Was ist Docker?

Tipp

Diese Inhalte sind ein Auszug aus dem eBook „.NET Microservices Architecture for Containerized .NET Applications“, verfügbar unter .NET Docs oder als kostenlos herunterladbare PDF-Datei, die offline gelesen werden kann.

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Docker ist ein Open Source-Projekt zur Automatisierung der Bereitstellung von Apps als mobile, eigenständige Container, die in der Cloud oder lokal ausgeführt werden können. Docker ist darüber hinaus ein Unternehmen, das diese Technologie fördert und weiterentwickelt und mit Cloud-, Linux- und Windows-Anbietern zusammenarbeitet, einschließlich Microsoft.

Abbildung 2-2: Docker stellt Container auf allen Ebenen der Hybrid Cloud bereit.

Docker-Container können überall ausgeführt werden, lokal im Rechenzentrum des Kunden, bei einem externen Dienstanbieter oder in der Cloud auf Azure. Docker-Imagecontainer können nativ unter Linux und Windows ausgeführt werden. Allerdings können Windows-Images nur auf Windows-Hosts ausgeführt werden, während Linux-Images sowohl auf Linux-Hosts als auch auf Windows-Hosts ausgeführt werden können (bis dato mithilfe einer Hyper-V-Linux-VM), wobei Host einen Server oder eine VM bedeutet.

Entwickler können Entwicklungsumgebungen unter Windows, Linux oder macOS verwenden. Der Entwickler führt auf dem Entwicklungscomputer einen Docker-Host aus, in dem Docker-Images bereitgestellt werden, einschließlich der App und ihrer Abhängigkeiten. Entwickler, die unter Linux oder macOS arbeiten, verwenden einen Linux-basierten Docker-Host und können nur Images für Linux-Container erstellen. (Entwickler, die unter macOS arbeiten, können Code bearbeiten oder die Docker-CLI unter macOS ausführen, aber zum Entstehungszeitpunkt dieses Texts können Container nicht direkt unter macOS ausgeführt werden.) Entwickler, die unter Windows arbeiten, können Images wahlweise für Linux- oder für Windows-Container erstellen.

Um Container in Entwicklungsumgebungen zu hosten und zusätzliche Entwicklertools bereitzustellen, wird Docker Desktop für Windows oder für macOS von Docker angeboten. Diese Produkte installieren die erforderliche VM (den Docker-Host) zum Hosten der Container.

Es gibt zwei Typen von Runtimes zum Ausführen von Windows-Containern:

• Windows Server-Container bieten dank der Isolation von Prozessen und Namespaces auch Anwendungsisolierung. Ein Windows Server-Container teilt sich einen Kernel mit dem Containerhost und allen Containern, die auf dem Host ausgeführt werden.

• Hyper-V-Container erweitern die durch Windows Server-Container bereitgestellte Isolierung, indem jeder Container in einem hochgradig optimierten virtuellen Computer ausgeführt wird. In dieser Konfiguration wird der Kernel des Containerhosts nicht für den Hyper-V-Container freigegeben, was die Isolierung verbessert.

Die Images für diese Container werden auf die gleiche Weise erstellt und funktionieren auch gleich. Der Unterschied besteht darin, wie der Container aus dem Image erstellt wird: Für das Ausführen eines Hyper-V-Containers ist ein Zusatzparameter erforderlich. Weitere Informationen finden Sie unter Windows-Container.

Vergleichen von Docker-Containern mit virtuellen Computern

In Abbildung 2-3 wird einen Vergleich zwischen virtuellen Computern und die Docker Container dargestellt.

Virtual Machines	Docker-Container
Virtuelle Computer enthalten die Anwendung, die erforderlichen Bibliotheken oder Binärdateien und ein vollständiges Gastbetriebssystem. Eine vollständige Virtualisierung erfordert mehr Ressourcen als die Containerisierung.	Container enthalten die Anwendung und alle ihre Abhängigkeiten. Sie teilen den Betriebssystemkernel jedoch mit anderen Containern, die als isolierte Prozesse im Benutzerbereich des Hostbetriebssystems ausgeführt werden. (Die einzige Ausnahme stellen Hyper-V-Container dar, wo jeder Container auf einem speziellen virtuellen Computer pro Container ausgeführt wird.)

Abbildung 2-3: Vergleichen der herkömmlichen virtuellen Computer mit Docker-Containern

Bei VMs gibt es drei Basisebenen auf dem Host-Server. Unten beginnend sind dies: Infrastruktur, Hostbetriebssystem und Hypervisor, und auf all dem aufsetzend weist jede VM ihr eigenes Betriebssystem und alle erforderlichen Bibliotheken auf. Bei Docker bietet der Hostserver nur die Infrastruktur und das Betriebssystem, und darüber arbeitet das Containermodul, das die Container isoliert, aber die grundlegenden Betriebssystemdienste teilt.

Da Container wesentlich weniger Ressourcen benötigen (z.B. keine Vollversion des Betriebssystems), lassen sie sich einfach bereitstellen und schnell hochfahren. Das ermöglicht eine höhere Dichte, d.h. es erlaubt Ihnen, mehr Dienste auf der gleichen Hardwareeinheit auszuführen, was geringere Kosten verursacht.

Als Nebenwirkung der Ausführung auf dem gleichen Kernel erhalten Sie weniger Isolation als bei VMs.

Der Hauptzweck eines Images ist, die Umgebung (Abhängigkeiten) in verschiedene Bereitstellungen anzugleichen. Das bedeutet, dass Sie sie auf Ihrem Computer debuggen und sie dann auf einem anderen Computer bereitstellen können, wenn dieselbe Umgebung gewährleistet ist.

Mit einem Containerimage können Sie eine Anwendung oder einen Dienst packen und beides auf zuverlässige und reproduzierbare Weise bereitstellen. Docker ist also nicht bloß eine Technologie, sondern eine Philosophie und ein Prozess.

Wenn Docker eingesetzt wird, hören Sie von Entwicklern nie: „Es funktioniert auf meinem Computer. Warum also nicht auch in der Produktion?“ Sie können einfach sagen : „Es funktioniert in Docker.“, da die gepackte Docker-Anwendung in jeder unterstützten Docker-Umgebung ausgeführt werden kann, und sie funktioniert auf allen Bereitstellungszielen (wie Dev, QA, Staging und Produktion) wie vorgesehen.

Eine einfache Analogie

Vielleicht kann eine einfache Analogie beim Verständnis des Kernkonzepts von Docker hilfreich sein.

Gehen wir einen Augenblick lang zurück in die 1950-er Jahre. Es gab keine Textverarbeitungsprogramme, und überall (naja, fast überall) wurden Fotokopierer benutzt.

Angenommen, Sie wären dafür zuständig gewesen, stapelweise Briefe nach Bedarf per Post an Kunden zu verschicken, auf richtigem Papier und in Umschlägen für die physische Zustellung an die Adresse jedes einzelnen Kunden (damals gab es noch keine E-Mail).

An einem bestimmten Punkt fällt Ihnen auf, dass die Briefe nur eine Zusammenstellung einer großen Sammlung von Absätzen sind, die nach Bedarf ausgewählt und angeordnet werden, je nach dem Zweck des Briefs, also denken Sie sich ein System aus, Briefe schnell fertigzustellen, und erwarten eine üppige Gehaltserhöhung.

Das System ist einfach:

1. Sie beginnen mit einem Satz Transparentfolien, die jeweils einen Absatz enthalten.

2. Um einen Satz Briefe fertigzustellen, wählen Sie die Folien mit den benötigten Absätzen aus, dann stapeln Sie sie und richten sie aus, so dass sie gut aussehen und sich einwandfrei lesen lassen.

3. Schließlich platzieren Sie den Stapel im Fotokopierer und drücken den Startknopf, um so viele Briefe wie nötig zu erstellen.

Vereinfacht ist das der Kerngedanke von Docker.

In Docker ist jede Schicht die sich ergebende Menge von Änderungen, die im Dateisystem nach dem Ausführen eines Befehls auftreten, etwa beim Installieren eines Programms.

Wenn Sie sich das Dateisystem nach dem Kopieren der Schicht „ansehen“, sehen Sie alle Dateien in der Schicht, als das Programm installiert wurde.

Sie können sich ein Image als eine schreibgeschützte Behelfsfestplatte vorstellen, die zur Installation auf einem „Computer“ bereit ist, der bereits ein Betriebssystem enthält.

In ähnlicher Weise stellt ein Container diesen „Computer“ dar, mit angeschlossener Image-„Festplatte“. Der Container kann ein- und ausgeschaltet werden, ganz wie ein Computer.

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