Windows контейнеры и Docker

Контейнеры являлись основой вычислений в Linux в течение целого ряда лет. Google, например, уже очень давно использует решения, основанные на контейнерах по всей своей империи, чтобы предоставлять распределенные приложения не только своим сотрудникам, но и своим пользователям по всему миру.

Тем не менее, Google не был долгое время одинок в своем увлечении контейнерными вычислениями. В какой-то момент из ниоткуда появился Docker, который в отличии от Google стандартизировал процессы доставки контейнеров, а также управления ими. Более того, Docker развивался сообществом энтузиастов в мире открытого исходного кода, что сделало его простым и очень популярным решением. С развитием проекта Docker буквально у каждого желающего появилась возможность получить скорость, гибкость и простоту управления программным обеспечением и инфраструктурой, которую предоставляют контейнеры.

Docker революция стала настолько значительной, что даже Microsoft присоединился к этой инициативе в первую очередь за счет поддержки Docker и Linux в Azure, а теперь и за счет интеграции этой технологии в Windows Server 2016. Самое интересное это то, что контейнеры Windows Server не основаны на Linux, это нечто совершенно новое. Windows контейнеры — это контейнеры, которые работают в Windows и запускают Windows внутри себя.

Причем Microsoft настолько серьезно стала относится к контейнерам, что сейчас активно участвует в Open Container Initiative (OCI), пытаясь перетягивать одеяло на себя так, как будто бы она сама придумала эту технологию.

Контейнер в Windows имеет много общего с его аналогом в Linux. Оба обеспечивают изолированную среду для запуска приложений. И там и там контейнеры используют передовые технологии изоляции для обеспечения портативной, но одновременно ограниченной среды, которая включает в себя практически все, чтобы приложение могло быть полностью функциональным.

Контейнер очень похож на виртуальную машину (ВМ) и часто рассматривается как отдельный тип виртуализации, но это два совершенно разные понятия. Да, каждый работает под управлением операционной системы (ОС), предоставляет внутри себя локальную файловую систему и может быть доступен по сети так же как физический компьютер. Тем не менее, при использовании ВМ вы имеете дело с полной и независимой ОС вместе с виртуальными драйверами устройств, управлением памятью и другими компонентами, которые добавляют к накладные расходы.

Контейнер переиспользует большее количество общих ресурсов хост-системы нежели виртуальная машина, а значит, он более легкий, быстрее разворачивается и проще масштабируется между различными датацентрами. Таким образом, контейнер может предложить более эффективный механизм для инкапсулирования приложения, обеспечивая ему при этом необходимые интерфейсы хост-системы — все из этого приводит к более эффективному использованию ресурсов и улучшению переносимости приложений.

Microsoft планирует предложить два типа контейнеров в Windows Server 2016: контейнер Windows Server и Hyper-V контейнер. Оба типа функционируют одинаковым образом, и могут быть созданы и управляются одинаково. Там, где они различаются — это в уровне изоляции, который каждый из них обеспечивает.

Контейнер Windows Server разделяет ядро с ОС работает на хост-машине, что означает, что все контейнеры, работающие на этой машине, разделяют одно и то же ядро. В то же время, каждый контейнер поддерживает свой собственный вид на операционную систему, реестр, файловую систему, IP-адреса и другие компоненты, сочетая это с изоляцией, предоставляемой каждому контейнеру при помощи процессов, пространства имен и технологий управления ресурсами.

Контейнер Windows Server хорошо подходит для ситуаций, в которых и основная ОС, и приложения в контейнерах лежат в пределах той же зоны доверия, например для приложений, которые охватывают несколько контейнеров или образуют общую службу. Тем не менее, контейнеры Windows Server обсуждаются в связи с их зависимостью от процесса обновления ОС хост-системы, который может осложнить обслуживание и препятствовать процессам. Например, патч примененный к хосту может сломать приложение, работающее в контейнере. Что еще более важно, в таких ситуациях, как многопользовательские среды, модель разделяемого ядра может раскрыть систему для уязвимостей приложений и кросс-контейнерных атак.

Hyper-V контейнер решает эти проблемы, предоставляя виртуальную машину, в которой нужно запустить контейнер Windows. При таком подходе контейнер больше не разделяет ядро хост-машины и не имеет зависимости от патчей ОС этой машины. Конечно, такой подход означает некоторую потерю скорости и эффективности упаковки, которые вы получаете с обычным контейнером в Windows Server, но взамен вы получаете более изолированную и безопасную среду.

Вне зависимости от типа контейнера, который вы используете, теперь у вас есть возможность использовать контейнеры с такими технологиями Windows как .NET или PowerShell, что не было возможно раньше. Контейнер для Windows предоставляет все необходимое для обеспечения работы приложения на любом компьютере под управлением Windows Server 2016, давая вам тот уровень переносимости, который был не доступен на протяжении большей части истории Windows. Вы можете создавать свои контейнеры локально, делать их доступными процессов для тестирования и контроля качества, а затем отправить их в команде, занимающейся продуктивом, без необходимости беспокоиться о сложных установках и конфигурациях на каждом шаге этого пути.

Ряд компонентов принимают участие в процессе создании и запуска контейнеров, начиная с хоста, на котором они должны работать. Хост может быть как физическим компьютером, так и ВМ с Windows 2016 Server. Единственное, что важно, чтобы была включена функция контейнеризации для Windows.

Вы можете разместить контейнеры на любой версии Windows: Server Full UI или же Core, которая устанавливается по умолчанию. Microsoft также представляет Nano издание для Windows Server 2016 — минимальную версию ОС, которая не включает в себя локальный графический пользовательский интерфейс или консоль.

Microsoft также добавила вложенную виртуализацию для Windows Server 2016, так что вы можете запустить Hyper-V контейнеры, если хостом является ВМ. Если вы планируете запускать такой тип контейнера, необходимо включить функцию Hyper-V на хост-ОС. Microsoft также добавляет поддержку контейнера для Windows 10, хотя только для Hyper-V контейнеров.

Как и с контейнерами Docker, вы разворачиваете контейнеры для Windows из образов. Каждый образ начинается с образа ОС контейнера — базового образа, включающего в себя операционную систему, которая будет работать внутри контейнера. В настоящее время Microsoft предоставляет два базовых образа: образ Server Core и образ Nano Server. Вы должны загрузить хотя бы один из этих образов ОС от Microsoft, прежде чем сможете развернуть контейнер.

Microsoft строго определяет, какие образы вы можете использовать с каким типом контейнера на основании хост-ОС, как описано в следующей таблице.

Как вы можете видеть, Hyper-V контейнеры в настоящее время поддерживают только образ Nano сервера, но ваш выбор контейнеров Windows Server зависит от того, с какой версией Windows Server вы работаете.

Для этого типа контейнера, образ ОС должен также соответствовать хост-системы в отношении сборки и уровня обновления. Несоответствие может привести к непредсказуемому поведению как для контейнера, так и хоста. Это означает, что вы должны обновить образ базового контейнера ОС при обновлении ОС хоста. Это также означает, что вы не будете иметь возможность запускать Linux контейнер на Windows машине, или наоборот, и это также верно для Hyper-V контейнеров.

Образы обеспечивают высокую степень гибкости, когда речь идет о развертывании контейнеров. Вы можете создавать образы на основе существующего образа и обновлять новые образы так часто, как это необходимо. После этого вы можете развернуть один или несколько контейнеров из этого образа.

Например, предположим, что вы создаете образ, основанный на Server Core. В новый образ, вы устанавливаете приложение, которое в настоящее время находится в разработке вместе со всеми зависимостями этого приложения. Затем вы можете развернуть один или несколько контейнеров из этого образа. Каждый контейнер функционирует как песочница, которая включает все компоненты, необходимые для полной работоспособности приложения.

Образ может быть развернут так часто, как это необходимо, а также совместно использоваться любым количеством контейнеров. Вы создаете контейнеры по мере необходимости, а затем избавляетесь от них, когда вы с ними закончите. Но лучше всего то, что вы можете обновить и повторно развернуть образ в любое время, а затем создать из него новые контейнеры, которые содержат последние изменения.

Вам не нужно выбирать тип контейнера (Windows Server или Hyper-V) до тех пор, пока вы не будете готовы запустить фактический контейнер. Тип контейнера не имеет никакого отношения к тому, как вы собираете ваши образы. Образы хранятся в репозитории и доступны по запросу для разворачивания контейнеров, где и когда они необходимы, будь то контейнеры Windows Server или Hyper-V.

Помимо компании, Docker также является проектом с открытым кодом, которая облегчает процесс развертывания и управления контейнерами. Контейнеры Windows теперь являются частью этого проекта, и сообщество Docker интенсивно работает, чтобы полностью интегрировать контейнеры Windows в экосистему Docker. В рамках этой же инициативы Docker предлагает Docker Engine для Windows, и Docker Client для Windows.

Docker Engine обеспечивает функциональность, необходимую для управления Docker окружением. Например, Docker Engine позволяет автоматизировать создание контейнеров из образов. Хотя вы можете создавать образы вручную, Docker Engine предлагает целый ряд преимуществ, т.к. возможность хранения образов как кода, легкого пересоздания этих образов или включения их в цикл непрерывной интеграции в процессе разработки.

Тем не менее, Docker Engine не является частью установки Windows. Вы должны загрузить, установить и настроить его отдельно от Windows. Docker Engine работает как служба Windows. Можно настроить эту службу, используя файл конфигурации или Windows Service Control Manager (SCM). Например, вы можете установить отладку по умолчанию и параметры журнала или настроить, как Docker Engine принимает сетевые запросы. Microsoft рекомендует использовать файл конфигурации, а не SCM, но отмечает, что не каждый параметр конфигурации в файле применим к контейнерам Windows.

Docker Engine по существу делает всю рутинную работу по управлению контейнером за вас, расширяя API, необходимый для клиента Docker для взаимодействия Docker Engine. Клиент представляет собой интерфейс командной строки, который предоставляет набор команд для управления образами и контейнерами. Это те же самые команды, которые позволяют создавать и запускать контейнеры Docker в Linux. Хотя вы и не можете запустить контейнер для Windows на Linux или контейнер Linux на Windows, вы можете использовать один и тот же клиент для управления как Linux и Windows контейнерами, будь то контейнеры Windows Server или Hyper-V.

Как и с Docker Engine, вам необходимо загрузить и установить клиент Docker самостоятельно. Клиент может работать как на Windows 10 или Windows Server 2016. Вам нужно только указать клиенту Docker службу, которой необходимо начать управлять.

Microsoft и Docker осталось сделать еще много работы, прежде чем контейнеры для Windows будут полностью функциональны, но то, что мы видим уже сейчас представляет собой значительный шаг вперед. Пользователям Windows, наконец, получат возможность пользоваться всеми преимуществами гибкости и переносимости, которые контейнеры предлагали миру Linux на протяжении более десяти лет.