Docker

Docker - Beschreibung

Beschreibung

Container sind eine schlanke Virtualisierungslösung

Prozesse laufen direkt im Kernel des Host-Betriebssystems

abgeschottet von den anderen Prozessen durch Linux-Techniken wie
- cgroups
- namespaces
- unter Windows kommt dafür der WSL2 zum Einsatz
- unter macOS wird eine kleine Virtualisierung genutzt

Vorteile

Container sind nützlich, wenn an mehreren Stellen eine identische Arbeitsumgebung benötigt wird

Man kann dabei entweder die Images (fertige Dateien) oder die Dockerfiles (Anweisungen zum Erzeugen eines Images) im Projekt verteilen
Tatsächlich ist es nicht unüblich, ein Dockerfile in das Projekt-Repo mit einzuchecken

Kein Sicherheitsgewinn

Durch Container hat man allerdings im Gegensatz zu herkömmlichen VMs keinen Sicherheitsgewinn, da die im Container laufende Software ja direkt auf dem Host-Betriebssystem ausgeführt wird

Fertige Images

Es gibt auf DockerHub fertige Images, die man sich ziehen und starten kann

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

VSCode

VSCode kann über das Remote-Plugin sich (u.a.) mit Containern verbinden und dann im Container arbeiten (editieren, compilieren, debuggen, testen, ...)

In dieser kurzen Einheit kann ich Ihnen nur einen ersten Einstieg in das Thema geben

Wir haben uns beispielsweise nicht Docker Compose oder Kubernetes angeschaut, und auch die Themen Netzwerk (zwischen Containern oder zwischen Containern und anderen Rechnern) und Volumnes habe ich außen vor gelassen
Dennoch kommt man in der Praxis bereits mit den hier vermittelten Basiskenntnissen erstaunlich weit

Videos (YouTube)

VL Einführung in Docker
Demo Container in der Konsole
Demo GitLab CI/CD und Docker
Demo GitHub Actions und Docker
Demo VSCode und Docker

Videos (HSBI-Medienportal)

VL Einführung in Docker

Lernziele

(K2) Unterschied zwischen Containern und VMs
(K2) Einsatzgebiete für Container
(K2) Container laufen als abgeschottete Prozesse auf dem Host - kein Sandbox-Effekt
(K3) Container von DockerHub ziehen
(K3) Container starten
(K3) Eigene Container definieren und bauen
(K3) Einsatz von Containern in GitLab CI/CD und GitHub Actions
(K3) Einsatz von VSCode und Containern

Motivation

Motivation CI/CD: WFM (''Works For Me'')

Auf dem CI-Server muss man eine Arbeitsumgebung konfigurieren und bereitstellen, für Java-basierte Projekte muss beispielsweise ein JDK existieren und man benötigt Tools wie Maven oder Gradle, um die Buildskripte auszuführen

Je nach Projekt braucht man dann noch weitere Tools und Bibliotheken
Diese Konfigurationen sind unabhängig vom CI-Server und werden üblicherweise nicht direkt installiert, sondern über eine Virtualisierung bereitgestellt

Selbst wenn man keine CI-Pipelines einsetzt, hat man in Projekten mit mehreren beteiligten Personen häufig das Problem "WFM" ("works for me")

Jeder Entwickler hat sich auf ihrem Rechner eine Entwicklungsumgebung aufgesetzt und nutzt in der Regel seine bevorzugte IDE oder sogar unterschiedliche JDK-Versionen
Dadurch kann es schnell passieren, dass Probleme oder Fehler auftreten, die sich nicht von allen Beteiligten immer nachvollziehen lassen
Hier wäre eine einheitliche Entwicklungsumgebung sinnvoll, die in einer "schlanken" Virtualisierung bereitgestellt wird

Als Entwickler kann man zeitgleich in verschiedenen Projekten beteiligt sein, die unterschiedliche Anforderungen an die Entwicklungstools mit sich bringen

Es könnte beispielsweise passieren, dass man zeitgleich drei bestimmte Python-Versionen benötigt
In den meisten Fällen schafft man es (mit ein wenig Aufwand), diese Tools nebeneinander zu installieren
Oft ist das in der Praxis aber schwierig und fehleranfällig

In diesen Fällen kann eine Virtualisierung helfen

Container vs. VM

Wenn man über Virtualisierung auf dem Desktop spricht, kann man grob zwei Varianten unterscheiden

In beiden Fällen ist die Basis die Hardware (Laptop, Desktop-Rechner) und das darauf laufende (Host-) Betriebssystem (Linux, FreeBSD, macOS, Windows, ...)
Darauf läuft dann wiederum die Virtualisierung

Im rechten Bild wird eine herkömmliche Virtualisierung mit virtuellen Maschinen (VM) dargestellt

Dabei wird in der VM ein komplettes Betriebssystem (das "Gast-Betriebssystem") installiert und darin läuft dann die gewünschte Anwendung
Die Virtualisierung (VirtualBox, VMware, ...) läuft dabei als Anwendung auf dem Host-Betriebssystem und stellt dem Gast-Betriebssystem in der VM einen Rechner mit CPU, RAM,
zur Verfügung und übersetzt die Systemaufrufe in der VM in die entsprechenden Aufrufe im Host-Betriebssystem
Dies benötigt in der Regel entsprechende Ressourcen: Durch das komplette Betriebssystem in der VM ist eine VM (die als Datei im Filesystem des Host-Betriebssystems liegt) oft mehrere 10GB groß
Für die Übersetzung werden zusätzlich Hardwareressourcen benötigt, d.h
hier gehen CPU-Zyklen und RAM "verloren"
Das Starten einer VM dauert entsprechend lange, da hier ein komplettes Betriebssystem hochgefahren werden muss
Dafür sind die Prozesse in einer VM relativ stark vom Host-Betriebssystem abgekapselt, so dass man hier von einer "Sandbox" sprechen kann: Viren o.ä
können nicht so leicht aus einer VM "ausbrechen" und auf das Host-Betriebssystem zugreifen (quasi nur über Lücken im Gast-Betriebssystem kombiniert mit Lücken in der Virtualisierungssoftware)

Im linken Bild ist eine schlanke Virtualisierung auf Containerbasis dargestellt

Die Anwendungen laufen direkt als Prozesse im Host-Betriebssystem, ein Gast-Betriebssystem ist nicht notwendig
Durch den geschickten Einsatz von namespaces und cgroups und anderen in Linux und FreeBSD verfügbaren Techniken werden die Prozesse abgeschottet, d.h
der im Container laufende Prozess "sieht" die anderen Prozesse des Hosts nicht
Die Erstellung und Steuerung der Container übernimmt hier beispielsweise Docker
Die Container sind dabei auch wieder Dateien im Host-Filesystem
Dadurch benötigen Container wesentlich weniger Platz als herkömmliche VMs, der Start einer Anwendung geht deutlich schneller und die Hardwareressourcen (CPU, RAM, ...) werden effizient genutzt
Nachteilig ist, dass hier in der Regel ein Linux-Host benötigt wird (für Windows wird mittlerweile der Linux-Layer (WSL) genutzt; für macOS wurde bisher eine Linux-VM im Hintergrund hochgefahren, mittlerweile wird aber eine eigene schlanke Virtualisierung eingesetzt)
Außerdem steht im Container üblicherweise kein graphisches Benutzerinterface zur Verfügung
Da die Prozesse direkt im Host-Betriebssystem laufen, stellen Container keine Sicherheitsschicht ("Sandboxen") dar!

In allen Fällen muss die Hardwarearchitektur beachtet werden: Auf einer Intel-Maschine können normalerweise keine VMs/Container basierend auf ARM-Architektur ausgeführt werden und umgekehrt

Anhang

Siehe auch

Links

Weblinks

https://www.hsbi.de/elearning/data/FH-Bielefeld/lm_data/lm_1359639/building/docker.html