Контейнеризация — это методология, обеспечивающая эффективное, производительное и компактное развертывание рабочих задач в частных, публичных и мультиоблачных средах. Узнайте, что такое контейнеры, что для них нужно и как можно оптимизировать свою стратегию контейнеризации.
Что такое контейнеры?
Контейнер — это абстрактная единица программного обеспечения, представляющая собой независимый исполняемый модуль, содержащий все необходимое для выполнения приложения: код, среду исполнения, системные инструменты и системные библиотеки. У контейнеров есть определенные параметры, и в них могут выполняться программы, рабочие задачи или специфические задачи.
Программные контейнеры проще понять, если провести аналогию с транспортными контейнерами. Вы можете поместить много грузов в один контейнер и поставить много контейнеров на один корабль или разделить их между несколькими кораблями. Также вы можете использовать специализированные контейнеры для специфических задач, так же как рефрижераторные контейнеры используются для перевозки определенных видов грузов.
Единственное ограничение контейнеров заключается в том, что они зависят от ядра системы, в которой размещены. Контейнеры Linux работают только на хосте Linux, контейнеры Windows работают на хостах Windows, и то же самое верно и для других операционных систем (ОС).
Преимущества контейнеров
Контейнеры позволяют архитекторам систем создавать более плотные и компактные архитектуры. Вы можете определять и запускать множество контейнеров, оптимизируя каждый из них для конкретной рабочей задачи. В контейнерах содержится только то, что необходимо. Они не перегружены избыточным программным обеспечением и не тратят вычислительные ресурсы на фоновые процессы.
Контейнеры очень полезны организациям, потому что они портативные, согласованные и удобные для пользователей. Благодаря гибкости контейнеров и возможностям автоматизации ИТ-отделы могут внедрять процессы непрерывной интеграции/непрерывной поставки CI/CD). Контейнеры также помогают изолировать рабочие задачи, повышая надежность политик обеспечения безопасности данных.
В контейнерах содержится только то, что необходимо. Они не перегружены избыточным программным обеспечением и не тратят дополнительные вычислительные ресурсы на фоновые процессы.
Виртуальные машины и контейнеры
Как и контейнеры, виртуальные машины (ВМ) представляют собой независимые вычислительные среды, абстрагированные от аппаратного обеспечения. Однако, в отличие от контейнеров, ВМ требуют для работы полной копии ОС. ВМ дают некоторые преимущества, поскольку их можно использовать для моделирования разных ОС в одной системе. Например, если ваш хост работает под управлением Windows, вы можете запустить ОС Linux внутри ВМ и наоборот. ВМ также открывают дополнительные возможности изоляции и защиты данных, создавая более изолированные вычислительные области.
Однако, поскольку ВМ являются фактически самодостаточными системами с собственной ОС, они загружаются дольше, чем контейнеры, и работают менее эффективно. Контейнеры также проще переносить, поскольку сложные рабочие задачи можно распределять между несколькими контейнерами, которые можно развертывать на нескольких системах или в облачной инфраструктуре. Например, вы можете развернуть рабочие задачи в нескольких контейнерах на локальных серверах и в публичном облаке и управлять всем этим через единую панель оркестрации. Благодаря портативности контейнеры масштабируются более эффективно, чем виртуальные машины.
Что такое оркестрация контейнеров?
Оркестрация — это методология, позволяющая получать полную информацию о контейнерах, видеть размещение контейнеров и распределение рабочих задач по контейнерам и контролировать такое размещение и распределение. Оркестрация критически важна для развертывания множества контейнеров. Без оркестрации каждым контейнером нужно будет управлять вручную. Оркестрация также позволяет ИТ-менеджерам применять к контейнерам выборочные или комплексные политики, например связанные с отказоустойчивостью.
Например, оркестрация контейнеров позволяет автоматически управлять рабочими задачами, распределяя нагрузку между несколькими вычислительными узлами. (Под узлами подразумеваются любые системы ,подключенные к сети.) Например, если у вас есть пять серверов и на одном из них начинаются работы по техобслуживанию, система оркестрации автоматически перенесет его нагрузку на оставшиеся четыре сервера и сбалансирует ее в соответствии с их возможностями. Система оркестрации может выполнять эту задачу без вмешательства человека.
Kubernetes и Docker
Kubernetes — это платформа оркестрации контейнеров, изначально созданная Google, которая превратилась де-факто в стандартное решение на современном рынке. Docker — это также программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое используется для развертывания одиночных контейнеров и стало де-факто стандартным решением для этой цели.
Kubernetes работает поверх таких решений, как Docker, отвечая за развертывание множеств контейнеров и управление ими. Оба эти решения широко используются на рынке. Хотя оба решения имеют открытый исходный код, доступны и платные предложения на основе каждого из них, дающие дополнительные возможности и инструменты. Если вы работаете с контейнерами, вы будете использовать понятия Kubernetes и Docker каждый день.
Сценарии использования контейнеров
Как уже отмечалось выше, контейнеры можно использовать для выполнения определенной программы, общей задачи или конкретной задачи. Мы рассмотрим три основных сценария использования, чтобы лучше понять принципы работы контейнеров.
- Микросервисы: микросервис — это специфическая функция более крупной службы или приложения. Например, вы можете использовать контейнер для поиска внутри набора данных вместо загрузки целого приложения базы данных. Поскольку эта операция выполняется в контейнере, она выполняется быстрее, чем в среде с ВМ или в полноценной системе с ОС и фоновыми процессами, которые потребляют дополнительные вычислительные ресурсы. Контейнеры упрощают и ускоряют развертывание и использование микросервисов.
- Гибридное облако и мультиоблако: в гибридной облачной среде контейнер является базовой вычислительной единицей, абстрагированной от аппаратного обеспечения. Не нужно думать о том, где работает контейнер, потому что он может работать где угодно. Поэтому контейнеры упрощают развертывание рабочих задач в гибридной облачной среде. Для этого обычно используется платформа оркестрации, позволяющая администраторам видеть, где развернуты контейнеры и какие доступны возможности на каждом узле в локальной и публичной облачной инфраструктуре. Организациям следует следить за практиками облачной безопасности в гибридной облачной модели, в том числе обеспечить аутентификацию, чтобы доступ к рабочим задачам и данным в каждом контейнере был только у уполномоченных пользователей. Однако в контейнерной среде аутентификация также может выполняться в упрощенном виде.
- Машинное обучение: для машинного обучения и глубинного обучения используются очень сложные рабочие процессы, состоящие из множества компонентов, и у операторов мало возможностей для вмешательства и внесения изменений в контейнерной среде. Для таких рабочих процессов в контейнерной среде чаще всего применяется алгоритмическое обучение. Аналитики и исследователи данных часто используют теги рабочих задач, чтобы сопоставлять задачи с конкретными возможностями узлов. Также аналитики используют контейнеры для параллельной обработки, когда они разделяют большие наборы данных на части и одновременно применяют алгоритмы к каждой такой части, чтобы получить результат быстрее.
Что предлагает Intel
Если вы используете несколько контейнеров на одном узле, у вас будут хорошие возможности масштабирования, пока на узле будет достаточно вычислительных ресурсов. Поэтому аппаратное обеспечение имеет значение. Чем больше вычислительных ресурсов, тем больше контейнеров можно разместить в системе. Корпорация Intel предлагает полный ассортимент серверных архитектур и компонентов, которые помогут в создании контейнерных сред, в том числе масштабируемые процессоры Intel® Xeon®, SSD-накопители Intel® для ЦОД и сетевую продукцию Intel®. Эти технологии позволяют быстро, надежно и эффективно развернуть плотные контейнерные системы.
Для программных решений очень важна функция Node Feature Discovery (NFD). Функция NFD была разработана Intel и недавно добавлена в основную версию Kubernetes с открытым исходным кодом. Эта функция позволяет средству оркестрации определять ключевые технологии и возможности каждого узла (например, поддержку Intel® AVX-512). Если системному администратору нужно выполнить задачу, требующую Intel® AVX-512, Kubernetes может использовать NFD, чтобы сообщить администратору, на каких узлах есть эта технология, и администратор сможет развернуть контейнеры именно на этих узлах.
Также Intel поддерживает телеметрию, позволяя получать информацию о производительности на уровне контейнеров для каждого активного узла. В частности, корпорация Intel предоставила счетчики производительности для инструмента телеметрии Google cAdvisor с открытым исходным кодом. Это позволяет организациям точно измерять и контролировать производительность контейнеров, что открывает возможности для большей оптимизации, согласования рабочих задач, повышения плотности и развертывания дополнительных контейнеров на каждом узле.
Обещание большой ценности
Важно понимать, что контейнеры — это не просто модная тенденция. Они предлагают преимущества масштабируемости, портативности и безопасности, и все это делает контейнеры необходимой методологией для развертывания рабочих задач как сегодня, так и в будущем. Если вы еще не думали о контейнерах, стоит задуматься о них сейчас. Если вы уже работаете с контейнерами, узнайте, как сделать контейнеры более эффективными, производительными и плотными с помощью правильного выбора архитектуры и инструментов для телеметрии и обнаружения функций.