کانتینرسازی چیست ؟ تصور کنید یک کامیون باربری پر از اقلام نامرتب است، به جای اینکه وسایل به‌طور منظم در جعبه‌های بسته‌بندی‌شده قرار داشته باشند. در این شرایط، پیدا کردن اقلام خاص و باز کردن بسته‌ها زمان و تلاش زیادی می‌طلبد. اما اگر کامیون پر از جعبه‌های برچسب‌خورده باشد، فرآیند تخلیه بسیار سریع‌تر و ساده‌تر خواهد شد.
این مثال یک مفهوم اساسی را به تصویر می‌کشد: استفاده از کانتینرها به‌طور قابل‌توجهی فرآیند بارگیری و تخلیه را سرعت می‌بخشد. این قیاس همچنین نشان‌دهنده محبوبیت رو به رشد کانتینرسازی در چارچوب DevOps است.
با استفاده از کانتینرسازی، توسعه‌دهندگان می‌توانند برنامه‌ها را به شکل کارآمدتری بسازند و آزمایش کنند، بدون اینکه نیاز باشد برای نصب کامل یک سیستم منتظر بمانند. در این مقاله، کانتینرسازی را به‌صورت دقیق بررسی خواهیم کرد و مزایایی که برای توسعه‌دهندگان به همراه دارد را مورد بحث قرار خواهیم داد.
کانتینر چیست؟
کانتینر یک واحد نرم‌افزاری استاندارد است که به‌طور مستقل از سیستم‌عامل زیرین عمل می‌کند. این واحد، کد برنامه را همراه با تمامی وابستگی‌های لازم در بر می‌گیرد و به آن اجازه می‌دهد تا به‌راحتی و بدون مشکل در محیط‌های مختلف جابجا شده و اجرا شود. وضعیت یک کانتینر به‌صورت کارآمد در یک تصویر سبک وزن ذخیره می‌شود که به‌طور خودکفا و قابل انتقال است و هر آنچه برای عملکرد برنامه نیاز است، از جمله کد، زمان اجرا، ابزارهای سیستمی، کتابخانه‌ها و تنظیمات پیکربندی را در خود دارد. کانتینرها عملکرد یکسانی را بدون توجه به زیرساختی که روی آن مستقر شده‌اند، تضمین می‌کنند و نرم‌افزار را به‌طور مؤثری از محیطش ایزوله کرده و عملکرد یکنواختی را در مراحل مختلف مانند توسعه و پیش‌تولید تضمین می‌کنند.
کانتینرسازی در DevOps چیست؟
کانتینرسازی به فرآیند بسته‌بندی کد نرم‌افزاری همراه با وابستگی‌ها و سیستم‌عامل به شکل یک برنامه خودکفا اشاره دارد که می‌تواند روی سیستم‌های محاسباتی مختلف اجرا شود. این محیط‌های مجازی به‌طور عمدی سبک طراحی شده‌اند تا منابع محاسباتی کمتری را نیاز داشته باشند. کانتینرها می‌توانند روی هر زیرساختی عمل کنند و با این ویژگی، قابل حمل بوده و عملکرد یکنواختی را در پلتفرم‌های مختلف فراهم می‌کنند.
با ادغام کد برنامه، فایل‌های پیکربندی، کتابخانه‌های سیستم‌عامل و تمام وابستگی‌های مورد نیاز، کانتینرها یکی از چالش‌های رایج در توسعه نرم‌افزار را حل می‌کنند: کدی که در یک محیط کار می‌کند، ممکن است هنگام انتقال به محیط دیگر با اشکالات و خطاهایی مواجه شود. برای مثال، ممکن است یک توسعه‌دهنده کد خود را در محیط لینوکس بنویسد و سپس با انتقال آن به یک ماشین مجازی یا سیستم ویندوز، عملکرد آن با مشکل مواجه شود. در مقابل، کانتینرها به‌طور مستقل از زیرساخت میزبان عمل می‌کنند و محیط‌های توسعه یکنواختی را تضمین می‌کنند.
مزیت واقعی کانتینرها در سهولت اشتراک‌گذاری آنها نهفته است. با استفاده از تصاویر کانتینر—که به‌عنوان اسنپ‌شات‌هایی از کد، پیکربندی و داده‌های مرتبط کانتینر عمل می‌کنند—ایجاد محیط‌های یکسان و یکنواخت در طول چرخه عمر توسعه نرم‌افزار (SDLC) به‌سرعت امکان‌پذیر می‌شود. این قابلیت به سازمان‌ها اجازه می‌دهد تا محیط‌های بازتولیدپذیر ایجاد کنند که از توسعه تا تست و تولید به‌راحتی مدیریت می‌شوند.
نرم‌افزار از اجزای مختلفی تشکیل شده است و کانتینرسازی به‌طور مؤثری عناصر اساسی یک برنامه را در یک بسته واحد و منظم تجمیع می‌کند. با استفاده از کانتینرسازی، توسعه‌دهندگان می‌توانند کد برنامه، موتور زمان اجرا، ابزارها، کتابخانه‌ها و پیکربندی‌ها را در یک “کانتینر” قابل حمل قرار دهند. این روش منابع لازم برای عملیات را کاهش داده و استقرار در محیط‌های جدید را ساده‌تر می‌کند.
مثال دنیای واقعی:
یک کانتینر حمل و نقل را در نظر بگیرید. این کانتینر برای حمل انواع محصولات (کد برنامه شما) طراحی شده است و با تمام اقلام لازم برای حمل‌ونقل (وابستگی‌ها) مجهز شده است – مانند چسب بسته‌بندی (فایل‌های پیکربندی) و برچسب‌ها (متغیرهای محیطی). این کانتینر می‌تواند روی وسایل نقلیه مختلف (سیستم‌عامل‌ها) قرار بگیرد و از بنادر مختلف (زیرساخت‌ها) عبور کند، بدون اینکه تأثیری بر محتویات داخل آن بگذارد. همان‌طور که کانتینر از محصولات در طول سفر محافظت می‌کند، کانتینرسازی نیز تضمین می‌کند که برنامه شما به‌طور قابل اعتمادی در محیط‌های مختلف اجرا شود.
مجازی‌سازی در مقابل کانتینرسازی: تفاوت چیست؟
کانتینرها اغلب با ماشین‌های مجازی (VM) مقایسه می‌شوند، زیرا هر دو فناوری سیستم‌عامل‌ها را از سخت‌افزار زیرین جدا کرده و می‌توانند اهداف مشابهی را دنبال کنند. با این حال، تفاوت‌های کلیدی در مکانیسم‌های عملیاتی آنها وجود دارد.
مجازی‌سازی به سازمان‌ها اجازه می‌دهد تا سیستم‌عامل‌ها و برنامه‌های مختلف را به‌طور همزمان روی یک زیرساخت اجرا کنند و از منابع محاسباتی مشترک بهره‌برداری کنند. برای مثال، یک سرور می‌تواند هم ماشین مجازی ویندوز و هم لینوکس را میزبانی کند و هر ماشین مجازی به‌عنوان یک محیط محاسباتی مستقل و ایزوله عمل می‌کند که از منابع سرور استفاده می‌کند.
در مقابل، کانتینرسازی با بسته‌بندی کد، فایل‌های پیکربندی، کتابخانه‌ها و وابستگی‌ها بدون نیاز به درج کل سیستم‌عامل، بهینه‌سازی استفاده از منابع را انجام می‌دهد. به جای آن، کانتینرها به یک موتور زمان اجرای موجود در دستگاه میزبان وابسته‌اند که به همه کانتینرها اجازه می‌دهد تا سیستم‌عامل زیرین را به اشتراک بگذارند.
هنگام تصمیم‌گیری بین کانتینرها و ماشین‌های مجازی، باید این تفاوت‌های فنی را در نظر گرفت. برای مثال، برنامه‌های تک‌بلوک (monolithic) طولانی‌مدت ممکن است به دلیل پایداری و توانایی ذخیره‌سازی طولانی‌مدت، برای ماشین‌های مجازی مناسب‌تر باشند. در مقابل، کانتینرهای سبک وزن برای معماری مبتنی بر میکروسرویس‌ها ایده‌آل هستند، جایی که سربار ناشی از استفاده از چندین ماشین مجازی ناکارآمد خواهد بود.
کانتینرسازی (Containerization):
- کانتینرها از سیستم‌عامل میزبان استفاده می‌کنند، بنابراین تمام کانتینرها باید با آن سیستم‌عامل سازگار باشند.
- کانتینرها سبک وزن هستند و فقط منابع مورد نیاز برای اجرای برنامه و مدیریت‌کننده کانتینر را استفاده می‌کنند.
- تصاویر کانتینر نسبتاً کوچک هستند، که اشتراک‌گذاری آنها را آسان می‌کند.
- کانتینرها ممکن است تنها به‌طور سبک از یکدیگر ایزوله شوند. به‌عنوان مثال، یک فرآیند در یک کانتینر می‌تواند به حافظه‌ای که توسط کانتینر دیگری استفاده می‌شود دسترسی داشته باشد.
- ابزارهایی مانند Kubernetes اجرای چندین کانتینر با هم را به‌راحتی امکان‌پذیر می‌کنند و مشخص می‌کنند که چگونه و چه زمانی کانتینرها با هم تعامل داشته باشند.
- کانتینرها موقت هستند، یعنی تا زمانی که سیستم بزرگتر به آنها نیاز دارد فعال می‌مانند. ذخیره‌سازی معمولاً خارج از کانتینر مدیریت می‌شود.
مجازی‌سازی (Virtualization):
- ماشین‌های مجازی (VM) در واقع مانند کامپیوترهای جداگانه‌ای عمل می‌کنند که سیستم‌عامل خود را اجرا می‌کنند. به‌عنوان مثال، یک ماشین مجازی می‌تواند ویندوز را اجرا کند، حتی اگر سیستم‌عامل میزبان اوبونتو باشد.
- ماشین‌های مجازی یک کامپیوتر کامل را شبیه‌سازی می‌کنند، به این معنی که بخش زیادی از محیط میزبان را تکرار می‌کنند. این کار از حافظه، چرخه‌های CPU و فضای دیسک بیشتری استفاده می‌کند.
- تصاویر ماشین مجازی اغلب بسیار بزرگتر هستند زیرا شامل یک سیستم‌عامل کامل می‌شوند.
- با اجرای یک سیستم‌عامل جداگانه، ماشین‌های مجازی که روی همان سخت‌افزار اجرا می‌شوند، نسبت به کانتینرها از یکدیگر بیشتر ایزوله هستند.
- ابزارهای مدیریت پیکربندی مانند Terraform یا Ansible، استقرار و یکپارچه‌سازی ماشین‌های مجازی را خودکار می‌کنند.
- ماشین‌های مجازی معمولاً طول عمر بیشتری دارند و شامل یک سیستم فایل کامل مخصوص به خود هستند.
مزایای کانتینرسازی در DevOps
مرکز توجه DevOps به فرآیندهای ساده و تکرارپذیری است که چرخه عمر توسعه نرم‌افزار را خودکار می‌کند. با این حال، برنامه‌های معاصر به‌طور فزاینده‌ای پیچیده‌تر می‌شوند، به‌ویژه زمانی که به منظور ادغام خدمات مختلف گسترش می‌یابند. کانتینرها نقش مهمی در کاهش این پیچیدگی ایفا می‌کنند و با افزایش استانداردسازی و تکرارپذیری، به چرخه عمر توسعه نرم‌افزار سرعت و کیفیت بیشتری می‌بخشند و آن را کارآمدتر می‌کنند.
مزایای کانتینرسازی شامل موارد زیر است:
- قابلیت حمل: تغییرات جزئی در محیط زیرین می‌توانند تأثیرات قابل‌توجهی بر اجرای کد بگذارند. به همین دلیل است که عبارت “این روی ماشین من کار می‌کند” اغلب از اهمیت چندانی برخوردار نیست و به‌طور معمول به‌طور طنزآمیز استفاده می‌شود. این امر همچنین آرزوی دائمی دستیابی به “یک بار بنویس، در هر جا اجرا کن” را در میان افرادی که در تلاش برای بهبود روش‌های توسعه نرم‌افزار هستند، توضیح می‌دهد. کانتینرها با بسته‌بندی تمام اجزای لازم یک برنامه در محیط‌های یکنواخت و قابل حمل، این امر را تسهیل کرده و استانداردسازی عملکرد برنامه را ساده‌تر می‌کنند.
- مقیاس‌پذیری: کانتینرها می‌توانند در یک معماری سیستم وسیع‌تر مستقر و پیکربندی شوند و با استفاده از ابزارهای مدیریت ارکستراسیون مانند Kubernetes با یکدیگر تعامل داشته باشند. این ابزارها همچنین امکان خودکارسازی تأمین محیط‌های کانتینری جدید را برای برآورده کردن تقاضای واقعی را فراهم می‌کنند. به این ترتیب، محیط‌های کانتینری که به‌خوبی پیکربندی شده‌اند، می‌توانند به‌سرعت با حداقل یا بدون دخالت انسانی مقیاس‌پذیری بالا یا پایین داشته باشند.
- استقلال از ابر: هنگامی که برای قابلیت حمل طراحی شده‌اند، کانتینرها می‌توانند روی هر پلتفرمی — چه لپ‌تاپ، سرور بدون سیستم‌عامل، یا سرویس ابری — عمل کنند. با انتزاع تفاوت‌های بین پلتفرم‌های زیرین، کانتینرها ریسک قفل شدن به یک فروشنده را کاهش می‌دهند. آنها همچنین امکان اجرای برنامه‌ها در پلتفرم‌های مختلف ابری را فراهم می‌کنند و انتقال‌های بدون درز بین ارائه‌دهندگان را ممکن می‌سازند.
- ادغام در خط لوله (Pipeline) DevOps: پلتفرم‌های کانتینرسازی معمولاً به‌گونه‌ای ساخته شده‌اند که در جریان‌های خودکارسازی وسیع‌تر قرار بگیرند و به همین دلیل برای DevOps به‌ویژه مناسب هستند. ابزارهای یکپارچه‌سازی مداوم/استقرار مداوم (CI/CD) می‌توانند به‌طور خودکار کانتینرها را برای وظایف مختلف، از جمله تست و استقرار در تولید، ایجاد و نابود کنند.
- استفاده کارآمد از منابع سیستم: بر خلاف ماشین‌های مجازی، کانتینرها به‌طور کلی از نظر منابع کارآمدتر هستند و بار اضافی کمتری را تحمیل می‌کنند. آنها به یک hypervisor یا یک سیستم‌عامل اضافی نیاز ندارند. به جای آن، ابزارهای کانتینر فقط ساختار کافی را برای ایجاد یک محیط خودکفا که به‌طور بهینه از منابع سیستم استفاده می‌کند، فراهم می‌کنند.
- تسریع در انتشار نرم‌افزار: کانتینرها مدیریت برنامه‌های بزرگ و پیچیده‌تر را با شکستن کدهای آنها به فرآیندهای اجرایی کوچک‌تر و همکارانه ساده می‌کنند. این رویکرد به سازمان‌ها اجازه می‌دهد تا هر مرحله از چرخه عمر توسعه نرم‌افزار (SDLC) را تسریع کنند، زیرا به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که بر روی اجزای خاصی از یک برنامه تمرکز کنند نه بر روی کل کد.
- افزایش انعطاف‌پذیری: کانتینرها انعطاف‌پذیری قابل توجهی را به SDLC معرفی می‌کنند و به سازمان‌ها این امکان را می‌دهند که به سرعت منابع محاسباتی اضافی را در پاسخ به تقاضای واقعی تخصیص دهند. آنها به‌طور مکرر برای ایجاد افزونگی‌ها استفاده می‌شوند و به این ترتیب، قابلیت اطمینان برنامه را افزایش داده و زمان فعالیت بالاتر را تضمین می‌کنند.
- افزایش قابلیت اطمینان و امنیت برنامه: با ادغام محیط برنامه در خط لوله DevOps، کانتینرها تحت همان فرآیندهای تضمین کیفیت مانند بقیه برنامه قرار می‌گیرند. در حالی که کانتینرها به‌طور همزمان عمل می‌کنند، محیط‌های ایزوله آنها شناسایی مشکلات در یک بخش از برنامه را بدون تأثیر بر سیستم کلی تسهیل می‌کند.
- کنترل مؤثر نسخه‌ها: تصاویر کانتینر می‌توانند نسخه‌گذاری شده و در مخازن ذخیره شوند، که به تیم‌های DevOps امکان می‌دهد تغییرات را پیگیری کنند، به نسخه‌های قبلی برگردند و همکاری مؤثرتری داشته باشند.
معایب کانتینرسازی
هنگام توسعه یک برنامه، ممکن است به استفاده از کانتینرسازی فکر کنید. قبل از اینکه به‌طور کامل به یک رویکرد مبتنی بر کانتینر متعهد شوید، مهم است که برخی از معایب بالقوه را در نظر بگیرید. این معایب عبارتند از:
- آسیب‌پذیری‌های امنیتی: اگرچه این رویکرد از تأثیر کانتینرهای آلوده بر دیگران محافظت می‌کند، اما فرآیند کلی کانتینرسازی نیازمند تدابیر امنیتی تقویت‌شده است. علاوه بر این، عیب‌یابی کانتینرها به دلیل محدودیت در دسترسی به سیستم میزبان می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.
- نیازهای ارکستراسیون: همان‌طور که Veritas اشاره کرده است، مدیریت کانتینرها معمولاً مستلزم استفاده از چندین ابزار ارکستراسیون است، در حالی که برای ماشین‌های مجازی، یک ارکستراتور کافی است.
- پیچیدگی بیشتر: گسترش کانتینرها و لایه‌های اضافی، بار بیشتری را بر دوش توسعه‌دهندگان برای نظارت و مدیریت ایجاد می‌کند. علاوه بر این، هر جزء یک برنامه نمی‌تواند کانتینر شود که این امر به پیچیدگی کلی می‌افزاید.
Best Practice هایی برای کانتینرها و DevOps
برای بهره‌برداری کامل از مزایای کانتینرسازی در جریان‌های کار DevOps، رعایت این بهترین شیوه‌ها ضروری است:
- استفاده از تصاویر کانتینر ثابت و بدون تغییر: تصاویر کانتینر را از فایل‌های Docker یا فایل‌های پیکربندی مشابه تولید کنید تا تکرارپذیری و یکنواختی تضمین شود.
- پیاده‌سازی خودکارسازی: فرآیندهای ساخت، تست و استقرار برنامه‌های کانتینری را از طریق خطوط لوله CI/CD خودکار کنید تا یکپارچگی و تحویل مداوم تسهیل شود.
- استفاده از پلتفرم‌های ارکستراسیون کانتینر: از پلتفرم‌هایی مانند Kubernetes یا Docker Swarm برای نظارت و مقیاس‌گذاری برنامه‌های کانتینری استفاده کنید. به‌طور مرتب عملکرد، مصرف منابع و معیارهای سلامت را زیر نظر داشته باشید تا مشکلات را به‌موقع شناسایی و حل کنید.
- پذیرش بهترین شیوه‌های امنیتی: شامل دسترسی با حداقل امتیاز، اسکن آسیب‌پذیری تصاویر، تقسیم‌بندی شبکه و رمزگذاری، برای حفاظت از برنامه‌های کانتینری و زیرساخت‌های آنها.
- بهینه‌سازی محدودیت‌های منابع کانتینر: مانند تخصیص‌های CPU و حافظه، برای دستیابی به عملکرد بهینه و استفاده مؤثر از منابع. پیکربندی خودکار مقیاس‌گذاری برای تنظیم منابع بر اساس تقاضا.
- توسعه استراتژی‌های پشتیبان‌گیری و بازیابی از فاجعه: برای داده‌های کانتینری، به‌منظور حفظ تداوم کسب‌وکار در صورت بروز نقص یا قطعی.
- ارائه آموزش و مستندات: برای تیم‌های DevOps در زمینه اصول، بهترین شیوه‌ها و ابزارهای کانتینرسازی به‌منظور افزایش استفاده مؤثر آنها.
موارد استفاده از کانتینرسازی
- مهاجرت به ابر (Lift-and-Shift): کانتینرسازی به عنوان یک راه‌حل مؤثر برای سازمان‌هایی عمل می‌کند که در حال انتقال برنامه‌های قدیمی خود به ابر هستند. با محصور کردن برنامه‌های موجود در کانتینرها، شرکت‌ها می‌توانند از مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری که پلتفرم‌های ابری ارائه می‌دهند، بدون نیاز به تغییرات عمده در کد استفاده کنند. این استراتژی “lift-and-shift” مهاجرت به ابر را آسان‌تر کرده و پایه‌ای برای ابتکارات مدرن‌سازی آینده ایجاد می‌کند.
- معماری میکروسرویس‌ها: کانتینرسازی به طور هماهنگ با معماری میکروسرویس‌ها، که یک روش رایج برای توسعه برنامه‌های ابری معاصر است، سازگار است. این رویکرد برنامه‌های پیچیده را به خدمات کوچک‌تر و مستقل تقسیم می‌کند که هرکدام وظیفه خاصی را بر عهده دارند. کانتینرها یک راه سبک و قابل حمل برای بسته‌بندی این میکروسرویس‌ها ارائه می‌دهند، که امکان توسعه، استقرار و مقیاس‌گذاری مستقل آنها را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، یک سرویس پخش ویدیو ممکن است از میکروسرویس‌ها برای تأیید هویت کاربر، تحویل محتوا و سیستم‌های توصیه استفاده کند. هر میکروسرویس می‌تواند به طور جداگانه کانتینر شود و مستقر شود که این امر چابکی و تاب‌آوری را افزایش می‌دهد.
- ادغام مداوم و تحویل مداوم (CI/CD): کانتینرسازی، خط لوله CI/CD را که یک عمل بنیادی در DevOps است و به اتوماسیون توسعه و استقرار نرم‌افزار می‌پردازد، بهبود می‌بخشد. با فراهم کردن محیط‌های یکسان در مراحل توسعه، تست و تولید، کانتینرها به حذف اختلافات که می‌تواند منجر به اشکالات یا مشکلات استقرار شود، کمک می‌کنند. توسعه‌دهندگان می‌توانند برنامه‌ها را در کانتینرهایی ایجاد و تست کنند که محیط تولید را شبیه‌سازی می‌کند، که این امر منجر به چرخه‌های سریع‌تر انتشار و بهبود کیفیت نرم‌افزار می‌شود.
- نوآوری در برنامه‌های قدیمی: سیستم‌های قدیمی می‌توانند از طریق کانتینرسازی مدرن‌سازی شوند. با محصور کردن این برنامه‌ها در کانتینرها، سازمان‌ها می‌توانند آنها را از فناوری‌های جدید جدا کرده و اجازه دهند تا در کنار راه‌حل‌های کانتینری معاصر عمل کنند. این روش از یک رویکرد تدریجی برای مدرن‌سازی پشتیبانی می‌کند و به برنامه‌های قدیمی اجازه می‌دهد تا با نوآوری‌های بومی ابری هماهنگ عمل کنند.
- اینترنت اشیا (IoT): کانتینرسازی، استقرار و مدیریت برنامه‌ها را در دستگاه‌های IoT با منابع محدود بهبود می‌بخشد. این تکنیک یک محیط سبک و ایزوله برای اجرای برنامه‌ها فراهم می‌کند که بسته‌بندی و توزیع به‌روزرسانی‌ها به عنوان تصاویر کانتینر را آسان‌تر می‌کند. این فرآیند به‌روزرسانی نرم‌افزارها را در شبکه‌های وسیع دستگاه‌ها ساده می‌کند.
- پردازش دسته‌ای: کانتینرسازی برای مدیریت وظایف پردازش دسته‌ای به ویژه مؤثر است. این امکان را فراهم می‌کند تا گردش‌های داده پیچیده به اجزای کوچک‌تر کانتینر شده تقسیم شوند که می‌توانند به‌طور درخواستی مقیاس‌گذاری و اجرا شوند. این رویکرد پردازش کارآمد داده‌های بزرگ را بدون نیاز به سرورهای اختصاصی برای هر کار فردی تسهیل می‌کند.
- محاسبات علمی: کانتینرسازی یک چارچوب یکسان برای بسته‌بندی و استقرار برنامه‌های علمی در محیط‌های محاسباتی متنوع فراهم می‌کند. این اطمینان را می‌دهد که محققان می‌توانند کد خود را به‌طور قابل اعتماد در پلتفرم‌های مختلف اجرا کنند و این امر به ترویج بازتولید نتایج و تسریع روند تحقیقات علمی کمک می‌کند.
نقش کانتینرسازی در DevOps
ابتدا، مهم است که بفهمیم DevOps نمایانگر یک تغییر سازمانی قابل توجه است که نحوه ایجاد و ارائه ارزش توسط تیم‌ها را متحول می‌کند. این تغییر معمولاً شامل یک عنصر نرم‌افزاری است، اگرچه می‌تواند به‌طور خاص فقط به سخت‌افزار نیز اعمال شود. کانتینرها یک رویکرد معاصر برای توسعه نرم‌افزار ارائه می‌دهند که کارایی و مقیاس‌پذیری را بهبود می‌بخشد.
به‌طور خلاصه، در حالی که کانتینرها برای ایجاد یک چارچوب موفق DevOps ضروری نیستند، اما می‌توانند به‌خوبی با نیازها و اهداف خاص سازمان شما هم‌راستا شوند.
این هم‌راستایی به این دلیل است که کانتینرها می‌توانند مزایای DevOps را با بهبود قابلیت اطمینان آزمایش‌ها، تسهیل ایجاد محیط‌های توسعه‌دهنده که به‌طور نزدیک به تنظیمات تولید شباهت دارند، و ساده‌سازی فرآیند استقرار، افزایش دهند.
نقش کانتینرسازی در DevOps می‌تواند به چندین مزیت کلیدی دسته‌بندی شود:
- افزایش قابلیت اطمینان: فرآیندهای خودکار و تکرارپذیر تضمین می‌کنند که آزمایش‌ها و ارزیابی‌های امنیتی هر بار که کد متعهد، ادغام یا استقرار می‌یابد، به‌طور مداوم انجام شوند. تغییر به سمت فرهنگی که سیلوها را در میان تیم‌ها حذف می‌کند، مسئولیت جمعی برای کیفیت را تقویت می‌کند. یکنواختی کانتینرها در محیط‌های مختلف به‌طور اضافی قابلیت اطمینان آزمایش‌ها را افزایش می‌دهد.
- تسریع در تحویل: اصول بهبود مداوم، معماری میکروسرویس‌ها و یک خط لوله خودکار DevOps اطمینان می‌دهند که تغییرات آسان‌تر قابل درک، سریع‌تر توسعه‌یافته، ساده‌تر آزمایش می‌شوند و تأثیرات ناخواسته کمتری به دنبال دارند. با تقسیم‌بندی برنامه‌ها به کانتینرهای مجزا، متخصصان DevOps می‌توانند بر روی اجزای خاص راه‌حل تمرکز کنند بدون اینکه نگران تأثیرات احتمالی تغییرات در یک بخش بر سایر بخش‌ها باشند.
- افزایش همکاری: DevOps تیم‌های سنتی مبتنی بر نقش را حذف می‌کند و افراد را به همکاری در راستای اهداف مشترک محصول تشویق می‌کند. قابلیت حمل کانتینرها همکاری را تسهیل می‌کند و به اعضای تیم اجازه می‌دهد که در همان محیط برنامه کار کنند، صرف‌نظر از سخت‌افزاری که انتخاب کرده‌اند. استفاده از یک مخزن کانتینر—یک مخزن متمرکز برای کانتینرها—فرآیند انتشار و شناسایی کانتینرها در یک سازمان را ساده‌تر می‌کند.
ساخت کانتینرها در گردش کار DevOps
پس از ایجاد یک کانتینر، ضروری است که آن بدون تغییر باقی بماند. هر بار استقرار یک نسخه خاص از کانتینر رفتار ثابتی را ارائه می‌دهد که تمامی استقرارهای قبلی را منعکس می‌کند. با این حال، تغییرات اجتناب‌ناپذیر هستند—بنابراین چگونه می‌توان کانتینرها را به‌گونه‌ای به‌روز کرد که شامل بسته‌های جدیدی باشد که شامل به‌روزرسانی‌های امنیتی و ویژگی‌های اضافی هستند؟ برای به‌روز کردن یک کانتینر، باید یک نسخه جدید ساخته شود و نسخه قبلی باید به‌طور صریح در هر جایی که مورد استفاده قرار می‌گیرد، جایگزین شود. حتی اگر اجزای داخلی بسته جدید تغییر کرده باشند، نگهدارندگان کانتینر سعی می‌کنند اطمینان حاصل کنند که تعامل کانتینر با سیستم‌های خارجی ثابت باقی بماند.
در یک خط لوله DevOps، این ثبات اطمینان می‌دهد که آزمایش‌های انجام شده روی کانتینرها در خط لوله CI/CD دقیقاً مشابه آنچه در محیط تولید انجام می‌شود، عمل خواهند کرد. این قابلیت اطمینان فرآیند آزمایش را بهبود می‌بخشد و خطر مشکلات کد، باگ‌ها و خطاها را که ممکن است بر کاربران نهایی تأثیر بگذارد، به حداقل می‌رساند.
کانتینرها چه عملکردهای دیگری در گردش کار DevOps دارند؟
- کد: قبل از نوشتن هر کدی، کانتینرها درجه‌ای از استانداردسازی را در محیط توسعه معرفی می‌کنند. با تعریف نسخه‌های مورد نیاز بسته‌ها برای یک برنامه، کانتینرها اطمینان می‌دهند که محیط‌ها در ماشین‌های مختلف توسعه‌دهندگان یکنواخت هستند. این امر احتمال بروز باگ‌ها ناشی از تفاوت‌های محیطی را به حداقل می‌رساند.
- ساخت: در مقایسه با استقرار مستقیم بر روی یک ماشین مجازی یا سرور فیزیکی، جایی که هدف باید عملیاتی و آماده باشد، یک کانتینر می‌تواند یک‌بار ساخته شود و برای استقرارهای آینده ذخیره شود. این جداسازی فرآیند ساخت از محیط هدف به این معنی است که فقط زمانی که تغییراتی در کانتینر وجود داشته باشد، نیاز به ساخت جدید است.
- آزمایش: کانتینرها مفهوم آزمایش خودکار را با اجازه دادن به ارزیابی کل محیط، نه فقط کد خود، تقویت می‌کنند. این منجر به بهبود کیفیت نرم‌افزار می‌شود، زیرا محیط آزمایش به طور نزدیکی به محیط تولید شباهت دارد.
- انتشار و استقرار: ثباتی که کانتینرها ارائه می‌دهند به این معنی است که تغییر کد در یک محیط تولید نیازمند ایجاد و استقرار یک کانتینر جدید است. به همین دلیل، کانتینرها معمولاً موقتی هستند و بر نحوه طراحی برنامه‌ها توسط سازمان‌ها تأثیر می‌گذارند و با معماری میکروسرویس‌ها به خوبی هماهنگ هستند.
- عملکرد: کانتینرها خطرات مربوط به استقرار کد یا وابستگی‌های به‌روز شده در یک برنامه زنده را کاهش می‌دهند. تغییرات انجام شده در یک کانتینر ایزوله باقی می‌مانند. به عنوان مثال، دو میکروسرویس که در کانتینرهای جداگانه کار می‌کنند می‌توانند از نسخه‌های متفاوت همان کتابخانه کدگذاری/دکدگذاری JSON استفاده کنند بدون اینکه یکی بر دیگری تأثیر بگذارد.
چگونه کانتینرها در CI/CD کار می‌کنند؟
یک پایپ‌لاین CI/CD به عنوان مکانیسم اساسی است که جریان کار DevOps را به جلو می‌برد. برای عملکرد بهینه، مهم است که یک پایپ‌لاین CI/CD تعادلی بین سرعت و دقت برقرار کند. اگر این فرآیند سرعت لازم را نداشته باشد، ممکن است منجر به ایجاد تأخیر شود، زیرا کدهای ارسالی می‌توانند از توانایی پایپ‌لاین در پردازش آنها پیشی بگیرند. از طرف دیگر، اگر دقت فدای سرعت شود، اعتماد به پایپ‌لاین CI/CD ممکن است کاهش یابد و مسائل مختلفی در تولید به وجود آید.
کانتینرسازی سرعت و دقت را در مراحل بحرانی فرآیند CI/CD بهبود می‌بخشد.
- ادغام: استفاده از کانتینرها فرآیند ادغام را کارآمدتر می‌کند، زیرا نیازی به بازسازی همه چیز از صفر هنگام اعمال تغییرات کد به پایگاه کد اصلی نیست. می‌توانید یک کانتینر پایه‌ای ایجاد کنید که شامل وابستگی‌های لازم برنامه باشد و در مرحله ادغام تنظیمات لازم را انجام دهید.
- آزمایش: کانتینرها می‌توانند به سرعت ایجاد و از بین بروند. این موضوع نیاز به نگهداری دستی از محیط‌های آزمایشی خاص یا تأخیرهای مرتبط با اسکریپت‌های پیکربندی برای راه‌اندازی یک محیط را از بین می‌برد. به‌جای آن، کانتینرها می‌توانند به‌طور خودکار تأمین و در مقیاس وسیع مستقر شوند که منجر به اجرای سریع‌تر آزمایش‌ها با حداقل دخالت انسانی در راه‌اندازی محیط می‌شود.
- انتشار: پس از اینکه تمام آزمایش‌ها با موفقیت انجام شد، مرحله ساخت در پایپ‌لاین CI/CD یک تصویر کانتینر تولید می‌کند که سپس در یک ثبت‌نام کانتینر ذخیره می‌شود. با وجود این تصویر، بخش زیادی از بار کاری معمول مربوط به مراحل انتشار و استقرار قبلاً انجام شده است. ابزارهای ارکستراسیون مانند Kubernetes مکان‌های استقرار کانتینرها و تعاملات آنها را مدیریت می‌کنند.
معماری میکروسرویس‌ها و کانتینرسازی
معماری میکروسرویس‌ها یک برنامه را به اجزای کوچک‌تر تقسیم می‌کند که هر کدام مسئول عملکرد خاصی هستند. به عنوان مثال، یک پلتفرم بانکداری آنلاین ممکن است شامل یک میکروسرویس باشد که به بازیابی نرخ‌های ارز در زمان واقعی اختصاص دارد و آن را از طریق یک API داخلی با سایر میکروسرویس‌ها به اشتراک می‌گذارد. به‌طور قابل توجهی، فرآیندهای داخلی میکروسرویس نیازی به افشا ندارند؛ تنها API به‌صورت عمومی ارائه می‌شود.
برای بسیاری از سازمان‌ها، ادغام DevOps، میکروسرویس‌ها و کانتینرها ضروری است. اصل DevOps مبنی بر بهبود مستمر به‌خوبی با ماهیت هدف‌مند میکروسرویس‌ها هم‌راستا است. علاوه بر این، میکروسرویس‌ها معمولاً به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که بدون حالت (stateless) باشند، به این معنا که داده‌ها را به‌طور داخلی حفظ نمی‌کنند و به خدمات داده‌ای اختصاصی وابسته‌اند. این ویژگی با طبیعت زودگذر کانتینرها که می‌توانند به‌راحتی مستقر یا حذف شوند، بدون نگرانی درباره حفظ داده‌ها، هم‌خوانی دارد.
در یک چارچوب میکروسرویس‌ها، ارتباط مستقیمی بین هر نمونه میکروسرویس و یک کانتینر وجود دارد. با افزایش تقاضا، ابزارهای ارکستراسیون می‌توانند برای راه‌اندازی کانتینرهای اضافی برای یک میکروسرویس خاص و خاموش کردن آنها زمانی که تقاضا کاهش می‌یابد، تنظیم شوند.
ابزارهای رایج کانتینرسازی
برای شروع کار با کانتینرها، آشنایی با ابزارهای مختلف موجود در اکوسیستم کانتینر ضروری است. این ابزارها را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:
- پلتفرم‌های کانتینر: این ابزارها مسئول ایجاد و اجرای تصاویر کانتینر بر روی یک سیستم‌عامل میزبان هستند. از نمونه‌های بارز آنها می‌توان به Docker و LXD اشاره کرد.
- ارکستراسیون کانتینر: این ابزارها فرآیند استقرار، مقیاس‌گذاری و مدیریت کانتینرهایی که برای حمایت از یک برنامه همکاری می‌کنند را تسهیل می‌کنند. Kubernetes یک پلتفرم معروف برای ارکستراسیون کانتینر است.
اکنون، بیایید هر دسته را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.
پلتفرم‌های کانتینر
پلتفرم کانتینر شامل مجموعه‌ای از ابزارها است که برای ایجاد، اجرا و توزیع کانتینرها طراحی شده‌اند. Docker معروف‌ترین پلتفرم در این حوزه است و یک پلتفرم جامع برای مدیریت کانتینر ارائه می‌دهد. علاوه بر این، ظهور استانداردهای مختلف باز، گزینه‌های جایگزین متعددی را فراهم کرده است که به کاربران این امکان را می‌دهد تا ابزارهای مختلفی را برای مراحل خاص فرآیند انتخاب کنند. به عنوان مثال، Podman یک روش جایگزین برای اجرای کانتینرها ارائه می‌دهد، در حالی که Kraken به عنوان یک رجیستری منبع باز برای توزیع کانتینر عمل می‌کند.
صرف‌نظر از اینکه آیا یک راه‌حل یکپارچه را انتخاب می‌کنید یا ترکیبی از ابزارهای مختلف، به موارد زیر نیاز خواهید داشت:
- فرایند منیفست‌های کانتینر: این فایل‌های پیکربندی جزئیات محتویات کانتینر، پورت‌های مورد نیاز و منابع لازم را مشخص می‌کنند.
- ساخت تصاویر: این‌ها نمایانگر کانتینرهای استاتیک هستند که برای استقرار آماده شده‌اند.
- ذخیره و توزیع تصاویر: که به‌طور معمول به‌عنوان رجیستری کانتینر شناخته می‌شود، این مکان به‌عنوان یک مخزن مرکزی عمل می‌کند که می‌تواند با سیستم CI/CD شما برای اتوماسیون یکپارچه شود. همچنین برای استفاده دستی توسط حرفه‌ای‌های DevOps نیز قابل دسترسی است.
- اجرا کردن تصاویر: یک محیط ایزوله برای کانتینر ایجاد و اجرا کنید. این فرایند در لینوکس نسبتاً ساده است، در حالی که در ویندوز و macOS ممکن است نیاز به یک ماشین مجازی برای ایجاد و اجرای تصاویر کانتینر در یک محیط لینوکس باشد.
مدیریت کانتینر
معماری‌های میکروسرویس‌های بزرگتر می‌توانند شامل هزاران میکروسرویس باشند که هر کدام در یک یا چند کانتینر عمل می‌کنند. استقرار، مقیاس‌گذاری و مدیریت تعاملات بین این حجم وسیع از کانتینرها نمی‌تواند به‌صورت دستی انجام شود. در عوض، حرفه‌ای‌های DevOps پارامترهایی مانند الزامات منابع برای گروه‌های خاصی از کانتینرها و مسیرهای ارتباطی مورد نیاز بین کانتینرها را تعیین می‌کنند، اما این یک پلتفرم ارکستراسیون است که اطمینان می‌دهد این کانتینرها به‌صورت یکپارچه با هم کار کنند.
ابزارهای ارکستراسیون متعددی در دسترس هستند که هر کدام رویکرد منحصر به فردی را ارائه می‌دهند. پرکاربردترین آنها Kubernetes است که به‌عنوان استاندارد غیررسمی صنعت برای ارکستراسیون کانتینرها عمل می‌کند. این ابزار در اصل توسط گوگل برای مدیریت کانتینرهایی که از موتور جستجوی آن پشتیبانی می‌کرد، توسعه یافته است و چندین جایگزین دارد. در جبهه متن‌باز، می‌توان به OpenShift Container Platform از Red Hat اشاره کرد، در حالی که بازار SaaS گزینه‌هایی مانند Azure’s Kubernetes Service را ارائه می‌دهد.
۵ مثال از برنامه‌های کانتینری
بسیاری از شرکت‌ها در حال حاضر از فناوری کانتینر استفاده می‌کنند و روش‌های پیاده‌سازی آنها متفاوت است. دامنه وسیع برنامه‌های کانتینری به اندازه‌ای گسترده است که می‌تواند به یک منطقه کنگره اختصاص یابد. با این حال، بررسی رویکردهای چندین پذیرنده اولیه برجسته، ماهیت تحول‌آفرین این فناوری را نشان می‌دهد. حتی بیش از پنج سال پس از نخستین موج علاقه به کانتینرها، پذیرش آنها همچنان به‌طور قابل توجهی در حال گسترش است.
اسپاتیفای (Spotify)
اسپاتیفای در مراحل اولیه، پتانسیل فناوری کانتینر را شناسایی کرد. این سرویس پخش صوتی در سال ۲۰۱۳ از کانتینرها استفاده را آغاز کرد که همزمان با ظهور داکر بود و حتی سیستم ارکستراسیون خاص خود به نام هلیوس را ایجاد کرد. به گفته مَت براون، مهندس نرم‌افزار اسپاتیفای، این شرکت هلیوس را یک روز قبل از اعلام کوبرنتیز به عنوان متن باز منتشر کرد و به‌زودی پس از آن، اسپاتیفای به انتقال به کوبرنتیز پرداخت.
این انتقال زمان لازم برای پیاده‌سازی یک سرویس جدید را از یک ساعت به تنها چند دقیقه یا ثانیه کاهش داد و همچنین به‌طور قابل توجهی کارایی استفاده از CPU را سه برابر کرد، همان‌طور که جیمز ون، مهندس اطمینان‌پذیری سایت در سال ۲۰۱۹ اشاره کرد. اخیراً، اسپاتیفای Backstage را توسعه و به متن باز منتشر کرده است، که یک پورتال توسعه‌دهنده با سیستم نظارت بر کوبرنتیز است.
نیویورک تایمز (New York Times)
نیویورک تایمز، یکی از حامیان اولیه فناوری کانتینر، پس از انتقال از ماشین‌های مجازی سنتی به داکر، کاهش قابل توجهی در زمان‌های پیاده‌سازی تجربه کرد. به گفته تونی لی، مهندس ارشد در این سازمان، آنچه زمانی به ۴۵ دقیقه نیاز داشت، تا سال ۲۰۱۸ به “چند ثانیه تا چند دقیقه” کاهش یافت، حدود دو سال پس از اینکه نیویورک تایمز از دیتاسنترهای خصوصی به زیرساخت ابری منتقل شد و فناوری‌های ابری‌محور را پذیرفت.
بافر (Buffer)
پلتفرم‌های مختلف رسانه‌های اجتماعی از نسبت‌های تصویر متفاوتی استفاده می‌کنند، به همین دلیل ابزارهای برنامه‌ریزی اجتماعی مانند بافر باید تصاویر را تنظیم کنند تا با کانال‌های مختلف مرتبط با حساب کاربری کاربر سازگار باشد.
در سال ۲۰۱۶، با افزایش استفاده بافر از داکر برای پیاده‌سازی برنامه‌ها، ویژگی تغییر اندازه تصویر یکی از اولین خدماتی بود که به‌طور کامل با استفاده از یک سیستم ارکستراسیون کانتینر مدرن توسعه یافت. این رویکرد به کانتینرسازی یک سطح از پیاده‌سازی مداوم را فراهم کرد که از آن زمان به یک نیاز اساسی در چشم‌انداز DevOps تبدیل شده است. دن فارلی، مدیر فناوری بافر، درباره یک سال پس از آغاز مهاجرت، اظهار داشت: “ما قادر بودیم باگ‌ها را شناسایی و آنها را اصلاح کنیم و به سرعت پیاده‌سازی کنیم. به محض اینکه کسی در حال اصلاح [یک باگ] بود، این کار انجام می‌شد.”
اسکوئر اسپیس (Squarespace)
اسکوئر اسپیس در حدود سال ۲۰۱۶ انتقال خود از ماشین‌های مجازی به کانتینرها را آغاز کرد. مانند بسیاری دیگر در دوران ماشین‌های مجازی، این پلتفرم میزبانی وب با چالش‌های مربوط به منابع محاسباتی مواجه بود. طبق گفته کوین لینچ، مهندس نرم‌افزار اصلی اسکوئر اسپیس، توسعه‌دهندگان اغلب زمان زیادی را صرف تأمین ماشین‌ها برای خدمات جدید یا مقیاس‌بندی خدمات موجود می‌کردند. این انتقال به توسعه‌دهندگان این امکان را داد که خدمات را به‌طور مستقل از مهندسی قابلیت اطمینان سایت پیاده‌سازی کنند که منجر به کاهش زمان‌های پیاده‌سازی به میزان ۸۵ درصد شد، به گفته لینچ.
گیت لب (Gitlab)
گیت لب به‌عنوان یکی از عوامل مهم رشد بلندمدت خود، به پذیرش کلاستربندی (Kubernetes) اشاره کرده است، به‌علاوه روندهایی مانند کار از راه دور و فناوری‌های متن‌باز. این امر جای تعجب نیست، زیرا هم گیت لب و هم کلاستربندی از اجزای اساسی اکوسیستم DevOps هستند.
در سال ۲۰۲۰، مارین یانکوفسکی، مدیر زیرساخت‌های پلتفرم گیت لب، نکاتی را درباره اینکه چگونه انتقال از ماشین‌های مجازی سنتی به کانتینرها، زیرساخت شرکت را از نظر اندازه، عملکرد و کارایی استقرار متحول کرده است، ارائه کرد. به‌طور کلی، برنامه‌ها اکنون به‌طور مؤثرتری روی تعداد کمتری از ماشین‌ها کار می‌کنند. به‌طور خاص، بارهای کاری در سه نود به‌جای ده نود مدیریت می‌شوند، قابلیت‌های پردازش سه برابر افزایش یافته و زمان‌های استقرار ۵۰ درصد بهبود یافته است، به گفته یانکوفسکی.
نتیجه‌گیری
کانتینرسازی، روندهای DevOps را متحول کرده و به‌طور اساسی نحوه توسعه، استقرار و مدیریت برنامه‌ها را تغییر داده است. با قرار دادن برنامه‌ها به همراه وابستگی‌هایشان در کانتینرهای سبک و قابل حمل، تیم‌های DevOps به سازمان‌ها این امکان را می‌دهند که سرعت، مقیاس‌پذیری و قابلیت اطمینان را در فرآیندهای تحویل خود افزایش دهند.
مزایای کانتینرها بی‌شمار است و شامل قابلیت حمل، مقیاس‌پذیری، جداسازی، کارایی منابع، ثبات و استقرار سریع می‌شود. این ویژگی‌ها کانتینرها را به ابزاری ضروری در شیوه‌های مدرن DevOps تبدیل کرده است.
با پیاده‌سازی بهترین شیوه‌ها و بهره‌گیری از پلتفرم‌های کانتینر مانند Docker، Kubernetes و خدمات مدیریت شده ابری، سازمان‌ها می‌توانند حداکثر استفاده را از مزایای کانتینرسازی ببرند و به این ترتیب، تحویل راه‌حل‌های نوآورانه را تسریع کرده و رشد را در یک بازار رقابتی تقویت کنند.
