Containerisierung hat die Art und Weise, wie wir Anwendungen entwickeln, bereitstellen und verwalten, revolutioniert. Sie ermöglicht es, Anwendungen konsistent in verschiedenen Umgebungen auszuführen – von deiner lokalen Entwicklungsumgebung bis zum Produktionsserver. Indem eine Anwendung und ihre Abhängigkeiten in einem einzigen, isolierten Container zusammengefasst werden, stellt die Containerisierung sicher, dass die Software unabhängig von der jeweiligen Umgebung einheitlich funktioniert.
Die Bedeutung der Containerisierung in der modernen IT-Infrastruktur kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Sie löst das altbekannte „Bei mir funktioniert’s!“-Problem, indem eine portable und konsistente Laufzeitumgebung geschaffen wird. Diese Konsistenz fördert die Zusammenarbeit unter Entwicklern, vereinfacht Deployments und erhöht die Effizienz im Anwendungsmanagement. Da Cloud-Computing und Microservice-Architekturen weiter wachsen, ist die Containerisierung zu einer grundlegenden Technologie für Entwickler und Systemadministratoren geworden.
Was ist Containerisierung?
Containerisierung ist eine Form der Virtualisierung auf Betriebssystemebene, bei der eine Anwendung und ihre Abhängigkeiten in einem sogenannten Container gebündelt werden. Im Gegensatz zu traditionellen virtuellen Maschinen teilen sich Container den Kernel des Host-Betriebssystems, laufen jedoch in isolierten Benutzerumgebungen (User Spaces). Diese Isolation gewährleistet, dass Container portabel sind und konsistent in verschiedenen Umgebungen ausgeführt werden können.
Container bündeln alles, was eine Anwendung zum Laufen benötigt: den Code, die Laufzeitumgebung, Systemwerkzeuge, Bibliotheken und Einstellungen. Dieser autarke Charakter von Containern beseitigt Konflikte zwischen verschiedenen Umgebungen und erleichtert so die Entwicklung, das Testen und das Deployment von Anwendungen erheblich.
Containerisierung vs. Traditionelle Virtualisierung
Der Hauptunterschied zwischen Containern und virtuellen Maschinen (VMs) liegt in ihrer Architektur. Virtuelle Maschinen virtualisieren die Hardware und enthalten eine vollständige Kopie eines Betriebssystems. Ein Hypervisor verwaltet dabei mehrere VMs auf einer einzigen physischen Maschine. Im Gegensatz dazu teilen sich Container, wie bereits erwähnt, den Kernel des Host-Betriebssystems und laufen als isolierte Prozesse, wodurch sie wesentlich leichtgewichtiger und effizienter sind. Diese Effizienz führt zu schnelleren Startzeiten, einem geringeren Ressourcenverbrauch und einer besseren Skalierbarkeit.
Obwohl VMs durch die vollständige Kapselung des Betriebssystems eine stärkere Isolation bieten und sich gut eignen, um verschiedene Betriebssysteme auf derselben Hardware auszuführen, fehlt ihnen die Agilität und Effizienz von Containern.
Dieses Thema ist sehr komplex. Glücklicherweise haben wir im Rahmen unserer „Cloud Explained“-Serie einen vollständigen Artikel, der hier ins Detail geht. Wirf einen Blick auf unseren Artikel „Container vs. Virtuelle Maschinen“!
Containerisierung und Microservices
Im Kontext der Microservice-Architektur spielt die Containerisierung eine entscheidende Rolle. Bei Microservices wird eine große Anwendung in kleinere, unabhängig voneinander bereitstellbare Dienste aufgeteilt, die miteinander kommunizieren. Container sind ideal für diesen Ansatz, da sie für jeden Dienst eine isolierte und konsistente Umgebung bereitstellen. Diese Isolation hilft, Abhängigkeiten zu verwalten, die Sicherheit zu erhöhen und den Deployment-Prozess zu vereinfachen, sodass du einzelne Dienste aktualisieren und skalieren kannst, ohne die gesamte Anwendung zu beeinträchtigen.
Gängige Containerisierungssoftware
Die Containerisierung stützt sich auf mehrere Schlüsseltechnologien, die zusammenarbeiten, um ein nahtloses und effizientes Umfeld für deine Anwendungen zu schaffen.
Docker und seine Rolle in der Containerisierung
Docker ist die weltweit am weitesten verbreitete Containerisierungsplattform. Es vereinfacht den Prozess der Erstellung, Bereitstellung und Ausführung von Containern. Mit Docker kannst du eine Anwendung und deren Abhängigkeiten in einem „Docker-Image“ bündeln. Dieses Image kannst du anschließend konsistent über verschiedene Umgebungen hinweg teilen und ausführen.
Die Beliebtheit von Docker resultiert aus seiner Benutzerfreundlichkeit, dem umfangreichen Ökosystem und der starken Community-Unterstützung. Docker Hub, ein cloudbasierter Registry-Dienst, ermöglicht es dir zudem, Docker-Images einfach zu teilen und darauf zuzugreifen.
Um dir den Einstieg zu erleichtern, bietet Contabo ein einsatzbereites Cloud-Init-Skript, mit dem du deinen Server in Sekundenschnelle für Docker einrichten kannst. Weitere Informationen findest du auf unserer Cloud-Init-Landingpage.
Kubernetes für die Container-Orchestrierung
Während Docker die Erstellung und Ausführung einzelner Container handhabt, wird Kubernetes zur Orchestrierung und Verwaltung großer, containerisierter Anwendungen im großen Stil eingesetzt. Kubernetes automatisiert die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Anwendungscontainern über Maschinen-Cluster hinweg. Es bietet hohe Verfügbarkeit, Lastausgleich und ein effizientes Ressourcenmanagement, wodurch es für den Betrieb von Anwendungen in der Produktion unverzichtbar wird.
Kubernetes stellt sicher, dass deine Container im gewünschten Zustand laufen, übernimmt das Failover und ermöglicht Rolling Updates ohne Ausfallzeiten.
Wenn du dich jetzt fragst, welches Tool das bessere ist, haben wir den passenden Leitfaden für dich. In unserem ausführlichen Artikel „Docker vs. Kubernetes: Ein Vergleich“ analysieren wir, wie sich die beiden Tools nicht ausschließen, sondern perfekt ergänzen.
Weitere wichtige Tools
Zusätzlich zu Docker und Kubernetes spielen weitere Werkzeuge eine wichtige Rolle. Helm, ein Paketmanager für Kubernetes, hilft dir, selbst die komplexesten Kubernetes-Anwendungen zu definieren, zu installieren und zu aktualisieren. Prometheus ist ein führendes Open-Source-Tool für Monitoring und Alarmierung, das sich hervorragend in Kubernetes integriert. Container-Registries wie Docker Hub, Google Container Registry und Azure Container Registry dienen der Speicherung und Verteilung von Container-Images.
Der Container-Workflow im Detail
Der Lebenszyklus von Containern umfasst vier Hauptphasen, deren Verständnis für die effektive Nutzung der Technologie unerlässlich ist.
1. Erstellen (Create)
Dies ist die Anfangsphase, in der ein Container-Image erstellt wird. Dieses Image enthält den Anwendungscode, die Laufzeitumgebung, Bibliotheken und alle Abhängigkeiten. Dafür verwendest du häufig ein Dockerfile, ein Skript, das Anweisungen zur automatisierten Erstellung des Images enthält.
2. Bereitstellen (Deploy/Distribute)
Sobald das Image erstellt ist, wird es in einer Container-Registry wie Docker Hub oder einer privaten Registry gespeichert. Das Bereitstellen umfasst das Abrufen (Pull) des Images aus der Registry und das Starten des Containers in der Zielumgebung. CI/CD-Pipelines automatisieren diesen Schritt, um Konsistenz und Effizienz zu gewährleisten.
3. Ausführen (Run)
In dieser Phase führt eine Container-Laufzeitumgebung (wie die Docker Engine oder containerd) die containerisierte Anwendung aus. Dies umfasst das Starten des Containers und die Sicherstellung, dass die Anwendung wie erwartet funktioniert.
4. Verwalten (Manage)
Die Verwaltung von Containern erfordert Überwachung, Skalierung und das Einspielen von Updates. Orchestrierungstools wie Kubernetes verwalten den Lebenszyklus von Containern im großen Maßstab und sorgen für hohe Verfügbarkeit, Lastausgleich und eine effiziente Ressourcennutzung.
Vorteile der Containerisierung
Die Containerisierung bietet zahlreiche Vorteile, die sie zu einer bevorzugten Wahl für die moderne Anwendungsentwicklung machen.
Effizienz und Ressourcenoptimierung
Container sind leichtgewichtig und verbrauchen deutlich weniger Ressourcen als traditionelle virtuelle Maschinen. Da sie sich den Kernel des Host-Betriebssystems teilen, benötigen sie weniger Overhead, was zu einer besseren Performance und einer effizienteren Ressourcennutzung führt. Dies ermöglicht den Betrieb vieler Container auf einem einzigen Host ohne signifikante Leistungseinbußen.
Portabilität und Skalierbarkeit
Einer der größten Vorteile ist die Portabilität. Container bündeln alle notwendigen Komponenten und stellen sicher, dass deine Anwendung konsistent über verschiedene Umgebungen hinweg läuft – von der Entwicklung über das Testen bis zur Produktion. Zudem verbessern Container die Skalierbarkeit. Mit Orchestrierungstools wie Kubernetes kannst du deine Anwendungen automatisch je nach Bedarf skalieren, indem du dynamisch zusätzliche Container bereitstellst oder entfernst.
Verbesserte Sicherheit
Die Isolierung von Anwendungen schafft eine zusätzliche Sicherheitsebene. Jeder Container läuft in seiner eigenen, abgeschotteten Umgebung. Wenn ein Container kompromittiert wird, wirkt sich dies nicht unmittelbar auf andere Container aus, die auf demselben Host laufen. Darüber hinaus ermöglicht die Containerisierung die Umsetzung von Sicherheits-Best-Practices, wie dem Prinzip der minimalen Rechtevergabe (Least Privilege).
Fazit
Die Containerisierung ist aufgrund ihrer Effizienz, Portabilität und verbesserten Sicherheit zu einem Eckpfeiler der modernen Anwendungsentwicklung geworden. Indem du Anwendungen und ihre Abhängigkeiten in Containern isolierst, kannst du eine konsistente Leistung über verschiedene Umgebungen hinweg sicherstellen. Der Einsatz von Orchestrierungstools wie Kubernetes optimiert die Skalierbarkeit und das Management containerisierter Anwendungen zusätzlich und macht die Containerisierung zu einer unverzichtbaren Technologie für Cloud-native Architekturen.
Die Containerisierung optimiert nicht nur den Entwicklungs- und Bereitstellungsprozess, sondern bietet auch erhebliche Ressourceneinsparungen. Da Unternehmen zunehmend Microservice-Architekturen und Multi-Cloud-Umgebungen einsetzen, wird die Bedeutung der Containerisierung in Zukunft nur noch weiter zunehmen.