L’emergere della containerizzazione
La containerizzazione ha rivoluzionato il modo in cui il software viene progettato, sviluppato e distribuito. È emerso come una soluzione alle sfide affrontate dagli sviluppatori di software e dai team operativi, affrontando le inefficienze causate da ambienti e configurazioni incoerenti.
La distribuzione tradizionale delle applicazioni prevede la configurazione manuale del sistema di destinazione e l'installazione delle dipendenze, che spesso portano a molteplici problemi, come conflitti, limitazioni di scalabilità e comportamenti imprevedibili. Il concetto di containerizzazione può essere fatto risalire alla fine degli anni '90 e all'inizio degli anni 2000 con tecnologie come FreeBSD Jails, Solaris Zones e IBM Workload Partitions. Ma è stato solo con il lancio di Docker nel 2013 che la containerizzazione è diventata molto popolare.
Docker ha semplificato il processo di raggruppamento delle applicazioni e delle relative dipendenze in contenitori portatili, rendendo più semplice per gli sviluppatori gestire e distribuire le applicazioni in modo coerente su diversi sistemi. Man mano che la containerizzazione prendeva piede, ha dato impulso al passaggio verso un’architettura di microservizi, promuovendo maggiore flessibilità e scalabilità nello sviluppo delle applicazioni. Questo cambiamento di paradigma ha avuto un profondo impatto sull’architettura software, incoraggiando progetti modulari e semplificando la gestione di applicazioni complesse con più componenti.
Comprendere i contenitori e i loro vantaggi
I contenitori sono unità leggere, portatili e autonome che impacchettano un'applicazione e le sue dipendenze, come librerie, file binari e file di configurazione. I contenitori forniscono un ambiente coerente, garantendo che un'applicazione venga eseguita allo stesso modo, indipendentemente dall'infrastruttura sottostante. Raggiungono questa coerenza isolando i processi applicativi dal sistema operativo host, eliminando potenziali conflitti e incoerenze tra gli ambienti. I vantaggi della containerizzazione sono numerosi, tra cui:
- Velocità di distribuzione: i container possono essere avviati in pochi secondi, offrendo avvio rapido e scalabilità delle applicazioni. Ciò è particolarmente importante nelle architetture basate su cloud e microservizi dove elasticità e reattività sono fondamentali.
- Portabilità: i contenitori racchiudono tutto ciò che è necessario per eseguire un'applicazione, facilitando lo spostamento tra ambienti, sia durante lo sviluppo, il test o la produzione.
- Efficienza delle risorse: i contenitori condividono il kernel del sistema operativo host, anziché richiedere un sistema operativo guest completo come le macchine virtuali. Ciò si traduce in un minore utilizzo delle risorse, riducendo il sovraccarico derivante dall'esecuzione di più istanze di un'applicazione.
- Isolamento dei processi: i contenitori creano processi isolati che vengono eseguiti nel proprio spazio dei nomi e file system, prevenendo interferenze con altri contenitori o con il sistema operativo host. Ciò migliora la sicurezza e la stabilità, soprattutto in ambienti multi-tenant e condivisi.
- Compatibilità e manutenibilità: incapsulando le dipendenze, i contenitori riducono la complessità della gestione dei problemi di versione e compatibilità del software, semplificando l'aggiornamento o il rollback dei componenti dell'applicazione.
Container contro macchine virtuali
È importante distinguere tra contenitori e macchine virtuali, poiché hanno scopi diversi e presentano vantaggi e svantaggi unici. Entrambi mirano a fornire isolamento e coerenza per le applicazioni, ma lo ottengono con mezzi diversi.
Le macchine virtuali (VM) sono essenzialmente ambienti hardware emulati, in cui un'applicazione, le sue dipendenze e un sistema operativo guest completo vengono eseguiti su risorse virtualizzate fornite da un hypervisor. Un hypervisor è un livello software che gestisce le macchine virtuali sul sistema host. Le macchine virtuali offrono un forte isolamento ma consumano molte più risorse a causa del sovraccarico derivante dall'esecuzione di più sistemi operativi guest completi.
Fonte immagine: Docker
I contenitori, d'altra parte, sono leggeri ed efficienti. Condividono il kernel del sistema operativo host e isolano i processi applicativi all'interno del proprio spazio dei nomi e file system, senza bisogno di un intero sistema operativo guest. Ciò si traduce in tempi di avvio più rapidi, minore utilizzo delle risorse e maggiore densità sul sistema host. I requisiti specifici delle tue applicazioni e della tua infrastruttura dovrebbero guidare la scelta tra container e VM.
Mentre le VM potrebbero essere adatte a scenari in cui sono necessari un forte isolamento e ambienti completamente separati, i container offrono maggiore agilità ed efficienza delle risorse in situazioni in cui la rapida implementazione e scalabilità sono cruciali. Se utilizzati insieme, contenitori e macchine virtuali possono completarsi a vicenda all'interno di un'infrastruttura più ampia, offrendo la migliore combinazione di isolamento, flessibilità ed efficienza delle risorse dove necessario. Ad esempio, le macchine virtuali possono fungere da livello base fornendo sicurezza e isolamento runtime, mentre i contenitori consentono una rapida distribuzione e scalabilità delle applicazioni su queste macchine virtuali.
Il passaggio alle architetture di microservizi
La containerizzazione ha aperto la strada all’ascesa dei microservizi come modello architetturale software predominante. I microservizi comportano la scomposizione delle applicazioni in servizi piccoli e discreti che comunicano tra loro tramite API . Questo approccio migliora la modularità, la manutenzione più semplice e la scalabilità, poiché i singoli servizi possono essere sviluppati, testati e distribuiti in modo indipendente.
La natura dei contenitori consente l'incapsulamento di ciascun servizio nel proprio contenitore, fornendo l'isolamento di processi e risorse, che si adatta perfettamente ai concetti alla base dell'architettura dei microservizi. Di conseguenza, la containerizzazione consente un provisioning rapido, un utilizzo efficiente delle risorse e una maggiore flessibilità nella gestione di applicazioni complesse basate su microservizi.
Combinando i contenitori con i microservizi, gli sviluppatori di software possono ottenere una distribuzione continua, consentendo loro di adattare in modo rapido e affidabile le loro applicazioni alle esigenze in continua evoluzione delle aziende moderne. Un vantaggio chiave della containerizzazione nei microservizi è la capacità di scalare ciascun microservizio in modo indipendente. Ciò consente un approccio più granulare all’allocazione delle risorse, garantendo che ciascun servizio disponga delle risorse necessarie per funzionare in modo efficiente senza overprovisioning. Quando la domanda per un particolare microservizio aumenta, è possibile ridimensionarlo automaticamente senza influire sugli altri servizi nell'applicazione.
Impatto della containerizzazione sullo sviluppo del software
La containerizzazione ha un impatto significativo sullo sviluppo del software in molte aree, tra cui:
- Distribuzione e test accelerati: i container possono essere lanciati rapidamente grazie alla loro natura leggera, semplificando il processo di sviluppo e test. Con la containerizzazione, gli sviluppatori possono creare e distruggere facilmente interi ambienti in pochi minuti, semplificando il test di varie configurazioni e scenari.
- Portabilità e coerenza migliorate: i contenitori raggruppano il codice dell'applicazione e le sue dipendenze, creando un ambiente isolato e coerente indipendentemente dall'infrastruttura sottostante. Ciò consente agli sviluppatori di eseguire le proprie applicazioni su qualsiasi sistema che supporti i contenitori, senza preoccuparsi dei problemi di compatibilità tra diversi sistemi operativi o ambienti runtime.
- Gestione semplificata delle applicazioni: i contenitori semplificano la gestione di applicazioni complesse e multicomponente consentendo a ciascun componente di essere impacchettato, configurato e distribuito in modo indipendente. Ciò riduce le dipendenze tra i componenti, minimizza la deriva della configurazione e semplifica l'aggiornamento dei singoli componenti senza influire sull'intero sistema.
- Scalabilità migliorata: i container semplificano la scalabilità delle applicazioni, poiché la distribuzione di istanze aggiuntive è rapida e consuma meno risorse rispetto alle macchine virtuali. Ciò consente il dimensionamento dinamico delle applicazioni in base alla domanda, garantendo un utilizzo ottimale delle risorse e costi operativi ridotti.
- Supporto per DevOps e integrazione/distribuzione continua: la containerizzazione favorisce la collaborazione tra i team di sviluppo e operativi, supportando le metodologie DevOps . Con i contenitori, i team possono creare, testare e distribuire rapidamente le applicazioni, rendendo la pipeline di integrazione/distribuzione continua (CI/CD) più efficiente ed efficace.
Adattamento dei modelli di progettazione del software
La containerizzazione ha anche stimolato l’evoluzione dei modelli di progettazione del software per adattarne le caratteristiche e i vantaggi. Questi nuovi modelli sfruttano l'isolamento, la portabilità e la scalabilità forniti dai contenitori. Alcuni modelli di progettazione software degni di nota influenzati dalla containerizzazione sono:
- Modello Sidecar: nel modello sidecar, un contenitore viene distribuito insieme al contenitore primario, fornendo funzionalità aggiuntive che supportano l'applicazione principale. Il contenitore sidecar può gestire attività di monitoraggio, registrazione e gestione della configurazione, consentendo al contenitore primario di concentrarsi sull'esecuzione della sua funzione principale. Questo modello promuove la separazione delle preoccupazioni e semplifica la progettazione dell'applicazione principale.
- Modello Ambassador: il modello Ambassador prevede la distribuzione di un contenitore che funge da proxy tra il contenitore dell'applicazione principale e i servizi esterni. Questo modello consente l'astrazione dei dettagli di comunicazione, come l'individuazione dei servizi, il bilanciamento del carico e le traduzioni dei protocolli, rendendo più semplice per gli sviluppatori ragionare sul comportamento e sulle dipendenze dell'applicazione principale.
- Modello adattatore: il modello adattatore utilizza un contenitore che modifica l'output o l'input dell'applicazione principale per conformarsi alle aspettative di altri servizi o sistemi. Questo modello fornisce un modo per gestire le incoerenze tra le diverse interfacce di servizio senza modificare l'applicazione o il servizio principale, migliorando l'adattabilità e la manutenibilità del progetto.
La containerizzazione ha rimodellato l’architettura software consentendo uno spostamento verso i microservizi, offrendo maggiore flessibilità, scalabilità e manutenibilità. L'impatto della containerizzazione sullo sviluppo del software è evidente in aree quali la distribuzione accelerata, la migliore portabilità, la gestione semplificata delle applicazioni, la scalabilità migliorata e il supporto per DevOps.
Di conseguenza, sono emersi nuovi modelli di progettazione software per accogliere questi cambiamenti e sfruttare i vantaggi offerti dalla containerizzazione. La containerizzazione continua a guidare l’innovazione nello sviluppo del software, consentendo sia agli sviluppatori che alle organizzazioni di creare e gestire le applicazioni in modo più efficiente ed efficace.
Strumenti di orchestrazione e distribuzione dei contenitori
L'orchestrazione dei contenitori è il processo di automazione della distribuzione, del dimensionamento e della gestione dei contenitori. Il crescente utilizzo della containerizzazione ha alimentato lo sviluppo di diversi strumenti di orchestrazione e distribuzione per semplificare la gestione delle applicazioni containerizzate. Analizziamo alcuni degli strumenti più diffusi di orchestrazione e distribuzione dei contenitori che hanno plasmato il modo in cui le applicazioni moderne vengono create ed eseguite.
Kubernetes
Kubernetes è una piattaforma di orchestrazione dei container open source, originariamente progettata da Google, che consente l'automazione della distribuzione, della scalabilità e della gestione dei container. Può eseguire applicazioni containerizzate su più cluster, fornendo elevata disponibilità e funzionalità di tolleranza agli errori. Alcune delle funzionalità principali di Kubernetes includono autoriparazione, scalabilità orizzontale, aggiornamenti in sequenza, orchestrazione dello storage e bilanciamento del carico. Le caratteristiche degne di nota di Kubernetes includono:
- Utilizzo efficiente delle risorse: Kubernetes ottimizza l'utilizzo delle risorse comprimendo i contenitori sui nodi host in base ai requisiti delle risorse.
- Flessibilità ed estensibilità: Kubernetes supporta un'ampia gamma di runtime di container, driver di storage e provider di rete, garantendo la massima flessibilità nell'infrastruttura dei container.
- Forte community di sviluppatori: Kubernetes dispone di una community ampia e attiva, che contribuisce al potente ecosistema di plug-in, integrazioni e soluzioni innovative della piattaforma.
Sciame di Docker
Docker Swarm è uno strumento di orchestrazione dei contenitori nativo per la popolare piattaforma di contenitori Docker. Può essere utilizzato per formare uno sciame, un gruppo di nodi Docker che possono eseguire applicazioni distribuite utilizzando le definizioni dei servizi container. Docker Swarm offre facilità di gestione, rilevamento dei servizi e funzionalità di bilanciamento del carico, rendendolo un'ottima scelta per la gestione dei contenitori Docker. Alcuni dei vantaggi di Docker Swarm includono:
- Semplicità: Docker Swarm è progettato per essere semplice e facile da usare e richiede installazione e configurazione minime.
- Integrazione con gli strumenti Docker: Docker Swarm funziona perfettamente con altri strumenti Docker come Docker Compose e Docker Machine, rendendolo conveniente per chi ha già familiarità con l'ecosistema Docker.
- Indipendente dalla piattaforma: Docker Swarm può essere eseguito su qualsiasi sistema operativo e infrastruttura che supporti Docker.
Apache Mesos
Apache Mesos è una piattaforma di gestione dei cluster open source in grado di gestire risorse e pianificare attività in ambienti informatici distribuiti. Supporta sia l'orchestrazione dei contenitori (utilizzando strumenti come Marathon e Kubernetes) sia la pianificazione delle applicazioni native. Il principale punto di forza di Apache Mesos è la sua capacità di gestire risorse su larga scala, poiché può gestire decine di migliaia di nodi in un singolo cluster. Le caratteristiche critiche di Apache Mesos sono:
- Scalabilità: Mesos è progettato per sistemi su larga scala, in grado di gestire enormi quantità di risorse e attività.
- Scheduler unificato: Mesos utilizza un unico scheduler per gestire le risorse sia per carichi di lavoro containerizzati che non containerizzati, semplificando la gestione delle risorse tra diversi tipi di applicazioni.
- Architettura plug-in: Mesos supporta moduli di pianificazione collegabili, consentendo agli utenti di personalizzare la piattaforma in base alle proprie esigenze.
Integrazione con piattaforme low-code e No-Code
Le piattaforme low-code e no-code hanno acquisito notevole popolarità negli ultimi anni, consentendo uno sviluppo efficiente di applicazioni senza scrivere grandi quantità di codice. La containerizzazione può migliorare l'ottimizzazione delle prestazioni, la scalabilità e la manutenibilità di queste piattaforme. Uno di questi esempi è AppMaster.io , una potente piattaforma no-code che consente agli utenti di creare visivamente applicazioni backend, web e mobili.
Quando un utente preme il pulsante "Pubblica", AppMaster genera il codice sorgente, compila le applicazioni, le impacchetta in contenitori Docker e le distribuisce nel cloud. Questo approccio semplificato consente uno sviluppo delle applicazioni più rapido ed economico, eliminando al tempo stesso il debito tecnico rigenerando le applicazioni da zero ogni volta che i requisiti vengono modificati. Integrando la containerizzazione con piattaforme low-code e no-code, gli sviluppatori di tutti i livelli di competenza possono trarre vantaggio da un processo di sviluppo delle applicazioni più efficiente, scalabile e accessibile. La containerizzazione può anche migliorare le capacità di queste piattaforme:
- Semplificazione della distribuzione: i contenitori raggruppano insieme le applicazioni e le relative dipendenze, garantendo un'esperienza di distribuzione coerente negli ambienti di sviluppo e produzione.
- Miglioramento della scalabilità: con le applicazioni containerizzate, la scalabilità di componenti specifici in modo indipendente diventa semplice, consentendo alle piattaforme low-code e no-code di offrire un controllo più capillare sulla scalabilità delle applicazioni.
- Riduzione della complessità dell'infrastruttura: i contenitori astraggono l'infrastruttura sottostante, rendendo più semplice per le piattaforme low-code e no-code la gestione delle risorse sottostanti e l'integrazione con vari provider cloud.
La sinergia tra la containerizzazione e le piattaforme low-code o no-code apre la strada a un'esperienza di sviluppo di applicazioni più efficiente e accessibile. Combinando i vantaggi della containerizzazione e la semplicità di queste piattaforme, le aziende possono rimanere innovative e competitive in un settore tecnologico in continua evoluzione.
