Cloud-Container

ZUSAMMENFASSUNG

Cloud-Container fassen Anwendungen und deren Abhängigkeiten in portable, in sich geschlossene Einheiten zusammen, die in jeder Umgebung konsistent ausgeführt werden. Indem sie Anwendungen von der zugrunde liegenden Infrastruktur isolieren, lösen sie Kompatibilitätsprobleme und optimieren Entwicklung sowie Bereitstellung. Container gibt es in zwei Haupttypen: Anwendungscontainer für Mikroservices und Systemcontainer für Altanwendungen, die jeweils unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Ihr leichtgewichtiger, skalierbarer Aufbau sorgt dafür, dass sie schneller und effizienter sind als herkömmliche virtuelle Maschinen (VMs). Mit der Unterstützung von Orchestrierungswerkzeugen wie Kubernetes haben sich Container zu einem Fundament der modernen, Cloud-nativen Entwicklung entwickelt.

Was sind Container im Cloud Computing?

Im Cloud Computing ist ein Container ein portables Paket, das eine Anwendung mit ihren Abhängigkeiten (Code, Laufzeitumgebung, Bibliotheken, Einstellungen) bündelt, sodass sie in verschiedenen Umgebungen ausgeführt werden kann. Dies isoliert Anwendungen von ihrer Umgebung und gewährleistet einen konsistenten Betrieb bei jeder Bereitstellung, von lokalen Computern bis öffentliche Clouds. Durch das Bündeln von Abhängigkeiten lösen Container das “Auf meinem Rechner funktioniert es”-Problem und vereinfachen so die Entwicklung und Bereitstellung.

Lesen Sie diesen Leitfaden weiter, um die Grundlagen von Cloud-Containern kennenzulernen, einschließlich ihrer Typen, technischen Funktionen und gängigen Anwendungsfälle. Sie erfahren außerdem mehr über ihre Vorteile, wie sie sich von virtuellen Maschinen unterscheiden und welche Tools für die Containerverwaltung und -orchestrierung verfügbar sind.

• Arten von Cloud-Containern
• Wie funktionieren Cloud-Container?
• Wofür werden Container verwendet?
• Welche Vorteile bieten Cloud-Container?
• Container vs. Virtuelle Maschinen
• Container-Management-Tools
• Die wichtigsten Erkenntnisse und zugehörige Ressourcen
• FAQs
  

Arten von Cloud-Containern

Alle Container nutzen Virtualisierung auf Betriebssystemebene, lassen sich aber im Wesentlichen in zwei Typen unterteilen: Anwendungscontainer und Systemcontainer. Jeder erfüllt einen bestimmten Zweck, weshalb das Verständnis ihrer Unterschiede entscheidend für die Auswahl des richtigen Werkzeugs ist.

Anwendungscontainer

Anwendungscontainer, populär gemacht durch Docker, 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 über verschiedene Umgebungen hinweg. Sie ermöglichen auch eine unabhängige Bereitstellung und Skalierung von Diensten, womit sie sich ideal für Microservices-Architekturen eignen.

Hauptmerkmale

• Einzelprozess-Fokus Führt eine Anwendung oder einen Dienst aus.
• Leicht und schnell: Startet schnell, ohne ein vollständiges Betriebssystem zu booten.
• Unveränderlich Nach der Erstellung unverändert; Aktualisierungen beinhalten den Austausch des Containers.
• Staatenlos Daten werden extern verwaltet (z. B. Volumes, Datenbanken).
• Beliebte Technologien: Docker, containerd, CRI-O.

Systemcontainer

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. Dies macht sie für Altanwendungen oder monolithische Anwendungen geeignet, die eine traditionelle Betriebssystemumgebung erwarten, und ermöglicht ein “Lift and Shift” auf eine containerisierte Infrastruktur ohne größeren Refactoring-Aufwand. Obwohl sie schwerer sind als Anwendungscontainer, sind sie ressourceneffizienter als VMs, da sie den Kernel des Host-Betriebssystems gemeinsam nutzen.

Hauptmerkmale

• Mehrprozessumgebung Führt einen vollständigen Startvorgang und mehrere Dienste aus.
• Verhält sich wie eine VM: Bietet eine persistente, veränderbare Umgebung für Installationen und Konfigurationen.
• Wartung von Altanwendungen Ideal für monolithische Anwendungen, die ein traditionelles Betriebssystem erfordern.
• Zustandsbehaftet Kann den internen Zustand ähnlich wie ein Standardserver verwalten.
• Beliebte Technologien: LXD (Linux Container Daemon), OpenVZ.

Die Wahl zwischen Anwendungs- und System-Containern hängt von den Arbeitsbelastung. Anwendungscontainer sind der Standard für moderne, auf Mikroservices basierende Anwendungen. Im Gegensatz dazu bieten Systemcontainer eine Brücke für die Migration älterer monolithischer Systeme in eine containerisierte Infrastruktur.

Wie funktionieren Cloud-Container?

Cloud-Container nutzen Virtualisierung auf Betriebssystemebene. Im Gegensatz zu herkömmlichen virtuellen Maschinen, die für jede Instanz ein vollständiges Gastbetriebssystem erfordern, teilen sich Container den Kernel des Host-Betriebssystems, was sie leichtgewichtigen, schnell und effizient macht. Dies wird durch zwei wichtige Linux-Kernel-Funktionen erreicht: Namespaces und Control Groups (cgroups).

Kernkomponenten der Containerisierung

Namensräume: Namespaces partitionieren Kernel-Ressourcen und schaffen isolierte Arbeitsbereiche für Container. Jeder Container verfügt über einen eigenen Netzwerk-Stack, Prozess-ID-Raum, Einhängepunkte und Benutzer-ID-Raum. Von innen betrachtet wirkt er wie ein eigenständiges Betriebssystem, obwohl er sich den Host-Kernel mit anderen Container teilt. Diese Isolierung stellt sicher, dass sich Container nicht gegenseitig beeinträchtigen.

Steuergruppen (cgroups): Cgroups verwalten und begrenzen die Ressourcennutzung von Containern wie CPU, Arbeitsspeicher und Bandbreite. Sie verhindern, dass ein einzelner Container das Host-System überlastet, und gewährleisten so eine stabile und vorhersagbare Leistung für alle Container.

Container-Workflow

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

Container-Images: Diese unveränderlichen Dateien dienen als Baupläne, die den Code, Bibliotheken, Abhängigkeiten und Konfigurationen enthalten, die zum Ausführen der Anwendung erforderlich sind. In Schichten aufgebaut (z. B. beginnend mit einer minimalen Linux-Distribution), sind Images effizient zu aktualisieren und zu teilen.

Container-Laufzeitumgebung 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 Laufzeitumgebung steuert den gesamten Lebenszyklus des Containers, von der Erstellung bis zur Beendigung.

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

Wofür werden Container verwendet?

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

Anwendungsfälle für Container

• Mikrodienst-Architekturen Container sind ideal, um Anwendungen in kleine, unabhängige Dienste aufzuteilen. Jeder Dienst läuft in einem eigenen Container, was Aktualizaciones vereinfacht, die Fehlerisolierung verbessert und es Teams ermöglicht, unterschiedliche Technologie-Stacks zu verwenden.
• Anwendungsmodernisierung und -migration: Container vereinfachen das “Lift and Shift” von Altanwendungen auf moderne Infrastrukturen, machen umfangreiche Codeänderungen überflüssig und ermöglichen einen schrittweisen Übergang von einer monolithischen zu einer mikrobasierten Architektur.
• Konsistente Entwicklungs- und Testumgebungen: Indem Container Anwendungen samt allen ihren Abhängigkeiten in ein einziges Image verpacken, gewährleisten sie identische Umgebungen über Entwicklung, Test und Produktion hinweg, was Fehler und Fehlschläge bei der Bereitstellung reduziert.
• CI/CD- und DevOps-Implementierung: Container lassen sich nahtlos integrieren mit CI/CD-Pipelines, was automatisierte Builds, Tests und Bereitstellungen ermöglicht. Dies beschleunigt die Bereitstellungszyklen und verbessert die Zuverlässigkeit.
• Hybrid- und Multicloud-Strategien: Container können auf jeder Infrastruktur ausgeführt werden, was Hybrid- und Multicloud-Bereitstellungen unterstützt, die die Abhängigkeit von einem Anbieter (Vendor Lock-in) verringern und eine einfache Migration von Workloads ermöglichen.
• Skalierbarkeit und Bereitstellungen mit hoher Dichte: Die Leichtgewichtigkeit von Container-Technologien ermöglicht Bereitstellungen mit hoher Dichte für eine bessere Ressourcennutzung. In Kombination mit Orchestrierungswerkzeugen wie Kubernetes können Container automatisch skalieren, um Lastspitzen zu bewältigen, und unterstützen so kosteneffiziente, hochverfügbare Anwendungen.

Welche Vorteile bieten Cloud-Container?

Cloud-Container verändern die Art und Weise, wie Anwendungen erstellt, bereitgestellt und verwaltet werden. Indem sie Anwendungen von der zugrunde liegenden Infrastruktur trennen, bieten sie Flexibilität und Effizienz und lösen gängige Entwicklungsherausforderungen für eine schnellere Bereitstellung, zuverlässigere Systeme und eine bessere Ressourcennutzung.

• Unübertroffene Portabilität und Flexibilität: Container bündeln Anwendungen und Abhängigkeiten in eigenständigen Einheiten, die in jeder Umgebung konsistent ausgeführt werden, unabhängig davon, ob in der Cloud oder vor Ort. Das vereinfacht die Migration und verhindert eine Abhängigkeit vom Anbieter.
• Erweiterte Skalierbarkeit und Leistung: Da Container leichtgewichtig sind und sich das Host-Betriebssystem teilen, können sie in nur wenigen Sekunden starten. Diese Geschwindigkeit ermöglicht eine schnelle, automatisierte Skalierung mit Tools wie Kubernetes, wodurch plötzliche Verkehrsspitzen bewältigt und Anwendungen verfügbar gehalten werden können.
• Größere Ressourceneffizienz und Kosteneinsparungen: Container ermöglichen es, dass mehr Anwendungen auf weniger Hardware ausgeführt werden, indem sie das Host-Betriebssystem gemeinsam nutzen. Dies führt zu einer höheren Dichte als bei VMs, wodurch die Infrastrukturkosten und die Cloud-Rechnungen gesenkt werden.
• Schnellere Bereitstellungs- und Entwicklungszyklen: Container sorgen für konsistente Umgebungen und beseitigen das Problem “Auf meinem Rechner funktioniert es”. Dies optimiert CI/CD-Pipelines für häufigere und vorhersehbarere Deployments und steigert die Produktivität der Entwickler.
• Verbesserte Konsistenz und Zuverlässigkeit: Unveränderlichkeit verhindert Konfigurationsdrift und sorgt so für stabile und vorhersehbare Systeme. Aktualisierungen bedeuten den Austausch von Containers durch neue Images, was Rollbacks und die Fehlerbehebung vereinfacht.

Container vs. Virtuelle Maschinen

Obwohl sowohl Container als auch virtuelle Maschinen die Ausführung von Anwendungen in isolierten Umgebungen ermöglichen, tun sie dies auf sehr unterschiedliche Weise. VMs emulieren ganze Betriebssysteme, was eine starke Isolation bietet, aber mehr Ressourcen erfordert, während Container sich den Kernel des Host-Betriebssystems teilen, wodurch sie leichtgewichtig, schneller zu starten und einfacher zu skalieren sind. Hier ist der Vergleich zwischen den beiden:

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In der Praxis nutzen viele Organisationen sowohl Container als auch VMs je nach ihren Workload-Anforderungen. Container sind ideal für Geschwindigkeit und Skalierbarkeit, während VMs eine starke Wahl bleiben für die Ausführung von Legacy-Anwendungen oder Workloads, die eine höhere Isolierung erfordern. In Kombination tragen sie zu einer flexiblen und effizienten Infrastrukturstrategie bei.

Container-Management-Tools

Wenn Organisationen ihren Einsatz von Containern skalieren, wird die manuelle Verwaltung unpraktikabel. Container-Management-Tools helfen dabei, die Bereitstellung, Orchestrierung, Skalierung und Überwachung zu automatisieren, wodurch sichergestellt wird, dass Anwendungen in komplexen Umgebungen zuverlässig und effizient bleiben. Diese Plattformen bieten zudem Funktionen für Sicherheit, Netzwerke und die Integration mit Cloud-Diensten.

• Docker: Eine weit verbreitete Plattform, die das Erstellen, Verpacken und Ausführen von Containern über verschiedene Umgebungen hinweg vereinfacht.
• Kubernetes: Ein Open-Source-Orchestrierungssystem, das die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen automatisiert.
• Red Hat OpenShift: Eine Kubernetes-basierte Plattform, die entwicklerfreundliche Funktionen, unternehmensorientierte Sicherheit und Multicloud-Unterstützung bietet.
• Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS): Ein verwalteter Kubernetes-Dienst von AWS, der den Aufwand für den Betrieb von Kubernetes-Clustern reduziert.
• Google Kubernetes Engine (GKE): Googles verwaltetes Kubernetes-Angebot, entwickelt für Skalierbarkeit und die Integration mit Google Cloud-Diensten.
• Azure Kubernetes Service (AKS): Die verwaltete Kubernetes-Plattform von Microsoft mit tiefgreifender Integration in Azure-Dienste.

Die Wahl des richtigen Container-Management-Tools hängt oft von Ihrer bestehenden Infrastruktur, Ihrem Fachwissen und davon ab, ob Sie einen vollständig verwalteten Service oder mehr Kontrolle über Konfigurationen bevorzugen.

Wichtige Erkenntnisse und zusätzliche Ressourcen

Cloud-Container sind zu einem Fundament der modernen Anwendungsentwicklung geworden, da sie Konsistenz, Portabilität und Effizienz in jede Phase des Software-Lebenszyklus bringen. Indem sie Anwendungen von ihrer Umgebung isolieren, lösen sie Bereitstellungsprobleme und unterstützen gleichzeitig Skalierbarkeit, Automatisierung und Innovation. Ob für Mikroservices, Anwendungsmodernisierung oder Hybrid-Cloud-Strategien eingesetzt – Container helfen Unternehmen weiterhin dabei, Software im großen Stil zu entwickeln und bereitzustellen.

Hier sind die wichtigsten Erkenntnisse aus dieser Quelle:

Wichtige Erkenntnisse

1. Container verpacken Anwendungen mit allen Abhängigkeiten, womit ein konsistenter Betrieb über verschiedene Umgebungen hinweg sichergestellt wird.
2. Sie sind in zwei Arten erhältlich, wobei Anwendungskontainer für Microservices und Systemkontainer für Altanwendungen oder monolithische Apps verwendet werden.
3. Container basieren auf Linux-Funktionen, wie Namespaces und cgroups, zur Isolierung und Ressourcenverwaltung.
4. Images und Runtimes bilden das Fundament von Container-Workflows, was die Erstellung, Skalierung und Aktualisierung von Anwendungen antreibt.
5. Im Vergleich zu VMs sind Container leichter, starten schneller und sind effizienter., womit sie sich ideal für Cloud-native-Anwendungsfälle eignen.
6. Container-Management-Tools wie Docker, Kubernetes und OpenShift Orchestrierung, Skalierung und Überwachung optimieren.
7. Die Einführung von Containern unterstützt DevOps-Praktiken, beschleunigt CI/CD-Pipelines und senkt die Infrastrukturkosten.

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

Zusätzliche Ressourcen

• Container-Sicherheit – Konzepte
• Container-Orchestrierung – Konzepte
• Pod vs. Container: Was sind die wichtigsten Unterschiede? – 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 Hybrid- oder Multicloud-Umgebungen eingesetzt werden? Ja, Container sind hochgradig portabel und können in On-Premises-, Hybrid- 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? Bei großem Umfang gehören zu den Herausforderungen die Orchestrierung von Tausenden von Containern, die Gewährleistung der Sicherheit, das Netzwerkmanagement sowie die Aufrechterhaltung der Transparenz hinsichtlich Leistung und Ressourcennutzung.

Wie unterstützen Cloud-Container DevOps-Praktiken? Container bieten konsistente Umgebungen, ermöglichen schnelle Bereitstellungen und integrieren sich nahtlos in CI/CD-Pipelines, wodurch sie ideal zur Unterstützung von DevOps-Workflows sind.

Sind Cloud-Container für sensible Workloads sicher? Container können sicher sein, wenn sie mit Best Practices wie Image-Scanning, Zugriffskontrollen und Laufzeitüberwachung kombiniert werden, obwohl sie auf dem gemeinsamen Host-Betriebssystem basieren, was zusätzliche Härtungsmaßnahmen erfordert.

Was ist der Unterschied zwischen Containerisierung und Serverless Computing? Containerisierung verpackt Anwendungen und Abhängigkeiten in portable Einheiten, während Serverless Computing bildet die Infrastruktur vollständig ab und ermöglicht es Entwicklern, Funktionen bedarfsgerecht auszuführen, ohne Server verwalten zu müssen.