Docker und die Containerisierung haben in der IT-Welt einen gewaltigen Wandel angestoßen, indem sie es ermöglichen, Anwendungen konsistent und effizient in verschiedenen Umgebungen bereitzustellen. Ein oft gestellter Punkt bei der Einführung von Docker ist der Vergleich mit herkömmlichen Virtualisierungsansätzen, die viele Jahre in der IT-Industrie dominiert haben. In diesem Beitrag erklären wir die technischen Grundlagen von Docker und Containern und vergleichen sie mit der Virtualisierung, um die Unterschiede und Vorteile zu verdeutlichen.
1. Was ist Docker?
Docker ist eine Plattform, die die Containerisierung von Anwendungen ermöglicht. Ein Container ist eine leichtgewichtige, isolierte Umgebung, in der eine Anwendung und ihre Abhängigkeiten ausgeführt werden können, unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur. Docker verwendet eine containerisierte Architektur, bei der Anwendungen und ihre Abhängigkeiten in einem Paket gebündelt werden. Dadurch können sie in jeder Umgebung ausgeführt werden, egal ob auf einem lokalen Rechner, in der Cloud oder auf einem Server.
2. Technische Grundlagen von Docker und Containern
Um die technischen Grundlagen von Docker zu verstehen, ist es wichtig, einige zentrale Komponenten zu beleuchten:
2.1. Container Ein Docker-Container enthält alles, was eine Anwendung zum Ausführen benötigt: Bibliotheken, Abhängigkeiten, Konfigurationsdateien und ausführbare Programme. Container sind isoliert und führen die Anwendungen in einer Umgebung aus, die unabhängig vom Host-Betriebssystem ist.
2.2. Docker-Images Ein Docker-Image ist eine unveränderliche Vorlage, aus der ein Container erstellt wird. Es enthält den vollständigen Satz an Anweisungen und Softwarekomponenten, die erforderlich sind, um eine Anwendung auszuführen. Diese Images sind leicht zu verteilen und können von Entwicklern und Betriebsteams gemeinsam genutzt werden.
2.3. Docker Daemon und CLI Der Docker-Daemon ist ein Hintergrundprozess, der Container verwaltet und Docker-Befehle verarbeitet. Die Docker CLI (Command Line Interface) wird von Benutzern verwendet, um mit dem Docker-Daemon zu kommunizieren, Images zu erstellen, Container zu starten, Netzwerke zu konfigurieren und Volumes zu verwalten.
2.4. Namespace und Cgroups Docker verwendet Namespaces, um sicherzustellen, dass jeder Container eine eigene isolierte Sicht auf Ressourcen wie Prozesse, Netzwerke und Dateisysteme hat. Cgroups (Control Groups) sind ein Linux-Mechanismus, der die Ressourcennutzung wie CPU, Speicher und I/O pro Container limitiert und überwacht.
3. Vergleich von Containerisierung und Virtualisierung
Docker und Virtualisierung lösen ähnliche Probleme, aber auf unterschiedliche Weise. Beide Ansätze ermöglichen es, mehrere Anwendungen auf einer gemeinsamen Infrastruktur auszuführen, ohne dass sie sich gegenseitig beeinflussen. Schauen wir uns die Unterschiede genauer an:
3.1. Virtualisierung In der traditionellen Virtualisierung wird ein physischer Server in mehrere virtuelle Maschinen (VMs) unterteilt. Jede VM enthält ein eigenes Betriebssystem (OS), auf dem Anwendungen laufen. Eine Virtualisierungssoftware, der sogenannte Hypervisor, verwaltet und isoliert diese VMs voneinander.
- Hypervisor-basiert: Jede VM läuft auf einem vollständigen Betriebssystem, was zu einem erheblichen Overhead führt. Der Hypervisor ermöglicht das gleichzeitige Ausführen mehrerer Betriebssysteme auf derselben Hardware, was zu einer besseren Ausnutzung der Ressourcen führt.
- Isolierung: VMs sind vollständig voneinander isoliert. Ein Vorteil ist, dass dies ein hohes Maß an Sicherheit bietet, da VMs völlig unabhängig voneinander arbeiten.
3.2. Containerisierung mit Docker Im Gegensatz zur Virtualisierung teilt Docker den Kernel des Host-Betriebssystems. Container laufen daher direkt auf dem Host-Betriebssystem und benötigen kein eigenes Betriebssystem wie VMs. Sie verwenden dieselben Systemressourcen effizienter und schneller.
- Leichtgewichtig: Docker-Container benötigen weniger Speicher und CPU-Ressourcen, da sie keinen eigenen Kernel oder volles Betriebssystem enthalten. Das reduziert den Overhead erheblich im Vergleich zu VMs.
- Geschwindigkeit: Container können in Sekundenschnelle gestartet und gestoppt werden, während das Hochfahren einer VM deutlich länger dauert.
- Flexibilität: Da Container auf jeder Infrastruktur und jedem Betriebssystem laufen können, das den Docker-Daemon unterstützt, bieten sie mehr Portabilität als VMs.
4. Vorteile von Docker gegenüber Virtualisierung
Docker bietet gegenüber der traditionellen Virtualisierung einige deutliche Vorteile:
4.1. Schnelligkeit Container starten und stoppen extrem schnell, da sie nur die Anwendung und ihre Abhängigkeiten enthalten und nicht ein komplettes Betriebssystem. Dies ermöglicht einen schnellen Entwicklungs-, Test- und Bereitstellungszyklus.
4.2. Ressourcennutzung Da Container den Kernel des Hosts teilen, ist ihr Ressourcenverbrauch deutlich geringer. VMs sind ressourcenintensiver, da sie für jede Instanz ein komplettes Betriebssystem benötigen.
4.3. Portabilität Docker-Container sind portabler als VMs. Sie können auf jeder Plattform ausgeführt werden, die Docker unterstützt, sei es eine lokale Entwicklungsmaschine, ein Rechenzentrum oder eine Cloud-Umgebung. VMs hingegen müssen auf die spezifische Virtualisierungssoftware abgestimmt sein.
4.4. Konsistenz Docker garantiert, dass Anwendungen in jeder Umgebung gleich funktionieren, weil sie immer im selben Container laufen, unabhängig davon, ob sie lokal, in der Cloud oder auf einem Server bereitgestellt werden.
5. Wo Virtualisierung immer noch Vorteile bietet
Obwohl Docker und Containerisierung viele Vorteile bieten, gibt es Szenarien, in denen herkömmliche Virtualisierung überlegen sein kann:
- Vollständige Isolierung: VMs bieten eine tiefere Isolierung, da jede VM ihr eigenes Betriebssystem verwendet. In Umgebungen mit strengeren Sicherheitsanforderungen kann dies vorteilhaft sein.
- Heterogene Umgebungen: Wenn eine Anwendung auf verschiedenen Betriebssystemen (z. B. Windows und Linux) gleichzeitig ausgeführt werden muss, bieten VMs mehr Flexibilität, da sie verschiedene OS auf demselben Host ausführen können.
- Legacy-Anwendungen: Ältere Anwendungen, die eine vollständige Betriebssysteminstanz erfordern oder nicht für die Containerisierung geeignet sind, profitieren von der Virtualisierung.
Fazit
Docker und Containerisierung bieten eine moderne, effiziente Methode, Anwendungen zu isolieren und bereitzustellen. Sie sind ressourcenschonender, schneller und flexibler als herkömmliche Virtualisierungslösungen. VMs haben weiterhin ihren Platz in der IT-Landschaft, insbesondere bei der Ausführung von Legacy-Systemen oder in Szenarien, die eine vollständige Betriebssystemisolation erfordern.
Die Wahl zwischen Docker und Virtualisierung hängt letztlich von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und der Infrastruktur ab. In vielen modernen IT-Umgebungen, insbesondere bei der Entwicklung von Microservices und der Bereitstellung von Cloud-Anwendungen, wird Docker jedoch zunehmend bevorzugt.