Docker und Microservices
Die Microservices-Architektur ist in den letzten Jahren immer beliebter geworden, da sie erhebliche Vorteile in Bezug auf Skalierbarkeit, Flexibilität und Wartung von Softwareanwendungen bietet. Im Kern handelt es sich bei Microservices um ein Architekturmuster, bei dem eine einzelne Anwendung aus einer Sammlung kleiner, unabhängiger Dienste besteht, die jeweils für eine bestimmte Funktionalität zuständig sind und über APIs miteinander kommunizieren. Diese Modularität ermöglicht eine schnelle Entwicklung, Bereitstellung, einfachere Tests und eine bequeme Skalierung von Anwendungen.
In diesem Zusammenhang erweist sich Docker als ein leistungsfähiges Werkzeug für die Arbeit mit Microservices. Docker ist eine Open-Source-Plattform, die die Anwendungsentwicklung, -bereitstellung und -verwaltung durch Containerisierung erleichtert. Sie ermöglicht es Entwicklern, Anwendungen und ihre Abhängigkeiten in leichtgewichtigen, portablen Containern zu verpacken und so sicherzustellen, dass Anwendungen in verschiedenen Umgebungen und Entwicklungsstadien konsistent ausgeführt werden. Durch den Einsatz von Docker können Entwickler den Prozess der Erstellung, Verwaltung und Skalierung von Microservices effizienter gestalten.
Warum Docker für die Microservices-Architektur verwenden?
Docker und Microservices passen aus mehreren Gründen sehr gut zusammen.
Standardisierte Umgebung
Mit Docker können Entwickler eine standardisierte Anwendungsumgebung erstellen, indem sie alle erforderlichen Komponenten, einschließlich der Anwendung selbst, Bibliotheken und Abhängigkeiten, in eine einzige, in sich geschlossene Einheit, einen Container, packen. Diese Standardisierung verringert das Risiko von Umgebungsinkonsistenzen, die zwischen Entwicklungs-, Staging- und Produktionsumgebungen auftreten können, und stellt sicher, dass sich Microservices konsistent wie erwartet verhalten.
Beschleunigte Entwicklung
Die Verwendung von Docker-Containern beschleunigt die Entwicklungsprozesse für Microservices erheblich. Da es sich bei jedem Container um eine isolierte Umgebung handelt, können Entwickler an einzelnen Diensten arbeiten, ohne sich Gedanken über kollidierende Abhängigkeiten oder Bibliotheken machen zu müssen. Darüber hinaus können Docker-Images problemlos von den Teammitgliedern gemeinsam genutzt werden, so dass sie Anwendungen schnell auf ihren lokalen Rechnern bereitstellen und ausführen können, was die Entwicklung und Zusammenarbeit beschleunigt.
Verbesserte Portabilität
Mit Docker erstellte Container sind hochgradig portabel und ermöglichen es Entwicklern, Anwendungen problemlos zwischen verschiedenen Umgebungen und Plattformen zu verschieben. Diese Portabilität stellt sicher, dass Microservices unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur auf verschiedenen Systemen bereitgestellt und ausgeführt werden können. So können sich die Entwicklungsteams auf die Erstellung der bestmöglichen Anwendungen konzentrieren, ohne sich um systemspezifische Feinheiten kümmern zu müssen.
Geringerer Verbrauch von Systemressourcen
Die Microservices-Architektur kann zu einem erhöhten Ressourcenverbrauch führen, da jeder Dienst auf separaten Rechnern ausgeführt wird, was zu einem Overhead an Systemressourcen führt. Docker löst dieses Problem durch die Erstellung von leichtgewichtigen Containern, die sich die zugrunde liegenden Ressourcen des Hostsystems teilen, wodurch der Gesamtressourcenverbrauch im Vergleich zum Betrieb mehrerer virtueller Maschinen reduziert wird.
Vereinfachte Verwaltung von Microservices
Docker vereinfacht die Verwaltung und Überwachung von Microservices, indem es eine einheitliche Umgebung für die Bereitstellung und Ausführung von Containern bereitstellt. Entwickler können Tools wie Docker Compose verwenden, um den gesamten Anwendungsstapel zu definieren, einschließlich einzelner Microservices und ihrer Abhängigkeiten, wodurch die Bereitstellung und Verwaltung von Diensten vereinfacht wird.
Containerisierung von Microservices mit Docker
Die Containerisierung von Microservices mit Docker umfasst die Erstellung einer Dockerdatei, die Anweisungen zum Erstellen eines Docker-Images enthält. Dieser Abschnitt führt Sie durch den Prozess der Containerisierung eines Microservice-Beispiels mit Docker.
Erstellen eines Dockerfiles
Ein Dockerfile ist ein Skript, das Anweisungen für die Erstellung eines Docker-Images enthält. Das Dockerfile definiert das Basisimage, den Quellcode der Anwendung, Abhängigkeiten und Konfigurationen, die für die Ausführung des Dienstes erforderlich sind. Erstellen Sie eine neue Datei mit dem Namen `Dockerfile` im Stammverzeichnis Ihres Microservices.
Definieren Sie das Basis-Image
Legen Sie das Basis-Image für Ihren Microservice fest, indem Sie den Befehl `FROM` zu Ihrem Dockerfile hinzufügen. Das Basis-Image ist die Grundlage für Ihren Container und stellt die erforderliche Laufzeitumgebung bereit. Es ist wichtig, ein geeignetes Basis-Image für Ihren Microservice auszuwählen, z. B. ein offizielles, minimales Image, das von Docker bereitgestellt wird, oder ein benutzerdefiniertes Image, das auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist. Wenn Ihr Microservice zum Beispiel in Node.js entwickelt wurde, könnten Sie die folgende Zeile in Ihrem Dockerfile verwenden:
FROM node:14Festlegen des Arbeitsverzeichnisses
Legen Sie das Arbeitsverzeichnis des Containers mit dem Befehl `WORKDIR` fest. Dieses Verzeichnis wird verwendet, um den Quellcode und die Abhängigkeiten der Anwendung zu speichern.
WORKDIR /appKopieren des Quellcodes und der Abhängigkeiten
Kopieren Sie den Quellcode und alle erforderlichen Dateien mit dem Befehl `COPY` vom lokalen Rechner in den Container. Installieren Sie außerdem die erforderlichen Abhängigkeiten mithilfe von Paketmanagern wie npm, pip oder Maven.
COPY paket*.json ./ RUN npm install COPY .Freigeben des Service-Ports
Geben Sie den Port an, über den der Microservice erreichbar sein wird, indem Sie den Befehl "EXPOSE" verwenden. Dies ermöglicht die Kommunikation mit dem Microservice von anderen Containern oder externen Diensten.
EXPOSE 8080Starten Sie die Anwendung
Starten Sie den Microservice mit dem Befehl `CMD` und geben Sie den Befehl an, der zur Ausführung der Anwendung erforderlich ist.
CMD ["npm", "start"]Nachdem Sie die Dockerdatei erstellt haben, erstellen Sie das Docker-Image, indem Sie den folgenden Befehl in demselben Verzeichnis wie die Dockerdatei ausführen:
docker build -t your-image-name .Starten Sie schließlich den Docker-Container mit dem neu erstellten Image:
docker run -p 8080:8080 ihr-image-nameIhr Microservice ist nun containerisiert und läuft in einem Docker-Container. Dieser Prozess kann für jeden Microservice in Ihrer Anwendung wiederholt werden, so dass Sie Ihre Microservices auf eine rationalisierte, effiziente und konsistente Weise entwickeln, testen und bereitstellen können.
Bereitstellen und Orchestrieren von Docker-Containern
Die Bereitstellung und Orchestrierung von Docker-Containern ist ein wesentlicher Bestandteil der Verwaltung von Microservice-Architekturen. Container-Orchestrierungstools automatisieren die Bereitstellung, Verwaltung und Skalierung einzelner Container und stellen sicher, dass die Microservices effizient zusammenarbeiten. Zwei beliebte Container-Orchestrierungsplattformen sind Kubernetes und Docker Swarm.
Kubernetes
Kubernetes ist eine Open-Source-Container-Orchestrierungsplattform, die die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen automatisiert. Sie ist aufgrund ihrer leistungsstarken Funktionen und ihres leistungsfähigen Ökosystems weit verbreitet. Zu den wichtigsten Vorteilen von Kubernetes gehören:
- Skalierbarkeit: Kubernetes verwendet eine deklarative Konfiguration, um die Skalierung von Containern zu verwalten und erleichtert so die bedarfsgerechte Skalierung von Anwendungen.
- Hohe Verfügbarkeit: Kubernetes sorgt für hohe Verfügbarkeit, indem es Container auf verschiedene Knoten verteilt und bei Ausfällen automatisch einen Neustart der Container durchführt.
- Lastausgleich: Kubernetes kann Anfragen auf mehrere Instanzen eines Microservices verteilen und so die Leistung und Fehlertoleranz verbessern.
- Protokollierung und Überwachung: Kubernetes lässt sich in verschiedene Protokollierungs- und Überwachungstools integrieren und vereinfacht so die Verfolgung des Zustands und der Leistung von Anwendungen.
Docker Swarm
Docker Swarm ist eine native Clustering- und Orchestrierungslösung für Docker-Container. Sie ist direkt in die Docker-Plattform integriert, was sie zu einer einfachen und intuitiven Wahl für Docker-Benutzer macht. Docker Swarm bietet die folgenden Vorteile:
- Einfache Einrichtung: Docker Swarm erfordert keine umfangreiche Installation oder Konfiguration. Es arbeitet nahtlos mit der Docker-Befehlszeilenschnittstelle (CLI) und der API zusammen und macht die Bereitstellung und Verwaltung von Containern einfach.
- Skalierung: Mit Docker Swarm können Benutzer Dienste schnell und effizient skalieren, indem sie die Anzahl der Container-Replikate für jeden Dienst anpassen.
- Lastausgleich: Docker Swarm verteilt die Anfragen automatisch auf die Container und verbessert so die Leistung und Ausfallsicherheit der Anwendung.
- Erkennung von Diensten: Docker Swarm enthält einen eingebetteten DNS-Server für die Service-Erkennung, der es Containern ermöglicht, einander zu erkennen und miteinander zu kommunizieren.
Bildquelle: Docker Docs
Sowohl Kubernetes als auch Docker Swarm sind beliebte Orchestrierungstools für die Verwaltung von Docker-Containern in Microservices-Architekturen. Die Wahl des geeigneten Tools hängt von den spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung sowie von der vorhandenen Infrastruktur und dem Fachwissen Ihres Teams ab.
Erstellen einer Dockerized Microservices-Anwendung
Gehen wir die Schritte zur Erstellung einer Microservices-Anwendung mit Docker durch:
- Microservices entwerfen: Zerlegen Sie Ihre Anwendung in mehrere kleine, modulare Dienste, die unabhängig voneinander entwickelt, bereitgestellt und skaliert werden können. Jeder Microservice sollte eine klar definierte Verantwortung haben und mit anderen über APIs oder Messaging-Warteschlangen kommunizieren.
- Erstellen Sie Dockerdateien: Erstellen Sie für jeden Microservice ein Dockerfile, das das Basis-Image, den Anwendungscode, die Abhängigkeiten und die Konfiguration angibt, die für die Erstellung eines Docker-Images erforderlich sind. Dieses Image wird verwendet, um Microservices als Container bereitzustellen.
- Docker-Abbilder erstellen: Führen Sie den Docker-Build-Befehl aus, um Docker-Abbilder für jeden Microservice zu erstellen, und befolgen Sie dabei die in den entsprechenden Dockerdateien definierten Anweisungen.
- Vernetzung erstellen: Richten Sie ein Netzwerk zwischen Containern ein, um die Kommunikation zwischen Microservices zu ermöglichen. Die Vernetzung kann mit Docker Compose oder einem Container-Orchestrierungstool wie Kubernetes oder Docker Swarm erfolgen.
- Load Balancing konfigurieren: Richten Sie einen Load Balancer ein, um Anfragen auf die Instanzen der Microservices zu verteilen und so eine optimale Leistung und Fehlertoleranz zu gewährleisten. Verwenden Sie Tools wie Kubernetes Ingress oder den integrierten Lastausgleich von Docker Swarm.
- Microservices bereitstellen: Stellen Sie Ihre Microservices als Docker-Container bereit, indem Sie die Container-Orchestrierungsplattform Ihrer Wahl verwenden. Dadurch wird eine Umgebung geschaffen, in der Microservices ausgeführt werden, miteinander kommunizieren und bei Bedarf skaliert werden können.
Sobald alle diese Schritte abgeschlossen sind, ist die Microservices-Anwendung einsatzbereit, wobei jeder Microservice als Docker-Container bereitgestellt wird.
Überwachung und Skalierung von Docker-basierten Microservices
Überwachung und Skalierung sind für die Gewährleistung der Leistung, Zuverlässigkeit und Effizienz einer Docker-Microservices-Anwendung von entscheidender Bedeutung. Im Folgenden finden Sie einige wichtige Strategien, die Sie berücksichtigen sollten:
Überwachung
Überwachungstools helfen dabei, den Zustand und die Leistung von Docker-Containern zu überwachen, um sicherzustellen, dass Ihre Microservices optimal ausgeführt werden. Einige beliebte Überwachungstools sind:
- Prometheus: Ein leistungsstarkes Open-Source-Überwachungs- und Alarmierungs-Toolkit für containerisierte Umgebungen, einschließlich Integrationen mit Grafana zur Visualisierung und Alarmierung.
- Datadog: Eine umfassende Observability-Plattform, die Container-Metriken, Protokolle und Traces aggregieren kann und so Echtzeit-Einblicke in die Anwendungsleistung bietet.
- ELK-Stack: Eine Kombination aus Elasticsearch, Logstash und Kibana, die für die zentralisierte Suche, Analyse und Visualisierung von Protokollen aus Docker-Containern verwendet wird.
Stellen Sie sicher, dass Ihre Überwachungseinrichtung relevante Metriken, Protokolle und Leistungsdaten sammelt, um potenzielle Probleme zu erkennen und effektiv zu beheben.
Skalierung
Bei der Skalierung von Docker-Microservices muss die Anzahl der Container, in denen die einzelnen Dienste ausgeführt werden, angepasst werden, um sich an unterschiedliche Arbeitslasten und Anforderungen anzupassen. Container-Orchestrierungsplattformen wie Kubernetes und Docker Swarm erleichtern die automatische Skalierung, so dass Sie sich auf die Verbesserung der Anwendungsfunktionalität konzentrieren können.
- Horizontale Skalierung: Bei der horizontalen Skalierung wird die Anzahl der Instanzen für jeden Microservice je nach Bedarf erhöht oder verringert. Dies kann durch Anpassung der gewünschten Replikate für jeden Dienst in der Konfiguration der Orchestrierungsplattform erreicht werden.
- Vertikale Skalierung: Bei der vertikalen Skalierung werden die den einzelnen Containern zugewiesenen Ressourcen wie CPU- und Speicherlimits angepasst. Dies gewährleistet eine optimale Ressourcennutzung und kann über die Konfiguration der Orchestrierungsplattform verwaltet werden.
Durch eine effektive Überwachung und Skalierung von Docker-Microservices-Anwendungen können Sie die Effizienz maximieren und eine hohe Verfügbarkeit, Leistung und Ausfallsicherheit gewährleisten.
Best Practices für Docker und Microservices
Die Verwendung von Docker in einer Microservices-Architektur bietet zahlreiche Vorteile. Um jedoch das Potenzial von Docker zu maximieren und einen nahtlosen Entwicklungs- und Bereitstellungsprozess zu gewährleisten, müssen einige Best Practices beachtet werden:
- Minimieren Sie die Größe von Docker-Images: Wenn Docker-Images klein gehalten werden, lassen sich die Build-Zeiten und der Ressourcenverbrauch reduzieren, was in einer Microservices-Architektur besonders wichtig ist. Setzen Sie mehrstufige Builds ein, verwenden Sie kleine und geeignete Basis-Images und entfernen Sie alle unnötigen Dateien aus dem endgültigen Image.
- Mehrschichtige Architektur für Docker-Images: Strukturieren Sie Ihre Docker-Images mit einer mehrschichtigen Architektur, um die Erstellungszeiten zu verkürzen. Schichten werden von Docker während des Build-Prozesses zwischengespeichert, d. h., wenn sich der Inhalt einer Schicht nicht geändert hat, wird sie nicht neu erstellt. Organisieren Sie Ihre Dockerdatei so, dass Sie die Vorteile dieser Funktion nutzen können, indem Sie häufig geänderte Schichten an das Ende der Datei stellen.
- Konsistente Kennzeichnung und Versionierung von Bildern: Kennzeichnen und versionieren Sie Ihre Images ordnungsgemäß, um Änderungen leicht nachvollziehen und bei Bedarf zu früheren Versionen zurückkehren zu können. Dies hilft bei der Aufrechterhaltung der Anwendungsstabilität und vereinfacht die Fehlersuche.
- Protokollierung und Überwachung implementieren: Integrieren Sie Protokollierungs- und Überwachungslösungen, um Ihre containerisierten Microservices effektiv zu verwalten und zu überwachen. Docker bietet native Protokollierungstreiber, aber Sie können auch Tools von Drittanbietern integrieren, die für Microservices-Architekturen konzipiert sind, wie Elasticsearch, Logstash und Kibana (ELK Stack) oder Prometheus.
- Führen Sie Container-Orchestrierungsplattformen ein: Verwenden Sie Container-Orchestrierungs-Tools wie Kubernetes oder Docker Swarm, um die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung zu automatisieren. Diese Tools erledigen komplexe Aufgaben wie Lastausgleich, rollende Updates und automatisierte Skalierung und sorgen dafür, dass Ihre Microservices effizient und effektiv funktionieren.
- Erhöhen Sie die Sicherheit: Verbessern Sie die Sicherheit Ihrer containerisierten Microservices, indem Sie das Prinzip der geringsten Privilegien anwenden, sichere Basis-Images verwenden und die Angriffsfläche durch Begrenzung der Anzahl der installierten Pakete minimieren. Aktivieren Sie die Netzwerksegmentierung zwischen den Diensten und scannen Sie nach Schwachstellen in Ihren Docker-Images.
- Verwenden Sie Umgebungsvariablen für die Konfiguration: Entkoppeln Sie die Konfiguration von Docker-Images und verwenden Sie Umgebungsvariablen, um eine bessere Trennung der Bereiche zu erreichen. Dadurch wird sichergestellt, dass ein einzelnes Docker-Image für verschiedene Umgebungen unterschiedlich konfiguriert werden kann, was die Flexibilität erhöht und Doppelarbeit reduziert.
Fazit
Die Verwendung von Docker in einer Microservices-Architektur ermöglicht es Entwicklern und Unternehmen, die Vorteile der Containerisierung voll auszuschöpfen, was zu agileren, effizienteren und skalierbareren Anwendungen führt. Wenn Sie die oben beschriebenen Best Practices befolgen, können Sie Docker nahtlos in Ihre Entwicklungs- und Bereitstellungsprozesse in einer Microservices-Architektur integrieren und die Art und Weise, wie Sie Ihre Anwendungen erstellen und warten, verändern.
Darüber hinaus kann die Integration von Docker mit No-Code-Plattformen wie AppMaster die Erfahrung bei der Anwendungsentwicklung verbessern. AppMaster ermöglicht es Benutzern, Web-, Mobil- und Backend-Anwendungen visuell zu erstellen, und der generierte Quellcode kann mit Docker für eine reibungslose und skalierbare Bereitstellung containerisiert und verwaltet werden. Die Kombination der Leistungsfähigkeit von Docker und AppMaster kann den Prozess der Anwendungsentwicklung erheblich verbessern und ihn effizienter, kostengünstiger und schneller als je zuvor machen.
