Die Entstehung der Containerisierung
Die Containerisierung hat die Art und Weise, wie Software entworfen, entwickelt und bereitgestellt wird, revolutioniert. Es stellte sich als Lösung für die Herausforderungen heraus, mit denen Softwareentwickler und Betriebsteams konfrontiert sind, und behebt die durch inkonsistente Umgebungen und Konfigurationen verursachten Ineffizienzen.
Die herkömmliche Anwendungsbereitstellung umfasst die manuelle Konfiguration des Zielsystems und die Installation von Abhängigkeiten, was häufig zu mehreren Problemen wie Konflikten, Skalierbarkeitseinschränkungen und unvorhersehbarem Verhalten führt. Das Konzept der Containerisierung lässt sich mit Technologien wie FreeBSD Jails, Solaris Zones und IBM Workload Partitions bis in die späten 1990er und frühen 2000er Jahre zurückverfolgen. Aber erst mit der Einführung von Docker im Jahr 2013 wurde die Containerisierung weit verbreitet.
Docker vereinfachte den Prozess der Bündelung von Anwendungen und ihren Abhängigkeiten in tragbaren Containern und erleichterte Entwicklern so die konsistente Verwaltung und Bereitstellung von Anwendungen auf verschiedenen Systemen. Als die Containerisierung an Fahrt gewann, trieb sie den Wandel hin zur Microservices-Architektur voran und förderte eine größere Flexibilität und Skalierbarkeit bei der Anwendungsentwicklung. Dieser Paradigmenwechsel hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Softwarearchitektur, indem er modulare Designs fördert und die Verwaltung komplexer Anwendungen mit mehreren Komponenten vereinfacht.
Container und ihre Vorteile verstehen
Container sind leichte, tragbare und eigenständige Einheiten, die eine Anwendung und ihre Abhängigkeiten wie Bibliotheken, Binärdateien und Konfigurationsdateien verpacken. Container bieten eine konsistente Umgebung und stellen sicher, dass eine Anwendung unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur auf die gleiche Weise ausgeführt wird. Sie erreichen diese Konsistenz, indem sie Anwendungsprozesse vom Host-Betriebssystem isolieren und so potenzielle Konflikte und Inkonsistenzen zwischen Umgebungen beseitigen. Die Vorteile der Containerisierung sind zahlreich, darunter:
- Bereitstellungsgeschwindigkeit: Container können in Sekundenschnelle gestartet werden, was einen schnellen Start und eine schnelle Anwendungsskalierung ermöglicht. Dies ist besonders wichtig in Cloud- und Microservices-basierten Architekturen, bei denen Elastizität und Reaktionsfähigkeit von entscheidender Bedeutung sind.
- Portabilität: Container umfassen alles, was zum Ausführen einer Anwendung erforderlich ist, und erleichtern den Wechsel zwischen Umgebungen, sei es während der Entwicklung, beim Testen oder in der Produktion.
- Ressourceneffizienz: Container teilen sich den Kernel des Host-Betriebssystems, anstatt wie virtuelle Maschinen ein vollständiges Gastbetriebssystem zu benötigen. Dies führt zu einer geringeren Ressourcennutzung und reduziert den Aufwand für die Ausführung mehrerer Instanzen einer Anwendung.
- Prozessisolation: Container erstellen isolierte Prozesse, die in ihrem eigenen Namensraum und Dateisystem ausgeführt werden, wodurch Störungen mit anderen Containern oder dem Host-Betriebssystem verhindert werden. Dies erhöht die Sicherheit und Stabilität, insbesondere in mandantenfähigen und gemeinsam genutzten Umgebungen.
- Kompatibilität und Wartbarkeit: Durch die Kapselung von Abhängigkeiten reduzieren Container die Komplexität des Umgangs mit Softwareversions- und Kompatibilitätsproblemen und erleichtern so die Aktualisierung oder das Rollback von Anwendungskomponenten.
Container versus virtuelle Maschinen
Es ist wichtig, zwischen Containern und virtuellen Maschinen zu unterscheiden, da sie unterschiedlichen Zwecken dienen und einzigartige Vor- und Nachteile haben. Beide zielen darauf ab, Anwendungen isoliert und konsistent zu machen, erreichen dies jedoch auf unterschiedliche Weise.
Virtuelle Maschinen (VMs) sind im Wesentlichen emulierte Hardwareumgebungen, in denen eine Anwendung, ihre Abhängigkeiten und ein vollständiges Gastbetriebssystem auf virtualisierten Ressourcen ausgeführt werden, die von einem Hypervisor bereitgestellt werden. Ein Hypervisor ist eine Softwareschicht, die virtuelle Maschinen auf dem Hostsystem verwaltet. VMs bieten eine starke Isolation, verbrauchen jedoch aufgrund des Mehraufwands durch die Ausführung mehrerer vollständiger Gastbetriebssysteme deutlich mehr Ressourcen.
Bildquelle: Docker
Container hingegen sind leicht und effizient. Sie teilen sich den Kernel des Host-Betriebssystems und isolieren die Anwendungsprozesse innerhalb ihres Namensraums und Dateisystems, ohne dass ein komplettes Gastbetriebssystem erforderlich ist. Dies führt zu schnelleren Startzeiten, geringerem Ressourcenverbrauch und höherer Dichte auf dem Hostsystem. Die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendungen und Infrastruktur sollten die Wahl zwischen Containern und VMs leiten.
Während VMs möglicherweise für Szenarien geeignet sind, in denen eine starke Isolation und völlig separate Umgebungen erforderlich sind, bieten Container mehr Agilität und Ressourceneffizienz in Situationen, in denen eine schnelle Bereitstellung und Skalierung entscheidend sind. Bei gemeinsamer Verwendung können Container und virtuelle Maschinen einander innerhalb einer größeren Infrastruktur ergänzen und bei Bedarf die beste Kombination aus Isolation, Flexibilität und Ressourceneffizienz bieten. Beispielsweise können VMs als Basisschicht für Sicherheit und Laufzeitisolation dienen, während Container eine schnelle Bereitstellung und Skalierung von Anwendungen auf diesen VMs ermöglichen.
Der Wandel zu Microservices-Architekturen
Die Containerisierung hat den Weg für den Aufstieg von Microservices als vorherrschendes Software-Architekturmuster geebnet. Bei Microservices werden Anwendungen in kleine, diskrete Dienste zerlegt, die über APIs miteinander kommunizieren. Dieser Ansatz verbessert die Modularität, erleichtert die Wartung und Skalierbarkeit, da einzelne Dienste unabhängig voneinander entwickelt, getestet und bereitgestellt werden können.
Die Beschaffenheit von Containern ermöglicht die Kapselung jedes Dienstes in einem eigenen Container und sorgt so für Prozess- und Ressourcenisolation, was perfekt zu den Konzepten passt, die der Microservices-Architektur zugrunde liegen. Dadurch ermöglicht die Containerisierung eine schnelle Bereitstellung, eine effiziente Ressourcennutzung und eine erhöhte Flexibilität bei der Verwaltung komplexer Microservices-basierter Anwendungen.
Durch die Kombination von Containern mit Microservices können Softwareentwickler eine kontinuierliche Bereitstellung erreichen und so ihre Anwendungen schnell und zuverlässig an die sich ständig ändernden Anforderungen moderner Unternehmen anpassen. Ein wesentlicher Vorteil der Containerisierung in Microservices ist die Möglichkeit, jeden Microservice unabhängig zu skalieren. Dies ermöglicht einen detaillierteren Ansatz bei der Ressourcenzuweisung und stellt sicher, dass jeder Dienst über die Ressourcen verfügt, die er für einen effizienten Betrieb ohne Überbereitstellung benötigt. Wenn die Nachfrage nach einem bestimmten Mikrodienst steigt, kann dieser automatisch skaliert werden, ohne dass andere Dienste in der Anwendung beeinträchtigt werden.
Auswirkungen der Containerisierung auf die Softwareentwicklung
Die Containerisierung hat in vielen Bereichen erhebliche Auswirkungen auf die Softwareentwicklung , wie zum Beispiel:
- Beschleunigte Bereitstellung und Tests: Container können aufgrund ihres geringen Gewichts schnell gestartet werden, was den Entwicklungs- und Testprozess rationalisiert. Mit der Containerisierung können Entwickler ganz einfach innerhalb von Minuten ganze Umgebungen erstellen und zerstören, was das Testen verschiedener Konfigurationen und Szenarien erleichtert.
- Verbesserte Portabilität und Konsistenz: Container bündeln den Anwendungscode und seine Abhängigkeiten und schaffen so eine isolierte und konsistente Umgebung, unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur. Dadurch können Entwickler ihre Anwendungen auf jedem System ausführen, das Container unterstützt, ohne sich Gedanken über Kompatibilitätsprobleme zwischen verschiedenen Betriebssystemen oder Laufzeitumgebungen machen zu müssen.
- Vereinfachtes Anwendungsmanagement: Container vereinfachen die Verwaltung komplexer Mehrkomponentenanwendungen, indem sie es ermöglichen, jede Komponente unabhängig zu packen, zu konfigurieren und bereitzustellen. Dies reduziert Abhängigkeiten zwischen Komponenten, minimiert Konfigurationsabweichungen und erleichtert die Aktualisierung einzelner Komponenten, ohne das gesamte System zu beeinträchtigen.
- Verbesserte Skalierbarkeit: Container erleichtern die Skalierung von Anwendungen, da die Bereitstellung zusätzlicher Instanzen schnell erfolgt und weniger Ressourcen verbraucht als virtuelle Maschinen. Dies ermöglicht eine dynamische Skalierung von Anwendungen je nach Bedarf und sorgt so für eine optimale Ressourcennutzung und reduzierte Betriebskosten.
- Unterstützung für DevOps und Continuous Integration/Delivery: Containerisierung fördert die Zusammenarbeit zwischen Entwicklungs- und Betriebsteams und unterstützt DevOps-Methoden . Mit Containern können Teams Anwendungen schnell erstellen, testen und bereitstellen, wodurch die Continuous Integration/Delivery (CI/CD)-Pipeline effizienter und effektiver wird.
Anpassen von Software-Designmustern
Die Containerisierung hat auch zur Entwicklung von Software-Designmustern geführt, um deren Merkmale und Vorteile zu berücksichtigen. Diese neuen Muster nutzen die Isolation, Portabilität und Skalierbarkeit, die Container bieten. Einige bemerkenswerte Software-Designmuster, die von der Containerisierung beeinflusst werden, sind:
- Sidecar-Muster: Beim Sidecar-Muster wird ein Container neben dem Primärcontainer bereitgestellt, der zusätzliche Funktionen bereitstellt, die die Hauptanwendung unterstützen. Der Sidecar-Container kann Überwachungs-, Protokollierungs- und Konfigurationsverwaltungsaufgaben übernehmen, sodass sich der Primärcontainer auf die Ausführung seiner Kernfunktion konzentrieren kann. Dieses Muster fördert die Trennung von Belangen und vereinfacht das Design der Hauptanwendung.
- Ambassador-Muster: Das Ambassador-Muster beinhaltet die Bereitstellung eines Containers, der als Proxy zwischen dem Hauptanwendungscontainer und externen Diensten fungiert. Dieses Muster ermöglicht die Abstraktion von Kommunikationsdetails wie Diensterkennung, Lastausgleich und Protokollübersetzungen, sodass Entwickler leichter über das Verhalten und die Abhängigkeiten der Hauptanwendung nachdenken können.
- Adaptermuster: Das Adaptermuster verwendet einen Container, der die Ausgabe oder Eingabe der Hauptanwendung ändert, um sie an die Erwartungen anderer Dienste oder Systeme anzupassen. Dieses Muster bietet eine Möglichkeit, Inkonsistenzen zwischen verschiedenen Dienstschnittstellen zu verwalten, ohne die Hauptanwendung oder den Hauptdienst zu ändern, wodurch die Anpassungsfähigkeit und Wartbarkeit des Designs verbessert wird.
Die Containerisierung hat die Softwarearchitektur verändert, indem sie eine Verlagerung hin zu Microservices ermöglicht und mehr Flexibilität, Skalierbarkeit und Wartbarkeit bietet. Die Auswirkungen der Containerisierung auf die Softwareentwicklung zeigen sich in Bereichen wie beschleunigter Bereitstellung, verbesserter Portabilität, vereinfachtem Anwendungsmanagement, verbesserter Skalierbarkeit und Unterstützung für DevOps.
Infolgedessen sind neue Software-Designmuster entstanden, um diesen Änderungen Rechnung zu tragen und die Vorteile der Containerisierung zu nutzen. Die Containerisierung treibt weiterhin Innovationen in der Softwareentwicklung voran und ermöglicht es sowohl Entwicklern als auch Organisationen, Anwendungen effizienter und effektiver zu erstellen und zu verwalten.
Container-Orchestrierungs- und Bereitstellungstools
Bei der Container-Orchestrierung handelt es sich um den Prozess der Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Containern. Der zunehmende Einsatz der Containerisierung hat die Entwicklung mehrerer Orchestrierungs- und Bereitstellungstools vorangetrieben, um die Verwaltung von Containeranwendungen zu optimieren. Werfen wir einen Blick auf einige beliebte Container-Orchestrierungs- und Bereitstellungstools, die die Art und Weise geprägt haben, wie moderne Anwendungen erstellt und ausgeführt werden.
Kubernetes
Kubernetes ist eine Open-Source-Container-Orchestrierungsplattform, die ursprünglich von Google entwickelt wurde und die Automatisierung der Containerbereitstellung, -skalierung und -verwaltung ermöglicht. Es kann Containeranwendungen über mehrere Cluster hinweg ausführen und bietet so Hochverfügbarkeit und Fehlertoleranz. Zu den wichtigsten Funktionen von Kubernetes gehören Selbstheilung, horizontale Skalierung, fortlaufende Updates, Speicherorchestrierung und Lastausgleich. Zu den bemerkenswerten Merkmalen von Kubernetes gehören:
- Effiziente Ressourcennutzung: Kubernetes optimiert die Ressourcennutzung, indem Container basierend auf den Ressourcenanforderungen auf Hostknoten gepackt werden.
- Flexibilität und Erweiterbarkeit: Kubernetes unterstützt eine Vielzahl von Container-Laufzeiten, Speichertreibern und Netzwerkanbietern und sorgt so für maximale Flexibilität in der Container-Infrastruktur.
- Starke Entwickler-Community: Kubernetes verfügt über eine große, aktive Community, die zum leistungsstarken Ökosystem der Plattform aus Plugins, Integrationen und innovativen Lösungen beiträgt.
Docker-Schwarm
Docker Swarm ist ein natives Container-Orchestrierungstool für die beliebte Docker Containerplattform. Es kann verwendet werden, um einen Schwarm zu bilden, eine Gruppe von Docker-Knoten, die verteilte Anwendungen mithilfe von Container-Service-Definitionen ausführen können. Docker Swarm bietet einfache Verwaltungs-, Serviceerkennungs- und Lastausgleichsfunktionen und ist somit eine hervorragende Wahl für die Verwaltung von Docker-Containern. Zu den Vorteilen von Docker Swarm gehören:
- Einfachheit: Docker Swarm ist einfach und benutzerfreundlich konzipiert und erfordert nur minimale Einrichtung und Konfiguration.
- Integration mit Docker-Tools: Docker Swarm arbeitet nahtlos mit anderen Docker-Tools wie Docker Compose und Docker Machine zusammen und ist somit praktisch für diejenigen, die bereits mit dem Docker-Ökosystem vertraut sind.
- Plattformunabhängig: Docker Swarm kann auf jedem Betriebssystem und jeder Infrastruktur ausgeführt werden, die Docker unterstützt.
Apache Mesos
Apache Mesos ist eine Open-Source-Cluster-Management-Plattform, die Ressourcen verwalten und Aufgaben in verteilten Computerumgebungen planen kann. Es unterstützt sowohl die Container-Orchestrierung (mit Tools wie Marathon und Kubernetes) als auch die native Anwendungsplanung. Das wichtigste Verkaufsargument von Apache Mesos ist seine Fähigkeit, Ressourcen im großen Maßstab zu verwalten, da es Zehntausende von Knoten in einem einzigen Cluster verwalten kann. Kritische Funktionen von Apache Mesos sind:
- Skalierbarkeit: Mesos ist für große Systeme konzipiert und in der Lage, riesige Mengen an Ressourcen und Aufgaben zu bewältigen.
- Einheitlicher Scheduler: Mesos verwendet einen einzigen Scheduler zur Verwaltung von Ressourcen sowohl für containerisierte als auch für nicht-containerisierte Arbeitslasten und vereinfacht so die Ressourcenverwaltung über verschiedene Anwendungstypen hinweg.
- Plug-in-Architektur: Mesos unterstützt steckbare Planungsmodule, sodass Benutzer die Plattform an ihre Bedürfnisse anpassen können.
Integration mit Low-Code- und No-Code Plattformen
Low-Code- und No-Code-Plattformen haben in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen und ermöglichen eine effiziente Anwendungsentwicklung, ohne große Codemengen schreiben zu müssen. Die Containerisierung kann die Leistungsoptimierung, Skalierbarkeit und Wartbarkeit dieser Plattformen verbessern. Ein solches Beispiel ist AppMaster.io , eine leistungsstarke no-code Plattform, die es Benutzern ermöglicht, Backend-, Web- und mobile Anwendungen visuell zu erstellen.
Wenn ein Benutzer auf die Schaltfläche „Veröffentlichen“ klickt, generiert AppMaster Quellcode, kompiliert die Anwendungen, verpackt sie in Docker-Container und stellt sie in der Cloud bereit. Dieser optimierte Ansatz ermöglicht eine schnellere und kostengünstigere Anwendungsentwicklung und beseitigt gleichzeitig technische Schulden, indem Anwendungen bei jeder Änderung der Anforderungen von Grund auf neu generiert werden. Durch die Integration der Containerisierung in low-code und no-code Plattformen können Entwickler aller Erfahrungsstufen von einem effizienteren, skalierbareren und zugänglicheren Anwendungsentwicklungsprozess profitieren. Die Containerisierung kann die Fähigkeiten dieser Plattformen auch verbessern, indem sie:
- Vereinfachte Bereitstellung: Container bündeln Anwendungen und ihre Abhängigkeiten und sorgen so für ein konsistentes Bereitstellungserlebnis in allen Entwicklungs- und Produktionsumgebungen.
- Verbesserung der Skalierbarkeit: Mit containerisierten Anwendungen wird die unabhängige Skalierung bestimmter Komponenten einfacher, sodass low-code und no-code Plattformen eine detailliertere Kontrolle über die Anwendungsskalierung bieten können.
- Reduzierung der Infrastrukturkomplexität: Container abstrahieren die zugrunde liegende Infrastruktur und erleichtern so low-code und no-code Plattformen die Verwaltung zugrunde liegender Ressourcen und die Integration mit verschiedenen Cloud-Anbietern.
Die Synergie zwischen Containerisierung und low-code oder no-code Plattformen ebnet den Weg für eine effizientere und zugänglichere Anwendungsentwicklung. Durch die Kombination der Vorteile der Containerisierung und der Einfachheit dieser Plattformen können Unternehmen in einer sich ständig weiterentwickelnden Technologiebranche innovativ und wettbewerbsfähig bleiben.
