Контейнеры в Windows Server 2016

В эпоху развития облачных и мобильных технологий приложения задают ритм для инноваций. Контейнеры и связанная с ними экосистема позволяют создавать сервисы нового поколения. До недавнего времени контейнеры были вещью из мира Linux. Но с выходом Windows Server 2016 ситуация изменилась — технологии контейнеризации стремительно ворвались в мир Windows.

Согласно «Википедии», контейнеризация — это система виртуализации на уровне ОС, позволяющая создавать несколько изолированных экземпляров операционной системы на одном узле. Каждый контейнер, в отличие от виртуальной машины, имеет собственное пространство процессов и сетевой стек, но при этом все контейнеры в рамках хоста используют один и тот же экземпляр ядра операционной системы.

По сути, контейнер — это изолированная среда, где приложение может работать, не оказывая воздействия на остальную систему и не подвергаясь при этом воздействию с ее стороны. Контейнеры — это альтернатива привычной виртуализации, когда для создания изолированной среды не требуется эмулировать виртуальное оборудование. Контейнеры создаются за секунды, в отличие от минут для виртуальной машины, поэтому они нашли широкое применение в веб-сервисах с широкими границами масштабируемости.

Контейнеры как технология существуют еще с 80-х годов, то есть они возникли еще до привычных нам виртуальных машин. В 2000-е появились первые коммерческие продукты для организации контейнеров на Linux и Unix (Virtuozzo, HP-UX Containers), а в 2008 году появилась нативная поддержка контейнеризации в ядре Linux (LXC).

В последние годы контейнеры обрели новую популярность с появлением таких продуктов, как Docker и Apache Mesos, которые сделали работу с контейнерами проще, удобнее, расширили границы масштабируемости систем, а также позволили шире применять контейнеры в Enterprise-системах за счёт мощных возможностей управления.

Год назад компания Microsoft сделала первый серьёзный шаг в мир контейнеров, запустив Azure Container Service — облачный сервис контейнеризации на базе Docker Swarm и DC/OS (Apache Mesos). Этот сервис позволяет тысячам заказчиков по всему миру эффективно развёртывать масштабные решения с использованием контейнеров популярных форматов Docker и Mesos на базе ОС Linux.

Концепция контейнеров долгое время оставалась вещью из мира Linux (ну или Unix). Многие разработчики, пишущие на .NET или под SQL Server, кусали локти и завидовали своим коллегам по цеху из мира Linux, которые могли эффективно использовать контейнеры для целей Dev/Test, а потом так же быстро и эффективно переносить контейнеры в продуктивную среду. Windows Server 2016 меняет эту парадигму: теперь контейнеры доступны и для мира Windows, причём сразу в двух лицах — в виде контейнеров Windows Server и в виде контейнеров Hyper-V. Причём Windows Server для контейнеризации использует одну из самых популярных систем в индустрии — Docker.

Кстати, Microsoft идёт по пути скрещивания этих двух по сути параллельных продуктов — Azure Container Service и Windows Server Containers (и да, прошу их не путать). В данный момент идёт раннее тестирование Windows Server Containers в Azure Container Service, записаться можно вот здесь. Так что в будущем Azure Container Service сможет работать не только с контейнерами Linux, но и с контейнерами на базе Windows Server.

Типы контейнеров Windows

Контейнеры в Windows Server 2016 создаются из специальных шаблонов в формате Docker. Вы можете создавать свои шаблоны или воспользоваться богатым выбором из библиотеки Docker Hub. Подключение к контейнеру производится через командную строку, так как собственной графической оболочки контейнер не имеет. Контейнер не нужно патчить или обслуживать — вы просто создаёте новый шаблон контейнера и разворачиваете из него новые контейнеры вместо старого за секунды.

Контейнеры в Windows Server 2016 делятся на два типа:

Контейнеры Windows Server — обеспечивают изоляцию приложений благодаря изоляции процессов и пространств имен. Контейнер Windows Server использует одно ядро ОС совместно с хостом, на котором он работает, и всеми остальными контейнерами на этом узле.

Контейнеры Hyper-V — открывают более широкие возможности изоляции по сравнению с контейнерами Windows Server, так как каждый контейнер запускается в виртуальной машине со специальной легковесной версией ОС. В этой конфигурации каждый контейнер использует свою копию ядра, изолированную от других контейнеров, но при этом он обладает характеристиками обычного контейнера (быстрое развёртывание, использование библиотеки шаблонов Docker, stateless, мощные возможности по управлению). 

Принципы работы контейнера Windows

Когда вы начнете использовать контейнеры, то заметите, что они во многом похожи на виртуальные машины. Контейнер работает под управлением операционной системы и содержит файловую систему, к нему можно получить сетевой доступ, что напоминает физический или виртуальный компьютер. При этом у контейнеров и виртуальных машин совершенно разные технология и принцип работы. 

При создании контейнеров Windows и последующей работе с ними пригодятся перечисленные ниже основные понятия. 

Узел контейнера. Физический или виртуальный компьютер под управлением Windows Server 2016, настроенный для работы с контейнерами Windows. На хосте работают один или несколько контейнеров Windows.

Образ контейнера. По мере того как в файловую систему или реестр контейнера вносятся изменения (например, при установке программного обеспечения), они регистрируются в «песочнице». Во многих случаях может потребоваться зарегистрировать это состояние, чтобы применить внесенные изменения при создании новых контейнеров. В этом и заключается суть образа: после остановки работы контейнера можно либо отключить «песочницу», либо преобразовать ее в новый образ контейнера. Предположим, вы развернули контейнер в образе Windows Server Core. Затем вы устанавливаете в этот контейнер MySQL. Создание нового образа на базе этого контейнера будет происходить аналогично его развертыванию. Этот образ будет содержать только внесенные изменения (MySQL) и при этом работать в виде слоя поверх образа ОС контейнера.

«Песочница». После запуска контейнера все операции записи (изменения файловой системы и реестра либо установка программного обеспечения) регистрируются на уровне «песочницы». 

Образ ОС контейнера. Контейнеры развертываются из образов. Образ ОС контейнера — это первый из возможного множества слоев образа, составляющих контейнер. Этот образ представляет собой среду операционной системы. Образ ОС контейнера постоянный, его невозможно изменить.

Репозиторий контейнера. При каждом создании образа контейнера этот образ и его зависимости сохраняются в локальном репозитории. Эти образы можно использовать повторно много раз на узле контейнера. Образы контейнеров также можно хранить в открытом или закрытом реестре (например, Docker Hub), чтобы использовать на многих других узлах контейнеров.

Использование контейнеров Windows

Образ Docker можно создать где угодно, начиная с компьютера разработчика и заканчивая тестовыми и рабочими компьютерами. К тому же его развертывание в любой среде будет выполнено одинаково и за считанные секунды. Благодаря этому появилась развитая и расширяющаяся экосистема приложений, запакованных в контейнеры Docker. При этом в общедоступных репозиториях Docker Hub открытого реестра контейнерных приложений, который Docker обслуживает, в настоящее время опубликовано более 180 000 приложений. 

Когда вы упаковываете приложение, образ содержит только само приложение и компоненты, необходимые для его запуска. При необходимости на базе этого образа создаются контейнеры. Кроме того, образ можно создать на основе другого образа, что еще более ускоряет рабочий процесс. Один и тот же образ могут использовать несколько контейнеров, что ускорит их запуск и снизит количество необходимых для этого ресурсов. Например, с помощью контейнеров можно выполнить развертывание микросервисов для распределенных приложений, а также отдельное быстрое масштабирование каждого сервиса.

Так как контейнер содержит все необходимое для запуска приложения, он отличается высокой переносимостью и может запускаться на любом компьютере под управлением Windows Server 2016. Можно создать и протестировать контейнер локально, а затем развернуть его образ на сервере поставщика услуг, а также в частном или общедоступном облаке компании. Адаптивность контейнеров позволяет использовать современные модели разработки приложений в крупномасштабных виртуализированных и облачных средах.

Контейнеры позволяют масштабировать веб-сервисы эффективнее, так как новые экземпляры стартуют в разы быстрее, чем виртуальные машины (плюс виртуальной машине, в отличие от контейнера, еще нужно время на provisioning).

Также контейнеры значительно менее требовательны к оперативной памяти, нежели виртуальные машины.

С помощью контейнеров разработчики могут создать приложение на любом языке. Такие полностью переносимые приложения можно запускать где угодно (на ноутбуке, настольном компьютере, сервере, в частном или публичном облаке) без необходимости изменения кода.

Если вам интересна тема контейнеров в Windows Server 2016, рекомендуем прочитать официальную документацию, статью Марка Руссиновича и посмотреть доклад по теме с конференции Microsoft Ignite.