ظهور الحاويات
لقد أحدثت الحاويات ثورة في طريقة تصميم البرامج وتطويرها ونشرها. لقد ظهرت كحل للتحديات التي يواجهها مطورو البرامج وفرق العمليات، ومعالجة أوجه القصور الناجمة عن البيئات والتكوينات غير المتسقة.
يتضمن نشر التطبيقات التقليدية تكوين النظام الهدف يدويًا وتثبيت التبعيات، مما يؤدي غالبًا إلى مشكلات متعددة، مثل التعارضات وقيود قابلية التوسع والسلوك غير المتوقع. يمكن إرجاع مفهوم النقل بالحاويات إلى أواخر التسعينيات وأوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين باستخدام تقنيات مثل FreeBSD Jails وSolaris Zones وIBM Workload Partitions. ولكن لم تصبح النقل بالحاويات شائعة على نطاق واسع إلا بعد إطلاق Docker في عام 2013.
قامت Docker بتبسيط عملية تجميع التطبيقات وتبعياتها في حاويات محمولة، مما يسهل على المطورين إدارة التطبيقات ونشرها بشكل متسق عبر أنظمة مختلفة. مع اكتساب النقل بالحاويات قوة جذب كبيرة، فقد دفع التحول نحو بنية الخدمات الصغيرة، مما عزز قدرًا أكبر من المرونة وقابلية التوسع في تطوير التطبيقات. لقد أثر هذا التحول النموذجي بشكل عميق على هندسة البرمجيات، حيث شجع التصميمات المعيارية وتبسيط إدارة التطبيقات المعقدة ذات المكونات المتعددة.
فهم الحاويات وفوائدها
الحاويات عبارة عن وحدات خفيفة الوزن ومحمولة ومكتفية بذاتها تعمل على حزم التطبيق وتبعياته، مثل المكتبات والثنائيات وملفات التكوين. توفر الحاويات بيئة متسقة، مما يضمن تشغيل التطبيق بنفس الطريقة، بغض النظر عن البنية التحتية الأساسية. وهي تحقق هذا الاتساق من خلال عزل عمليات التطبيق عن نظام التشغيل المضيف، والقضاء على التعارضات المحتملة وعدم الاتساق بين البيئات. فوائد النقل بالحاويات عديدة، بما في ذلك:
- سرعة النشر: يمكن إطلاق الحاويات في ثوانٍ، مما يوفر سرعة بدء التشغيل وتوسيع نطاق التطبيق. وهذا مهم بشكل خاص في البنى السحابية والخدمات الصغيرة حيث تعد المرونة والاستجابة أمرًا بالغ الأهمية.
- قابلية النقل: تشمل الحاويات كل ما هو مطلوب لتشغيل التطبيق، مما يجعل من السهل التنقل بين البيئات، سواء أثناء التطوير أو الاختبار أو الإنتاج.
- كفاءة الموارد: تتشارك الحاويات في نواة نظام التشغيل المضيف، بدلاً من الحاجة إلى نظام تشغيل ضيف كامل مثل الأجهزة الافتراضية. وينتج عن هذا استخدام أقل للموارد، مما يقلل الحمل الناتج عن تشغيل مثيلات متعددة للتطبيق.
- عزل العملية: تقوم الحاويات بإنشاء عمليات معزولة يتم تنفيذها في مساحة الاسم ونظام الملفات الخاصة بها، مما يمنع التداخل مع الحاويات الأخرى أو نظام التشغيل المضيف. وهذا يعزز الأمان والاستقرار، خاصة في البيئات المشتركة والمتعددة المستأجرين.
- التوافق وقابلية الصيانة: من خلال تغليف التبعيات، تقلل الحاويات من تعقيد التعامل مع إصدارات البرامج ومشكلات التوافق، مما يسهل تحديث مكونات التطبيق أو استرجاعها.
الحاويات مقابل الأجهزة الافتراضية
من المهم التمييز بين الحاويات والأجهزة الافتراضية، لأنها تخدم أغراضًا مختلفة ولها مزايا وعيوب فريدة. يهدف كلاهما إلى توفير العزلة والاتساق للتطبيقات، لكنهما يحققان ذلك من خلال وسائل مختلفة.
الأجهزة الافتراضية (VMs) هي في الأساس بيئات أجهزة تمت محاكاتها، حيث يتم تنفيذ التطبيق وتبعياته ونظام تشغيل ضيف كامل على موارد افتراضية يوفرها برنامج Hypervisor. برنامج Hypervisor عبارة عن طبقة برمجية تدير الأجهزة الافتراضية على النظام المضيف. توفر الأجهزة الافتراضية عزلًا قويًا ولكنها تستهلك موارد أكثر بكثير بسبب الحمل الزائد لتشغيل أنظمة تشغيل ضيف كاملة متعددة.
مصدر الصورة: عامل الميناء
ومن ناحية أخرى، تتميز الحاويات بخفة الوزن والكفاءة. إنهم يتشاركون نواة نظام التشغيل المضيف ويعزلون عمليات التطبيق داخل مساحة الاسم ونظام الملفات الخاصة بهم، دون الحاجة إلى نظام تشغيل ضيف كامل. وينتج عن ذلك أوقات بدء تشغيل أسرع، واستخدام أقل للموارد، وزيادة كثافة النظام المضيف. يجب أن توجه المتطلبات المحددة للتطبيقات والبنية الأساسية الخاصة بك الاختيار بين الحاويات والأجهزة الافتراضية.
على الرغم من أن الأجهزة الافتراضية قد تكون مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب العزلة القوية والبيئات المنفصلة تمامًا، إلا أن الحاويات توفر المزيد من المرونة وكفاءة الموارد في المواقف التي يكون فيها النشر السريع والتوسع أمرًا بالغ الأهمية. عند استخدامها معًا، يمكن للحاويات والأجهزة الافتراضية أن تكمل بعضها البعض ضمن بنية تحتية أكبر، مما يوفر أفضل مزيج من العزلة والمرونة وكفاءة الموارد عند الحاجة. على سبيل المثال، يمكن أن تعمل الأجهزة الافتراضية كطبقة أساسية توفر الأمان وعزل وقت التشغيل، بينما تتيح الحاويات النشر السريع وتوسيع نطاق التطبيقات فوق هذه الأجهزة الافتراضية.
التحول إلى معماريات الخدمات المصغرة
لقد مهدت الحاويات الطريق لظهور الخدمات الصغيرة كنمط معماري برمجي سائد. تستلزم الخدمات المصغرة تقسيم التطبيقات إلى خدمات صغيرة منفصلة تتواصل مع بعضها البعض عبر واجهات برمجة التطبيقات (APIs) . يعزز هذا النهج النمطية، ويسهل الصيانة، وقابلية التوسع، حيث يمكن تطوير الخدمات الفردية واختبارها ونشرها بشكل مستقل.
تسمح طبيعة الحاويات بتغليف كل خدمة في حاويتها الخاصة، مما يوفر عزل العملية والموارد، وهو ما يتطابق تمامًا مع المفاهيم الأساسية لبنية الخدمات الصغيرة. ونتيجة لذلك، تتيح الحاويات إمكانية التوفير السريع والاستخدام الفعال للموارد وزيادة المرونة في إدارة التطبيقات المعقدة القائمة على الخدمات الصغيرة.
من خلال الجمع بين الحاويات والخدمات الصغيرة، يمكن لمطوري البرامج تحقيق التسليم المستمر، مما يمكنهم من تكييف تطبيقاتهم بسرعة وبشكل موثوق مع المتطلبات المتغيرة باستمرار للشركات الحديثة. الميزة الرئيسية للحاويات في الخدمات الصغيرة هي القدرة على توسيع نطاق كل خدمة صغيرة بشكل مستقل. وهذا يسمح باتباع نهج أكثر تفصيلاً لتخصيص الموارد، مما يضمن أن كل خدمة لديها الموارد التي تحتاجها لتعمل بكفاءة دون الإفراط في التزويد. عندما يزداد الطلب على خدمة صغيرة معينة، يمكن توسيع نطاقها تلقائيًا دون التأثير على الخدمات الأخرى في التطبيق.
تأثير الحاويات على تطوير البرمجيات
للحاويات تأثير كبير على تطوير البرمجيات في العديد من المجالات، مثل:
- النشر والاختبار المتسارع: يمكن إطلاق الحاويات بسرعة نظرًا لطبيعتها خفيفة الوزن، مما يؤدي إلى تبسيط عملية التطوير والاختبار. باستخدام الحاويات، يمكن للمطورين إنشاء وتدمير بيئات بأكملها بسهولة في غضون دقائق، مما يجعل اختبار التكوينات والسيناريوهات المختلفة أسهل.
- تحسين قابلية النقل والاتساق: تقوم الحاويات بتجميع كود التطبيق وتبعياته، مما يؤدي إلى إنشاء بيئة معزولة ومتسقة بغض النظر عن البنية التحتية الأساسية. يتيح ذلك للمطورين تشغيل تطبيقاتهم على أي نظام يدعم الحاويات، دون القلق بشأن مشكلات التوافق بين أنظمة التشغيل المختلفة أو بيئات التشغيل.
- إدارة التطبيقات المبسطة: تعمل الحاويات على تبسيط إدارة التطبيقات المعقدة ومتعددة المكونات من خلال السماح بتعبئة كل مكون وتكوينه ونشره بشكل مستقل. وهذا يقلل من التبعيات بين المكونات، ويقلل من انحراف التكوين، ويسهل تحديث المكونات الفردية دون التأثير على النظام بأكمله.
- قابلية التوسع المحسنة: تعمل الحاويات على تسهيل توسيع نطاق التطبيقات، حيث إن نشر المثيلات الإضافية سريع ويستهلك موارد أقل من الأجهزة الافتراضية. وهذا يسمح بالتوسع الديناميكي للتطبيقات بناءً على الطلب، مما يضمن الاستخدام الأمثل للموارد وخفض تكاليف التشغيل.
- دعم DevOps والتكامل/التسليم المستمر: تعزز الحاويات التعاون بين فرق التطوير والعمليات، وتدعم منهجيات DevOps . باستخدام الحاويات، يمكن للفرق إنشاء التطبيقات واختبارها ونشرها بسرعة، مما يجعل مسار التكامل/التسليم المستمر (CI/CD) أكثر كفاءة وفعالية.
التكيف مع أنماط تصميم البرمجيات
وقد دفعت الحاويات أيضًا إلى تطور أنماط تصميم البرمجيات لاستيعاب خصائصها وفوائدها. تستغل هذه الأنماط الجديدة العزلة وقابلية النقل وقابلية التوسع التي توفرها الحاويات. بعض أنماط تصميم البرامج البارزة التي تتأثر بالحاويات هي:
- نمط Sidecar: في نمط Sidecar، يتم نشر حاوية بجانب الحاوية الأساسية، مما يوفر وظائف إضافية تدعم التطبيق الرئيسي. يمكن للحاوية الجانبية التعامل مع مهام المراقبة والتسجيل وإدارة التكوين، مما يسمح للحاوية الأساسية بالتركيز على تنفيذ وظيفتها الأساسية. يعزز هذا النمط الفصل بين الاهتمامات ويبسط تصميم التطبيق الرئيسي.
- نمط السفير: يتضمن نمط السفير نشر حاوية تعمل كوكيل بين حاوية التطبيق الرئيسية والخدمات الخارجية. يتيح هذا النمط تجريد تفاصيل الاتصال، مثل اكتشاف الخدمة وموازنة التحميل وترجمات البروتوكول، مما يسهل على المطورين التفكير في سلوك التطبيق الرئيسي وتبعياته.
- نمط المحول: يستخدم نمط المحول حاوية تقوم بتعديل مخرجات التطبيق الرئيسي أو إدخاله ليتوافق مع توقعات الخدمات أو الأنظمة الأخرى. يوفر هذا النمط طريقة لإدارة حالات عدم الاتساق بين واجهات الخدمة المختلفة دون تعديل التطبيق أو الخدمة الرئيسية، مما يعزز قدرة التصميم على التكيف وقابلية الصيانة.
لقد أعادت الحاويات تشكيل بنية البرمجيات من خلال تمكين التحول نحو الخدمات الصغيرة، مما يوفر المزيد من المرونة وقابلية التوسع وقابلية الصيانة. يتجلى تأثير النقل بالحاويات على تطوير البرمجيات في مجالات مثل النشر المتسارع، وتحسين إمكانية النقل، وإدارة التطبيقات المبسطة، وقابلية التوسع المحسنة، ودعم DevOps.
ونتيجة لذلك، ظهرت أنماط تصميم برمجيات جديدة لاستيعاب هذه التغييرات والاستفادة من الفوائد التي يوفرها النقل بالحاويات. تستمر الحاويات في دفع عجلة الابتكار في تطوير البرمجيات، مما يسمح لكل من المطورين والمؤسسات بإنشاء التطبيقات وإدارتها بشكل أكثر كفاءة وفعالية.
أدوات تنسيق الحاويات ونشرها
تنسيق الحاويات هو عملية أتمتة نشر الحاويات وتوسيع نطاقها وإدارتها. أدى الاستخدام المتزايد للحاويات إلى تعزيز تطوير العديد من أدوات التنسيق والنشر لتبسيط إدارة التطبيقات المعبأة في الحاويات. دعونا نتعمق في بعض أدوات تنسيق الحاويات ونشرها الشائعة التي شكلت طريقة إنشاء التطبيقات الحديثة وتشغيلها.
كوبيرنيتيس
Kubernetes عبارة عن منصة مفتوحة المصدر لتنسيق الحاويات، تم تصميمها في الأصل بواسطة Google، والتي تتيح أتمتة نشر الحاويات وتوسيع نطاقها وإدارتها. ويمكنه تشغيل التطبيقات المعبأة في حاويات عبر مجموعات متعددة، مما يوفر توفرًا عاليًا وقدرات لتحمل الأخطاء. تتضمن بعض الميزات الرئيسية لـ Kubernetes الإصلاح الذاتي، والقياس الأفقي، والتحديثات المتجددة، وتنسيق التخزين، وموازنة التحميل. تشمل الخصائص البارزة لـ Kubernetes ما يلي:
- الاستخدام الفعال للموارد: يعمل Kubernetes على تحسين استخدام الموارد عن طريق تعبئة الحاويات في العقد المضيفة بناءً على متطلبات الموارد.
- المرونة وقابلية التوسعة: يدعم Kubernetes مجموعة واسعة من أوقات تشغيل الحاويات، وبرامج تشغيل التخزين، وموفري الشبكات، مما يضمن أقصى قدر من المرونة في البنية التحتية للحاويات.
- مجتمع مطور قوي: يتمتع Kubernetes بمجتمع كبير ونشط، يساهم في النظام البيئي القوي للمنصة من المكونات الإضافية وعمليات التكامل والحلول المبتكرة.
سرب عامل الميناء
Docker Swarm هي أداة تنسيق حاوية أصلية لمنصة حاوية Docker الشهيرة. ويمكن استخدامه لتشكيل سرب، وهو مجموعة من عقد Docker التي يمكنها تشغيل التطبيقات الموزعة باستخدام تعريفات خدمة الحاوية. يوفر Docker Swarm سهولة الإدارة واكتشاف الخدمة ووظائف موازنة التحميل، مما يجعله خيارًا رائعًا لإدارة حاويات Docker. تتضمن بعض مزايا Docker Swarm ما يلي:
- البساطة: تم تصميم Docker Swarm ليكون بسيطًا وسهل الاستخدام، ويتطلب الحد الأدنى من الإعداد والتكوين.
- التكامل مع أدوات Docker: يعمل Docker Swarm بسلاسة مع أدوات Docker الأخرى مثل Docker Compose وDocker Machine، مما يجعله مناسبًا لأولئك الذين هم على دراية بنظام Docker البيئي.
- منصة غير محددة: يمكن تشغيل Docker Swarm على أي نظام تشغيل وبنية تحتية تدعم Docker.
أباتشي ميسوس
Apache Mesos عبارة عن منصة مفتوحة المصدر لإدارة المجموعات يمكنها إدارة الموارد وجدولة المهام عبر بيئات الحوسبة الموزعة. وهو يدعم تنسيق الحاويات (باستخدام أدوات مثل Marathon وKubernetes) وجدولة التطبيقات الأصلية. تتمثل نقطة البيع الرئيسية لـ Apache Mesos في قدرته على إدارة الموارد على نطاق واسع، حيث يمكنه التعامل مع عشرات الآلاف من العقد في مجموعة واحدة. الميزات الهامة لـ Apache Mesos هي:
- قابلية التوسع: تم تصميم Mesos للأنظمة واسعة النطاق، القادرة على التعامل مع كميات هائلة من الموارد والمهام.
- المجدول الموحد: يستخدم Mesos مجدولًا واحدًا لإدارة الموارد لكل من أحمال العمل المعبأة في حاويات وغير المعبأة في حاويات، مما يبسط إدارة الموارد عبر أنواع التطبيقات المختلفة.
- بنية المكونات الإضافية: يدعم Mesos وحدات الجدولة القابلة للتوصيل، مما يسمح للمستخدمين بتخصيص النظام الأساسي وفقًا لاحتياجاتهم.
التكامل مع الأنظمة الأساسية منخفضة التعليمات البرمجية والتي No-Code
اكتسبت الأنظمة الأساسية منخفضة التعليمات البرمجية والتي لا تحتوي على تعليمات برمجية جذبًا كبيرًا في السنوات الأخيرة، مما أتاح تطوير التطبيقات بكفاءة دون كتابة كميات كبيرة من التعليمات البرمجية. يمكن أن تعمل الحاويات على تحسين أداء هذه الأنظمة الأساسية وقابلية التوسع وقابلية الصيانة. أحد الأمثلة على ذلك هو AppMaster.io ، وهو نظام أساسي قوي no-code يمكّن المستخدمين من إنشاء تطبيقات الواجهة الخلفية والويب والهاتف المحمول بشكل مرئي.
عندما يضغط المستخدم على زر "نشر"، يقوم AppMaster بإنشاء كود المصدر، وتجميع التطبيقات، وتجميعها في حاويات Docker، ونشرها على السحابة. يتيح هذا النهج المبسط تطوير التطبيقات بشكل أسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة مع التخلص من الديون الفنية عن طريق إعادة إنشاء التطبيقات من الصفر كلما تم تعديل المتطلبات. من خلال دمج الحاويات مع الأنظمة الأساسية low-code no-code ، يمكن للمطورين من جميع مستويات المهارات الاستفادة من عملية تطوير التطبيقات الأكثر كفاءة وقابلة للتطوير ويمكن الوصول إليها. يمكن أن تعمل الحاويات أيضًا على تعزيز قدرات هذه المنصات من خلال:
- تبسيط النشر: تقوم الحاويات بتجميع التطبيقات وتبعياتها معًا، مما يضمن تجربة نشر متسقة عبر بيئات التطوير والإنتاج.
- تعزيز قابلية التوسع: مع التطبيقات المعبأة في حاويات، يصبح توسيع نطاق مكونات محددة بشكل مستقل أمرًا سهلاً، مما يسمح للأنظمة الأساسية low-code no-code بتوفير تحكم أكثر دقة في توسيع نطاق التطبيقات.
- تقليل تعقيد البنية التحتية: تقوم الحاويات بتجريد البنية التحتية الأساسية، مما يسهل على الأنظمة low-code no-code برمجية إدارة الموارد الأساسية والتكامل مع موفري الخدمات السحابية المختلفين.
يمهد التآزر بين النقل بالحاويات والأنظمة الأساسية low-code أو no-code الطريق لتجربة تطوير تطبيقات أكثر كفاءة ويمكن الوصول إليها. ومن خلال الجمع بين فوائد النقل بالحاويات وبساطة هذه المنصات، يمكن للشركات أن تظل مبتكرة وقادرة على المنافسة في صناعة التكنولوجيا دائمة التطور.
