die die Docker-Engine benötigt, um einen Container zu erzeugen

Als portables Abbild eines Containers wird ein Docker-Image in Form einer Textdatei beschrieben – man spricht von einem Dockerfile
Soll ein Container auf einem System gestartet werden, wird zunächst ein Paket mit dem jeweiligen Image geladen – sofern dieses nicht lokal vorliegt
Das geladene Image stellt das für die Laufzeit benötigte Dateisystem inklusive aller Parameter bereit
Ein Container kann als laufender Prozess eines Images betrachtet werden

Docker-Engine

Mit Docker-Befehlen können Anwenderinnen und Anwender Software-Container direkt aus dem Terminal starten, stoppen und verwalten

Die Ansprache des Daemon erfolgt über das Kommando dockerund Anweisungen wie build (erstelle), pull (lade herunter) oder run (starte)
Client und Server können sich dabei auf dem gleichen System befinden
Alternativ steht Anwendern die Möglichkeit offen, einen Docker-Daemon auf einem anderen System anzusprechen
Je nachdem, welche Art von Verbindung aufgebaut werden soll, erfolgt die Kommunikation zwischen Client und Server über die REST-API, über UNIX-Sockets oder eine Netzwerkschnittstelle

Folgende Grafik veranschaulicht das Zusammenspiel der einzelnen Docker-Komponenten am Beispiel der Kommandos docker build, docker pull und docker run:

Das Kommando docker build weist den Docker-Daemon an, ein Image zu erstellen (gepunktete Linie)

Dazu muss ein entsprechendes Dockerfile vorliegen
Soll das Image nicht selbst erstellt, sondern aus einem Repository im Docker-Hub geladen werden, kommt das Kommando docker pull zum Einsatz (gestrichelte Linie)
Wird der Docker-Daemon via docker run angewiesen, einen Container zu starten, prüft das Hintergrundprogramm zunächst, ob das entsprechende Container-Image lokal vorliegt
Ist dies der Fall, wird der Container ausgeführt (durchgezogene Linie)
Kann der Daemon das Image nicht finden, leitet dieser automatisch ein Pulling aus dem Repository ein