مقدمه ای بر کانتینرهای داکر

یک کانتینر، یک واحد نرم‌افزاری است که کد را به همراه وابستگی‌های مورد نیاز آن بسته‌بندی می‌کند تا در یک محیط ایزوله و کنترل‌شده اجرا شود. این امر به شما اجازه می‌دهد تا یک برنامه را به شیوه‌ای قابل پیش‌بینی، تکرارپذیر و بدون نگرانی از اجرای ناسازگار کد در محیط‌های توسعه و تولید متنوع اجرا کنید. یک کانتینر همیشه به همان شیوه کد را راه‌اندازی و اجرا می‌کند، صرف‌نظر از اینکه روی چه ماشینی قرار دارد.

کانتینرها در چندین سطح مزایایی ارائه می‌دهند. از نظر تخصیص فیزیکی منابع، کانتینرها توزیع کارآمدی از قدرت محاسباتی و حافظه فراهم می‌کنند. با این حال، کانتینرها همچنین الگوهای طراحی جدیدی را ممکن می‌سازند، با تقویت جداسازی کد برنامه و کد زیرساخت. این جداسازی طراحی همچنین به تخصصی شدن تیم‌های توسعه‌دهنده کمک می‌کند، به گونه‌ای که توسعه‌دهندگان بتوانند روی نقاط قوت خود تمرکز کنند.

با توجه به گستردگی قابلیت‌هایی که کانتینرها فراهم می‌کنند، این مقاله شما را با اصطلاحات رایج مربوط به آن‌ها آشنا خواهد کرد. پس از یک معرفی کلی درباره مزایای کانتینرها، شما تفاوت‌های ظریف بین اصطلاحاتی مانند "زمان اجرای کانتینر"، "مدیریت کانتینر" و "موتور کانتینر" را خواهید آموخت. سپس این دانش را برای درک اهداف کانتینرها، مشکلات خاصی که قصد حل آن‌ها را دارند و راهکارهای موجود به کار خواهید برد.

توجه: این مقاله تا جایی امکان دارد، ویژگی‌ها و مزایای کانتینرها را به صورت کلی و بدون ارجاع به محصولات خاص بررسی می‌کند. با این حال، یادگیری نحوه استفاده از کانتینرها نهایتاً مستلزم یادگیری استفاده از داکر خواهد بود. کانتینرهای داکر نه تنها یکی از محبوب‌ترین راهکارهای مستقل کانتینر هستند، بلکه به استاندارد دوفاکتو در بسیاری از فناوری‌های مرتبط با کانتینر تبدیل شده‌اند.

علاوه بر این، تمرکز این مقاله فقط روی کانتینرهایی است که برای ایزوله کردن فرآیندهای تکی برنامه طراحی شده‌اند، که رایج‌ترین شکل پیاده‌سازی کانتینرها در حال حاضر محسوب می‌شود. در حالی که فناوری‌هایی مانند LXC پیش از داکر وجود داشته‌اند و حتی در توسعه اولیه برخی بخش‌های داکر نقش داشته‌اند، LXC از نظر طراحی و کاربرد عملی به اندازه‌ای متفاوت است که از حوزه این مقاله خارج محسوب می‌شود.

مزایای کانتینرها

کانتینرها نسبت به گزینه‌هایی مانند ماشین‌های مجازی در مصرف منابع (قدرت پردازشی CPU و حافظه) کارآمدتر هستند. آن‌ها همچنین مزایایی در طراحی دارند، هم در نحوه ایزوله کردن برنامه‌ها و هم در نحوه جداسازی لایه برنامه از زیرساخت.

در سطح پروژه، این جداسازی به تیم‌ها و اعضای تیم اجازه می‌دهد که روی بخش خود از پروژه کار کنند بدون اینکه در سایر بخش‌ها تداخل ایجاد کنند. توسعه‌دهندگان برنامه می‌توانند روی توسعه نرم‌افزار تمرکز کنند، در حالی که مهندسان زیرساخت روی زیرساخت تمرکز دارند. این جداسازی وظایف همچنین کدها را جدا می‌کند، به این معنا که کد برنامه زیرساخت را خراب نمی‌کند و بالعکس.

کانتینرها انتقال بین محیط توسعه و تولید را برای تیم‌ها روان‌تر می‌کنند. مثلاً اگر نیاز باشد یک برنامه Node.js را روی یک سرور اجرا کنید، یکی از گزینه‌ها نصب مستقیم Node.js است. این یک راهکار ساده است وقتی شما تنها توسعه‌دهنده هستید. اما با همکاری چند توسعه‌دهنده و چندین محیط، ممکن است نصب‌های Node.js متفاوتی ایجاد شود.

در سطح توسعه، قابلیت حمل کانتینرها این امکان را می‌دهد که طراحی زیرساخت نیازی به در نظر گرفتن اجرای غیرقابل پیش‌بینی کد نداشته باشد. در این زمینه، کانتینرها به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند:

• اجرای برنامه دقیقاً به یک شیوه در چندین ماشین. به این ترتیب، کانتینرها در توسعه محلی و تولیدی قابل اعتماد و قابل پیش‌بینی هستند.
• اجرای چندین کانتینر به عنوان یک پشته متصل از برنامه. این به معنای امکان طراحی برنامه‌ها به صورت میکروسرویس‌ها به جای طراحی یکپارچه است.

این ویژگی‌ها ممکن است باعث شود کانتینرها مشابه ماشین‌های مجازی به نظر برسند، اما تفاوت در طراحی بنیادی و بهره‌وری آن‌هاست. فناوری‌های مدرن کانتینر به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از نیازهای سنگین منابع ماشین‌های مجازی اجتناب کنند. کانتینرها به جای مجازی‌سازی سخت‌افزار و هسته، از سخت‌افزار و هسته میزبان استفاده می‌کنند.

در نتیجه، کانتینرها سبک‌تر و نیازمند منابع کمتری هستند. فناوری کانتینر همچنین یک اکوسیستم غنی برای توسعه محور کانتینر ایجاد کرده که شامل مواردی چون:

• ساخت تصاویر کانتینر
• ذخیره تصاویر در رجیستری‌ها و مخازن
• حفظ داده‌ها از طریق حجم‌های داده‌ای
• راهکارهای شبکه‌سازی یکپارچه

به طور دقیق، این ابزارها و مزایا ویژگی‌های کمکی در حاشیه فناوری کانتینر محسوب می‌شوند، اما به دلیل نیاز گسترده، اغلب به عنوان راهکارهای کامل بسته‌بندی می‌شوند.

تعریف اصطلاحات کانتینر

به دلیل گستردگی کاربردها، "کانتینر" می‌تواند به چیزهای مختلفی اشاره کند. برای درک بهتر تفاوت‌ها، اینجا چند اصطلاح کلیدی آورده شده است:

• سیستم عامل (OS): نرم‌افزاری که بقیه نرم‌افزارها و سخت‌افزار را مدیریت می‌کند. مانند لینوکس.
• هسته (Kernel): بخشی از سیستم عامل که مدیریت تعاملات سطح پایین با سخت‌افزار را بر عهده دارد.
• کانتینر: واحدی نرم‌افزاری که کد و وابستگی‌هایش را در محیطی ایزوله اجرا می‌کند.
• زمان اجرای کانتینر: نرم‌افزاری که مسئول راه‌اندازی و اجرای کانتینر است.
  • OCI (Open Container Initiative): زمان اجرای پایه‌ای مانند runc یا crun.
  • Container Runtime Interface: زمان اجرا برای ارکستراسیون کانتینرها، مانند containerd یا CRI-O.
• تصویر کانتینر: بسته‌ای حاوی کد، زمان اجرا، کتابخانه‌های سیستمی و وابستگی‌ها.
• رجیستری تصویر: محل ذخیره و اشتراک‌گذاری تصاویر کانتینر.
• مخزن تصویر: موقعیت خاصی برای ذخیره یک تصویر کانتینر در رجیستری.
• موتور کانتینر: راهکار کامل برای فناوری کانتینر، مانند Docker یا ترکیب Podman/Buildah/Skopeo.
• ارکستراسیون کانتینر: خودکارسازی فرایندهایی چون استقرار، مقیاس‌گذاری و نظارت. مانند Kubernetes.

این تعاریف برای مسیر یادگیری شما مهم هستند، اما توجه داشته باشید که در گفتگوهای روزمره ممکن است این اصطلاحات کمی شُل‌تر استفاده شوند.

اهداف کانتینرها

راهکارهای کانتینری باید مشکلات مشترکی را حل کنند:

• قابلیت حمل: اجرای کد به همان شیوه روی هر ماشینی.
• بهره‌وری: استفاده بهینه از هسته میزبان و منابع.
• بی‌حالتی (Statelessness): اجرای کد بدون نیاز به دانستن گذشته یا آینده.
• شبکه‌سازی: امکان برقراری ارتباط بین کانتینرها.
• لاگ‌گیری: قابلیت ثبت خطاها و خروجی‌ها.
• جداسازی برنامه و زیرساخت: مدیریت جداگانه کد برنامه و استقرار کانتینرها.
• تخصص‌گرایی و میکروسرویس‌ها: استفاده از چندین کانتینر مستقل به جای برنامه‌های یکپارچه.

این اهداف به مرور با تغییر نیازها تکامل می‌یابند.

چشم‌انداز کانتینرها

در عمل، انتخاب یک کانتینر یعنی انتخاب یک موتور کانتینر. اغلب موتورهای کانتینر ترکیبی از runc و containerd را استفاده می‌کنند. در حال حاضر، Docker بازار را تسلط داده است. راهکار جایگزین Red Hat شامل Podman، Buildah و Skopeo است.

تفاوت اصلی در نیاز به دسترسی ریشه (root) و استفاده از سرویس‌های daemon است. داکر به دسترسی ریشه و یک daemon زنده نیاز دارد، در حالی که Podman این نیازها را ندارد.

ارکستراسیون کانتینر

گام بعدی، خودکارسازی استقرار کانتینرهاست. ارکستراسیون شامل تدارک، پیکربندی، زمان‌بندی، مقیاس‌گذاری، نظارت و استقرار می‌شود.

• Docker Compose: برای چند کانتینر روی یک میزبان.
• Docker Swarm: برای چندین میزبان.
• Kubernetes: راهکار پیشرفته‌تر و قابل توسعه برای ارکستراسیون.

Kubernetes امکانات بیشتری دارد، اما پیچیدگی بالاتری هم دارد.

نتیجه‌گیری

این مقاله توضیح داد که کانتینر چیست و چه مزایایی دارد. فناوری کانتینر به سرعت در حال تکامل است، و دانستن اصطلاحات و اهداف آن برای مسیر یادگیری شما حیاتی است. درک چشم‌انداز رقابتی هم به تصمیم‌گیری در استفاده از این فناوری کمک می‌کند.

منبع DigitalOcean