Die Container-Technologie hat sich in den letzten Jahren zu einem festen Bestandteil der Softwareentwicklung und -bereitstellung entwickelt. Docker ist heute eines der am häufigsten verwendeten Container-Tools, doch die Grundlagen für Container und die Idee der isolierten Umgebungen reichen weit zurück in die Geschichte von Linux. In diesem Beitrag werfen wir einen Blick auf die Vorgeschichte von Docker und die Entwicklung von Containern unter Linux.
Was sind Container?
Bevor wir tiefer in die Geschichte eintauchen, ist es wichtig zu verstehen, was Container sind. Ein Container ist eine leichtgewichtige, isolierte Umgebung, die es ermöglicht, Anwendungen zusammen mit all ihren Abhängigkeiten in einem einheitlichen Paket zu betreiben. Im Gegensatz zu virtuellen Maschinen teilen sich Container den Host-Kernel, was sie effizienter und ressourcenschonender macht. Container sorgen für Konsistenz über verschiedene Umgebungen hinweg, da sie den gesamten Anwendungscode, Bibliotheken und Konfigurationsdateien beinhalten.
Die Anfänge der Container-Technologie
Die Entwicklung der Container-Technologie unter Linux begann lange bevor Docker im Jahr 2013 die Bühne betrat. Einige Schlüsseltechnologien, die zur Grundlage der Container-Technologie wurden, hatten ihren Ursprung bereits in den frühen 2000er-Jahren.
1. Chroot (1979)
Die Idee der Prozessisolierung reicht bis ins Jahr 1979 zurück, als das Konzept von chroot in UNIX eingeführt wurde. Chroot („change root“) ermöglichte es, das Root-Verzeichnis eines laufenden Prozesses zu ändern. Dies bedeutete, dass Prozesse in einer speziellen Verzeichnisstruktur „eingeschlossen“ wurden, die wie ein isoliertes Dateisystem wirkte. Chroot war zwar nicht so sicher wie moderne Container-Technologien, markierte aber einen wichtigen ersten Schritt zur Prozessisolierung.
Chroot diente als frühe Grundlage für die Container-Technologie, war jedoch begrenzt in seiner Fähigkeit, eine vollständige Isolierung zu gewährleisten.
2. Linux-VServer (2001)
In den frühen 2000er-Jahren begann die Entwicklung von Linux-VServer, einer Technologie, die es ermöglichte, mehrere isolierte virtuelle Umgebungen auf einem Linux-Host zu betreiben. Diese Umgebungen wurden als „VServer“ bezeichnet und teilten sich den Kernel des Hosts, hatten aber ihre eigenen Root-Verzeichnisse, Benutzer und Netzwerkschnittstellen.
Linux-VServer ermöglichte eine stärkere Isolierung als chroot, bot jedoch noch keine vollständige Trennung der Prozessräume oder umfassende Ressourcenverwaltung.
3. OpenVZ (2005)
OpenVZ war eine der ersten Technologien, die echte Container auf Linux implementierte. Es ermöglichte, mehrere isolierte Container (bekannt als „Virtual Environments“) auf einem einzigen Host-System zu betreiben. OpenVZ bot eine verbesserte Isolierung von Prozessen, Speicher und Netzwerkressourcen im Vergleich zu seinen Vorgängern.
Obwohl OpenVZ eine starke Grundlage für Container schuf, war es auf einen angepassten Linux-Kernel angewiesen, was die Verbreitung und Kompatibilität einschränkte.
Kerntechnologien der modernen Container
Moderne Container-Technologien wie Docker basieren auf mehreren Schlüsselkomponenten im Linux-Kernel, die Isolierung und Ressourcenverwaltung ermöglichen. Diese Kerntechnologien sind:
1. Namespaces (2002)
Namespaces sind eine der wichtigsten Technologien hinter Containern. Sie wurden erstmals 2002 in den Linux-Kernel integriert. Namespaces sorgen dafür, dass verschiedene Aspekte eines Systems wie Prozesse, Netzwerk, Dateisysteme und Benutzer voneinander isoliert werden. Jeder Namespace stellt eine isolierte Umgebung dar, in der Prozesse so arbeiten, als wären sie die einzigen auf dem System.
Es gibt mehrere Arten von Namespaces:
- PID-Namespace: Isoliert die Prozess-ID-Bereiche. Prozesse in einem PID-Namespace sehen nur die anderen Prozesse innerhalb dieses Bereichs.
- NET-Namespace: Isoliert Netzwerkschnittstellen und Netzwerkressourcen. Jeder Namespace kann eigene IP-Adressen und Routing-Tabellen haben.
- MOUNT-Namespace: Isoliert das Dateisystem, sodass ein Container nur auf bestimmte Verzeichnisse zugreifen kann.
- UTS-Namespace: Isoliert die Hostnamen und Domainnamen.
- USER-Namespace: Erlaubt es, Prozesse in Containern unter einer anderen Benutzer-ID auszuführen als auf dem Host, was die Sicherheit verbessert.
Durch die Kombination dieser Namespaces kann Linux für jeden Container eine nahezu vollständige Isolation schaffen.
2. Cgroups (2007)
Control Groups oder kurz Cgroups wurden 2007 in den Linux-Kernel eingeführt. Sie ermöglichen es, die Ressourcennutzung von Prozessen zu beschränken und zu überwachen. Mit Cgroups können Entwickler CPU, Speicher, I/O und andere Ressourcen für einen Container begrenzen.
Dies bedeutet, dass Container nicht nur voneinander isoliert, sondern auch in ihrer Ressourcennutzung eingeschränkt sind. Dadurch wird verhindert, dass ein Container zu viele Ressourcen verbraucht und das Gesamtsystem belastet.
3. Union-Dateisysteme (2006)
Ein weiteres entscheidendes Element moderner Container-Technologie ist das Konzept der Union-Dateisysteme. UnionFS und ähnliche Technologien (z.B. AUFS, OverlayFS) ermöglichen es, Dateisystem-Schichten übereinander zu stapeln. Dies ist besonders nützlich für Docker, da Container in verschiedenen Schichten aufgebaut werden. Jede Schicht stellt eine bestimmte Veränderung oder Hinzufügung dar, und am Ende entsteht ein fertiges Container-Image.
Diese Schichtbildung ermöglicht eine effiziente Nutzung von Speicherplatz und beschleunigt den Start von Containern, da nur die Differenzen zwischen den Schichten gespeichert werden.
Docker: Die Revolution der Container-Technologie (2013)
Bis zum Jahr 2013 waren viele der zugrunde liegenden Technologien wie Namespaces und Cgroups in den Linux-Kernel integriert, aber es gab noch kein Tool, das diese Technologien benutzerfreundlich in einem Paket zusammenführte. Hier kommt Docker ins Spiel.
Docker wurde 2013 von Solomon Hykes und seinem Team bei dotCloud eingeführt. Docker nutzte die bestehenden Linux-Mechanismen wie Namespaces und Cgroups, um Container auf einfache und benutzerfreundliche Weise zu implementieren. Docker revolutionierte den Einsatz von Containern, indem es Entwicklern ermöglichte, Anwendungen in einer isolierten und portablen Umgebung zu entwickeln und bereitzustellen.
Was machte Docker so erfolgreich?
- Einfachheit: Docker bietet eine einfach zu verwendende CLI und API, die es Entwicklern ermöglicht, Container zu erstellen, zu starten und zu verwalten, ohne tiefgehendes Wissen über die zugrunde liegenden Linux-Mechanismen zu haben.
- Portabilität: Mit Docker-Images können Anwendungen samt ihrer Abhängigkeiten in einer konsistenten Umgebung ausgeführt werden, unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur.
- Schnelle Bereitstellung: Docker-Container starten extrem schnell im Vergleich zu virtuellen Maschinen, da sie den Linux-Kernel des Hosts teilen und keine vollständige Betriebssystem-Instanz benötigen.
- Ökosystem: Docker bietet ein großes Ökosystem von Tools und Diensten, darunter Docker Hub, ein Repository für Container-Images.
Fazit
Die Geschichte der Container-Technologie unter Linux begann lange vor Docker. Technologien wie chroot, Namespaces und Cgroups bildeten die Grundlage für die moderne Containerisierung. Docker hat diese Technologien in einer benutzerfreundlichen Weise kombiniert und damit die Art und Weise revolutioniert, wie Anwendungen entwickelt und bereitgestellt werden.
Heute sind Container aus der modernen IT-Welt nicht mehr wegzudenken, und Docker bleibt eines der wichtigsten Tools in diesem Bereich. Durch die Nutzung der zugrunde liegenden Linux-Technologien bietet Docker eine effiziente, sichere und portable Möglichkeit, Anwendungen in verschiedenen Umgebungen zu betreiben.