Cloud-Container

ZUSAMMENFASSUNG

Cloud-Container verpacken Anwendungen und ihre Abhängigkeiten in portable, in sich geschlossene Einheiten, die in jeder Umgebung konsistent laufen. Durch die Isolierung der Anwendungen von der zugrunde liegenden Infrastruktur lösen sie Kompatibilitätsprobleme und rationalisieren die Entwicklung und Bereitstellung. Es gibt zwei Haupttypen von Containern: Anwendungscontainer für Microservices und Systemcontainer für Legacy-Workloads, die jeweils unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Durch ihr leichtgewichtiges, skalierbares Design sind sie schneller und effizienter als herkömmliche virtuelle Maschinen (VMs). Mit der Unterstützung von Orchestrierungs-Tools wie Kubernetes sind Container zu einer Grundlage für die moderne, Cloud-native Entwicklung geworden.

Was sind Container im Cloud Computing?

Beim Cloud Computing ist ein Container ein portables Paket, das eine Anwendung mit ihren Abhängigkeiten (Code, Laufzeit, Bibliotheken, Einstellungen) bündelt, so dass sie in verschiedenen Umgebungen ausgeführt werden kann. Dadurch werden Anwendungen von ihrer Umgebung isoliert, was einen konsistenten Betrieb bei jeder Bereitstellung gewährleistet, von lokalen Rechnern bis hin zu öffentliche Wolken. Durch die Bündelung von Abhängigkeiten lösen Container das Problem “das funktioniert auf meinem Rechner” und rationalisieren die Entwicklung und Bereitstellung.

Lesen Sie diese Ressource weiter, um die Grundlagen von Cloud-Containern zu erfahren, einschließlich ihrer Typen, technischen Funktionen und häufigen Anwendungsfälle. Außerdem erfahren Sie etwas über ihre Vorteile, wie sie sich von virtuellen Maschinen unterscheiden und welche Tools für die Verwaltung und Orchestrierung von Containern zur Verfügung stehen.

• Arten von Cloud-Containern
• Wie funktionieren Cloud-Container?
• Wozu werden Container verwendet?
• Welche Vorteile bieten Cloud-Container?
• Container vs. virtuelle Maschinen
• Werkzeuge zur Containerverwaltung
• Die wichtigsten Erkenntnisse und zugehörige Ressourcen
• FAQs
  

Arten von Cloud-Containern

Alle Container nutzen Virtualisierung auf Betriebssystemebene, aber sie lassen sich hauptsächlich in zwei Typen einteilen: Anwendungscontainer und Systemcontainer. Jeder von ihnen dient einem bestimmten Zweck, weshalb es für die Auswahl des richtigen Tools entscheidend ist, ihre Unterschiede zu kennen.

Anwendungscontainer

Anwendungscontainer, die von Docker bekannt gemacht wurden, sind die häufigste Art von Containern. Ihr Hauptziel ist es, eine einzelne Anwendung oder einen Prozess zu verpacken und auszuführen. Sie sind leichtgewichtig, zustandslos und unveränderlich und bündeln den Code einer Anwendung und alle ihre Abhängigkeiten in einem ausführbaren Paket. Diese Funktionalität gewährleistet eine konsistente Leistung in verschiedenen Umgebungen. Außerdem ermöglichen sie eine unabhängige Bereitstellung und Skalierung der Dienstleistungen, Dadurch sind sie ideal für Microservices-Architekturen.

Wesentliche Merkmale

• Fokus auf einen einzigen Prozess: Führt eine Anwendung oder einen Dienst aus.
• Leicht und schnell: Startet schnell, ohne ein vollständiges Betriebssystem zu booten.
• Unveränderlich: Unverändert nach der Erstellung; bei Aktualisierungen wird der Container ersetzt.
• Staatenlos: Die Daten werden extern verwaltet (z. B. Datenträger, Datenbanken).
• Beliebte Technologien: Docker, containerd, CRI-O.

System-Container

Systemcontainer emulieren eine vollständige VM mit der Effizienz eines Containers. Im Gegensatz zu Anwendungscontainern führen sie ein vollständiges Betriebssystem mit mehreren Diensten und Prozessen aus, einschließlich eines Init-Systems wie systemd. Dadurch eignen sie sich für Legacy- oder monolithische Anwendungen, die eine herkömmliche Betriebssystemumgebung erwarten, und ermöglichen ein “Lift and Shift” auf eine containerisierte Infrastruktur ohne größere Umstrukturierungen. Obwohl sie schwerer sind als Anwendungscontainer, sind sie ressourceneffizienter als VMs, da sie sich den Kernel des Host-Betriebssystems teilen.

Wesentliche Merkmale

• Multiprozess-Umgebung: Führt einen vollständigen Boot-Prozess und mehrere Dienste aus.
• Verhält sich wie eine VM: Bietet eine dauerhafte, veränderbare Umgebung für Installationen und Konfigurationen.
• Unterstützung älterer Anwendungen: Ideal für monolithische Anwendungen, die ein herkömmliches Betriebssystem erfordern.
• Zustandsabhängig: Kann den internen Status verwalten, ähnlich wie ein Standard-Server.
• Beliebte Technologien: LXD (Linux Container Daemon), OpenVZ.

Die Wahl zwischen Anwendungs- und Systemcontainern hängt von der Arbeitsbelastung. Anwendungscontainer sind der Standard für moderne, auf Microservices basierende Anwendungen. Im Gegensatz dazu bieten Systemcontainer eine Brücke für die Migration von monolithischen Legacy-Systemen auf eine containerisierte Infrastruktur.

Wie funktionieren Cloud-Container?

Cloud-Container verwenden Virtualisierung auf Betriebssystemebene. Im Gegensatz zu herkömmlichen virtuellen Maschinen, die für jede Instanz ein komplettes Gastbetriebssystem benötigen, teilen sich Container den Kernel des Host-Betriebssystems, was sie leicht, schnell und effizient macht. Erreicht wird dies durch zwei wichtige Funktionen des Linux-Kernels: Namespaces und Kontrollgruppen (cgroups).

Kernkomponenten der Containerisierung

Namespaces: Namespaces partitionieren Kernel-Ressourcen und schaffen isolierte Arbeitsbereiche für Container. Jeder Container hat seinen eigenen Netzwerkstapel, Prozess-ID-Bereich, Einhängepunkte und Benutzer-ID-Bereich. Von innen erscheint er wie ein eigenständiges Betriebssystem, obwohl er den Host-Kernel mit anderen Containern teilt. Durch diese Isolierung wird sichergestellt, dass sich die Container nicht gegenseitig stören.

Kontrollgruppen (cGruppen): Cgroups verwalten und begrenzen die Ressourcennutzung von Containern, wie CPU, Speicher und Bandbreite. Sie verhindern, dass ein einzelner Container das Hostsystem überlastet, und gewährleisten eine stabile und vorhersehbare Leistung für alle Container.

Container-Arbeitsablauf

Die Erstellung und der Betrieb von Containern basieren auf zwei Hauptelementen: Images und Laufzeiten.

Container-Bilder: Diese unveränderlichen Dateien dienen als Blaupausen, die den Code, die Bibliotheken, die Abhängigkeiten und die Konfigurationen enthalten, die für die Ausführung der Anwendung erforderlich sind. In Schichten aufgebaut (z. B. beginnend mit einer minimalen Linux-Distribution), lassen sich Images effizient aktualisieren und gemeinsam nutzen.

Container-Laufzeit: Die Laufzeitumgebung ruft Container-Images ab und führt sie auf dem Host-System aus. Sie entpackt das Image und verwendet Namespaces und cgroups, um isolierte Prozesse zu erstellen. Die Laufzeit verwaltet den gesamten Lebenszyklus von Containern, von der Erstellung bis zur Beendigung.

Wenn Sie einen Befehl wie Docker-Lauf, Die Laufzeitumgebung ruft das Image ab (falls erforderlich), erstellt den Container, weist Ressourcen zu und isoliert ihn. Die Anwendung wird dann in einer Sandbox-Umgebung als Prozess auf dem Host-Betriebssystem ausgeführt.

Wozu werden Container verwendet?

Container sind unerlässlich für moderne Softwareentwicklung aufgrund ihrer Flexibilität, Portabilität und Effizienz. Hier sind die häufigsten Anwendungsfälle:

Anwendungsfälle für Container

• Microservices-Architekturen: Container sind ideal, um Anwendungen in kleine, unabhängige Dienste aufzuteilen. Jeder Dienst wird in einem eigenen Container ausgeführt, was Aktualisierungen vereinfacht, die Fehlerisolierung verbessert und es Teams ermöglicht, verschiedene Technologiestapel zu verwenden.
• Anwendungsmodernisierung und -migration: Container vereinfachen das “Lift and Shift” von Legacy-Anwendungen auf eine moderne Infrastruktur, machen größere Codeänderungen überflüssig und ermöglichen einen schrittweisen Übergang von einer monolithischen zu einer Microservices-basierten Architektur.
• Konsistente Entwicklungs- und Testumgebungen: Durch die Bündelung von Anwendungen mit all ihren Abhängigkeiten in einem einzigen Image sorgen Container für identische Umgebungen in der Entwicklung, beim Testen und in der Produktion, was Bugs und Bereitstellungsfehler reduziert.
• CI/CD und DevOps-Befähigung: Container lassen sich nahtlos integrieren in CI/CD-Pipelines, und ermöglicht automatisierte Builds, Tests und Bereitstellungen. Dies beschleunigt die Bereitstellungszyklen und verbessert die Zuverlässigkeit.
• Hybride und Multicloud-Strategien: Container können auf jeder Infrastruktur ausgeführt werden und unterstützen hybride und Multi-Cloud-Implementierungen, die die Herstellerbindung verringern und eine einfache Workload-Migration ermöglichen.
• Skalierbarkeit und High-Density-Installationen: Die Leichtigkeit von Containern ermöglicht Bereitstellungen mit hoher Dichte für eine bessere Ressourcennutzung. In Kombination mit Orchestrierungs-Tools wie Kubernetes können Container automatisch skaliert werden, um Nachfragespitzen zu bewältigen, was die Kosteneffizienz unterstützt, Hochverfügbarkeitsanwendungen.

Welche Vorteile bieten Cloud-Container?

Cloud-Container verändern die Art und Weise, wie Anwendungen entwickelt, bereitgestellt und verwaltet werden. Durch die Trennung der Anwendungen von der zugrundeliegenden Infrastruktur bieten sie Flexibilität und Effizienz und lösen gängige Entwicklungsherausforderungen für eine schnellere Bereitstellung, zuverlässigere Systeme und eine bessere Ressourcennutzung.

• Unerreichte Portabilität und Flexibilität: Container bündeln Anwendungen und Abhängigkeiten zu in sich geschlossenen Einheiten, die in jeder Umgebung konsistent ausgeführt werden können, egal ob in der Cloud oder vor Ort. Dies vereinfacht die Migration und verhindert die Bindung an einen bestimmten Anbieter.
• Verbesserte Skalierbarkeit und Leistung: Da Container leichtgewichtig sind und das Host-Betriebssystem gemeinsam nutzen, können sie innerhalb weniger Sekunden gestartet werden. Diese Geschwindigkeit ermöglicht eine schnelle, automatisierte Skalierung mit Tools wie Kubernetes, um plötzliche Anstiege des Datenverkehrs zu bewältigen und Anwendungen verfügbar zu halten.
• Höhere Ressourceneffizienz und Kosteneinsparungen: Mit Containern können mehr Anwendungen auf weniger Hardware ausgeführt werden, da sie sich das Host-Betriebssystem teilen, was zu einer höheren Dichte als bei VMs führt. Dies reduziert die Infrastrukturkosten und senkt die Cloud-Rechnungen.
• Schnellere Einsatz- und Entwicklungszyklen: Container helfen dabei, konsistente Umgebungen aufrechtzuerhalten, und beseitigen das Problem, dass “es auf meinem Rechner funktioniert”. Dies rationalisiert CI/CD-Pipelines für häufigere und vorhersehbare Bereitstellungen und steigert die Produktivität der Entwickler.
• Verbesserte Konsistenz und Zuverlässigkeit: Die Unveränderlichkeit verhindert Konfigurationsabweichungen und sorgt für stabile und vorhersehbare Systeme. Aktualisieren bedeutet, Container durch neue Images zu ersetzen, Rollbacks zu vereinfachen und Fehler zu beheben.

Container vs. virtuelle Maschinen

Sowohl Container als auch virtuelle Maschinen ermöglichen die Ausführung von Anwendungen in isolierten Umgebungen, allerdings auf sehr unterschiedliche Weise. VMs emulieren ganze Betriebssysteme und bieten so eine starke Isolierung, benötigen aber mehr Ressourcen, während Container den Kernel des Host-Betriebssystems gemeinsam nutzen, wodurch sie schlank, schneller zu starten und einfacher zu skalieren sind. Hier der Vergleich zwischen den beiden:

In der Praxis verwenden viele Unternehmen je nach den Anforderungen ihrer Workloads sowohl Container als auch VMs. Container sind ideal für Geschwindigkeit und Skalierbarkeit, während VMs eine gute Wahl für die Ausführung von Legacy-Anwendungen oder Workloads sind, die eine höhere Isolierung erfordern. In Kombination tragen sie zu einer flexiblen und effizienten Infrastrukturstrategie bei.

Werkzeuge zur Containerverwaltung

Je mehr Unternehmen Container einsetzen, desto unpraktischer wird deren manuelle Verwaltung. Container-Verwaltungstools helfen bei der Automatisierung von Bereitstellung, Orchestrierung, Skalierung und Überwachung und sorgen dafür, dass Anwendungen in komplexen Umgebungen zuverlässig und effizient bleiben. Diese Plattformen bieten auch Funktionen für Sicherheit, Vernetzung und Integration mit Cloud-Diensten.

• Docker: Eine weit verbreitete Plattform, die das Erstellen, Verpacken und Ausführen von Containern in verschiedenen Umgebungen vereinfacht.
• Kubernetes: Ein Open-Source-Orchestrierungssystem, das die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen automatisiert.
• Red Hat OpenShift: Eine Kubernetes-basierte Plattform mit entwicklerfreundlichen Funktionen, Sicherheit auf Unternehmensniveau und Multi-Cloud-Unterstützung.
• Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS): Ein verwalteter Kubernetes-Service von AWS, der den Overhead beim Betrieb von Kubernetes-Clustern reduziert.
• Google Kubernetes Engine (GKE): Googles verwaltetes Kubernetes-Angebot, das auf Skalierbarkeit und Integration mit Google Cloud Services ausgelegt ist.
• Azure Kubernetes Service (AKS): Microsofts verwaltete Kubernetes-Plattform, die eine tiefe Integration mit Azure-Diensten bietet.

Die Wahl des richtigen Container-Verwaltungstools hängt oft von der vorhandenen Infrastruktur, dem Grad der Fachkenntnis und davon ab, ob Sie einen vollständig verwalteten Dienst oder mehr Kontrolle über die Konfigurationen bevorzugen.

Wichtige Erkenntnisse und zusätzliche Ressourcen

Cloud-Container sind für die moderne Anwendungsentwicklung von grundlegender Bedeutung, da sie in jeder Phase des Software-Lebenszyklus für Konsistenz, Portabilität und Effizienz sorgen. Indem sie Anwendungen von ihren Umgebungen isolieren, lösen sie Bereitstellungsprobleme und unterstützen gleichzeitig Skalierbarkeit, Automatisierung und Innovation. Ob für Microservices, Anwendungsmodernisierung oder hybride Cloud-Strategien, Container helfen Unternehmen weiterhin bei der Erstellung und Bereitstellung von Software in großem Umfang.

Hier sind die wichtigsten Erkenntnisse aus dieser Ressource:

Die wichtigsten Erkenntnisse

1. Container verpacken Anwendungen mit allen Abhängigkeiten, und gewährleisten einen konsistenten Betrieb in verschiedenen Umgebungen.
2. Es gibt sie in zwei Varianten, Dabei werden Anwendungscontainer für Microservices und Systemcontainer für Legacy- oder monolithische Anwendungen verwendet.
3. Container setzen auf Linux-Funktionen, wie z. B. Namespaces und cgroups zur Isolierung und Ressourcenverwaltung.
4. Images und Laufzeiten bilden die Grundlage von Container-Workflows, und ermöglicht die Erstellung, Skalierung und Aktualisierung von Anwendungen.
5. Im Vergleich zu VMs sind Container leichter, starten schneller und sind effizienter, Dadurch sind sie ideal für Cloud-native Anwendungsfälle.
6. Werkzeuge zur Containerverwaltung wie Docker, Kubernetes und OpenShift Rationalisierung von Orchestrierung, Skalierung und Überwachung.
7. Die Einführung von Containern unterstützt DevOps-Praktiken, beschleunigt CI/CD-Pipelines und reduziert Infrastrukturkosten.

Wenn Sie mehr über Container erfahren möchten, besuchen Sie unsere Konzepte Drehscheibe und sehen Sie sich die unten aufgeführten Ressourcen an:

Zusätzliche Ressourcen

• Container-Sicherheit - Konzepte
• Container-Orchestrierung - Konzepte
• Hülse vs. Container: Was sind die Hauptunterschiede? - Blog
• Cloud-Native vs. Cloud-Agnostic: Welcher Ansatz ist der beste? - Blog

FAQs

Was ist der Unterschied zwischen Cloud-Containern und Kubernetes? Cloud-Container sind leichtgewichtige Pakete, die eine Anwendung mit ihren Abhängigkeiten bündeln, während Kubernetes eine Orchestrierungsplattform ist, die die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Containern automatisiert.

Können Container in hybriden oder Multicloud-Umgebungen eingesetzt werden? Ja, Container sind hochgradig portabel und können in lokalen, hybriden und Multi-Cloud-Umgebungen ausgeführt werden, ohne dass Änderungen an der Anwendung erforderlich sind.

Was sind die Herausforderungen bei der Verwaltung von Containern im großen Maßstab? Zu den Herausforderungen bei der Skalierung gehören die Orchestrierung von Tausenden von Containern, die Gewährleistung der Sicherheit, die Verwaltung von Netzwerken und die Aufrechterhaltung des Überblicks über Leistung und Ressourcennutzung.

Wie unterstützen Cloud-Container DevOps-Praktiken? Container bieten konsistente Umgebungen, ermöglichen schnelle Bereitstellungen und lassen sich nahtlos in CI/CD-Pipelines integrieren, was sie ideal für die Unterstützung von DevOps-Workflows macht.

Sind Cloud-Container für sensible Workloads sicher? Container können sicher sein, wenn sie mit bewährten Verfahren wie Image-Scans, Zugriffskontrollen und Laufzeitüberwachung kombiniert werden, obwohl sie sich auf das gemeinsam genutzte Host-Betriebssystem stützen, das zusätzliche Absicherung erfordert.

Was ist der Unterschied zwischen Containerisierung und serverlosem Computing? Die Containerisierung verpackt Anwendungen und Abhängigkeiten in portable Einheiten, während serverloses Rechnen abstrahiert die Infrastruktur vollständig und ermöglicht es Entwicklern, Funktionen nach Bedarf auszuführen, ohne Server zu verwalten.