Portabilität in der Cloud: Cloud Native und Container

Cloud-native Technologien wie Container oder serverloses Computing sind für die Entwicklung hochportabler Anwendungen in der Cloud unerlässlich. Durch den Einsatz dieser Technologien können Sie widerstandsfähigere, skalierbare und anpassungsfähige Anwendungen für sich ändernde Umgebungen entwickeln. Wir können diese drei Vorteile mit einem Wort erklären: portabel.

Im Gegensatz zu monolithischen Modellen, die schwerfällig und fast unmöglich zu verwalten sind, sind Cloud-native Microservices-Architekturen modular. Dieser Ansatz gibt Ihnen die Freiheit, das richtige Werkzeug für die Aufgabe zu wählen, einen Dienst, der eine bestimmte Funktion erfüllt und diese gut ausführt. Genau hier liegt der Vorteil des Cloud Native-Ansatzes, denn er bietet einen effizienten Prozess für die Aktualisierung und den Austausch einzelner Komponenten, ohne den gesamten Workload zu beeinträchtigen. Die Entwicklung mit einer Cloud-nativen Denkweise führt zu einem deklarativen Ansatz für die Bereitstellung: die Anwendung, die unterstützenden Software-Stacks und die Systemkonfigurationen.

Warum Container?

Stellen Sie sich Container als superleichte virtuelle Maschinen vor, die für eine bestimmte Aufgabe entwickelt wurden. Container sind außerdem ephemer - in einer Minute da, in der nächsten weg - es gibt keine Persistenz. Stattdessen wird die Persistenz an den Blockspeicher oder andere Mounts im Host-Dateisystem gebunden, nicht aber an den Container selbst.

Die Containerisierung von Anwendungen macht sie portabel! Ich kann Ihnen ein Container-Image zur Verfügung stellen, und Sie können es auf verschiedenen Betriebssystemen und CPU-Architekturen einsetzen und ausführen. Da es sich bei containerisierten Anwendungen um in sich geschlossene Einheiten handelt, die mit allen erforderlichen Abhängigkeiten, Bibliotheken und Konfigurationsdateien verpackt werden, muss der Code zwischen verschiedenen Cloud-Umgebungen nicht geändert werden. Im Folgenden wird erläutert, wie Container zu Portabilität in einem nativen Cloud-Design führen.

• Leichtgewichtige Virtualisierung: Container bieten eine isolierte Umgebung für die Ausführung von Anwendungen, die den Kernel des Host-Betriebssystems gemeinsam nutzen, aber Prozesse, Dateisysteme und Netzwerkressourcen isolieren.
  
• Portabel und konsistent: Container bündeln Anwendungen und ihre Abhängigkeiten und stellen sicher, dass sie in verschiedenen Umgebungen, von der Entwicklung bis zur Produktion, konsistent laufen.
  
• Ressourcenschonend: Container verbrauchen weniger Ressourcen als virtuelle Maschinen, da sie Prozesse isolieren und den Kernel des Host-Betriebssystems mitbenutzen; sie benötigen nicht den Overhead eines separaten "Gast"-Betriebssystems über dem Host-Betriebssystem.
  
• Schnelle Inbetriebnahme und Bereitstellung: Container lassen sich schnell starten, da sie kein komplettes Betriebssystem booten müssen, was sie ideal für eine schnelle Bereitstellung, Skalierung und Wiederherstellungsszenarien macht.
  
• Unveränderliche Infrastruktur: Container sind so konzipiert, dass sie unveränderlich sind, d. h., dass sie sich nach der Erstellung nicht mehr ändern. Dies vereinfacht die Bereitstellung, die Versionskontrolle und den Rollback-Prozess und trägt dazu bei, ein konsistentes Verhalten in verschiedenen Umgebungen sicherzustellen.

Wann sollten Sie Container in Betracht ziehen?

Mit Containern können Sie die Konsistenz wahren. Bestimmte Aspekte der Entwicklung werden im Staging und in der Produktion weggelassen, z. B. ausführliche Debug-Ausgaben. Aber der Code, der aus der Entwicklung ausgeliefert wird, bleibt während des gesamten Test- und Bereitstellungszyklus intakt.

Container sind sehr ressourceneffizient und superleicht. Wir haben bereits erwähnt, dass Container mit virtuellen Maschinen vergleichbar sind, aber sie können nur einige Dutzend Megabyte groß sein, im Gegensatz zu den Gigabytes, die wir von riesigen (oder noch kleineren, aber verschwenderisch genutzten) VMs gewohnt sind. Je kleiner sie sind, desto schneller lassen sie sich starten, was wichtig ist, um in dynamischen Cloud-Computing-Umgebungen Elastizität und eine leistungsfähige horizontale Skalierung zu erreichen. Container sind außerdem so konzipiert, dass sie unveränderlich sind. Wenn sich etwas ändert, werden die neuen Änderungen nicht in den Container eingebettet, sondern man reißt ihn einfach ab und erstellt einen neuen Container. Vor diesem Hintergrund gibt es weitere Überlegungen, wenn Sie entscheiden, ob Container Teil Ihres nativen Cloud-Modells sein sollten.

• Verbesserte Konsistenz bei der Bereitstellung: Container verpacken Anwendungen und ihre Abhängigkeiten zusammen, was ein konsistentes Verhalten in verschiedenen Umgebungen gewährleistet, die Bereitstellung vereinfacht und das Risiko von Konfigurationsproblemen verringert.
  
• Verbesserte Skalierbarkeit: Container ermöglichen eine schnelle Skalierung von Anwendungen, indem neue Instanzen schnell hochgefahren werden, um eine erhöhte Nachfrage zu bewältigen, die Ressourcennutzung zu optimieren und die allgemeine Systemleistung zu verbessern.
  
• Kostengünstige Ressourcennutzung: Container verbrauchen weniger Ressourcen als herkömmliche virtuelle Maschinen, so dass Unternehmen mehr Instanzen auf der gleichen Hardware betreiben können, was zu Kosteneinsparungen bei der Cloud-Infrastruktur führt.
  
• Schnellere Entwicklungs- und Testzyklen: Container ermöglichen einen nahtlosen Übergang zwischen Entwicklungs-, Test- und Produktionsumgebungen, wodurch der Entwicklungsprozess gestrafft und die Veröffentlichung neuer Funktionen und Fehlerbehebungen beschleunigt wird.

• Vereinfachte Anwendungsverwaltung: Container-Orchestrierungsplattformen verwalten die Bereitstellung, Skalierung und Wartung von containerisierten Anwendungen, automatisieren viele betriebliche Aufgaben und entlasten die IT-Teams.

Bewährte Praktiken für Container

Es gibt viele Möglichkeiten, Ihre Container auszuführen, und sie sind alle miteinander kompatibel. Wenn Sie zum Beispiel von AWS migrieren, stellen Sie einfach Ihre Container-Images in der neuen Umgebung bereit, und schon können Sie mit Ihrer Arbeitslast loslegen. Es gibt verschiedene Tools und Engines, die Sie für die Ausführung von Containern verwenden können. Sie alle haben eine unterschiedliche Ressourcennutzung und unterschiedliche Preispunkte. Wenn Sie bei Linode (Akamai's Cloud Computing Services) hosten, können Sie Ihre Container mit unserer Linode Kubernetes Engine (LKE) ausführen. Sie können auch Podman, HashiCorp Nomad, Docker Swarm oder Compose auf einer virtuellen Maschine starten.

Diese Open-Standard-Tools ermöglichen Ihnen eine schnelle Entwicklung und Prüfung mit dem zusätzlichen Vorteil einer vereinfachten Verwaltung, wenn Sie einen Dienst wie LKE nutzen. Kubernetes wird zu Ihrer Steuerungsebene. Stellen Sie sich Kubernetes als eine Steuerungsebene mit allen Knöpfen und Reglern für die Orchestrierung Ihrer Container mit Tools vor, die auf offenen Standards basieren. Wenn Sie sich für ein plattformspezifisches Angebot wie AWS Elastic Container Service (ECS) entscheiden, zahlen Sie für eine andere Art der Nutzung.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil von Containern ist das Verständnis dafür, was Sie zum Speichern und Zugreifen auf Ihre Container-Images - die so genannten Registries - verwenden. Wir empfehlen oft die Verwendung von Harbor. Harbor ist ein CNCF-Projekt und ermöglicht es Ihnen, Ihre private Container-Registry zu betreiben und die Sicherheit zu kontrollieren.

Testen Sie immer und verfügen Sie über eine sehr ausführliche Regressionstest-Suite, um sicherzustellen, dass Ihr Code in Bezug auf Leistung und Sicherheit von höchster Qualität ist. Container sollten auch einen Plan für den Fehlerfall haben. Wie sieht der Wiederholungsmechanismus aus, wenn ein Container ausfällt? Wie wird er neu gestartet? Welche Auswirkungen wird das haben? Wie wird meine Anwendung wiederhergestellt? Bleiben zustandsabhängige Daten auf dem gemappten Volume oder dem Bind-Mount erhalten?

Im Folgenden finden Sie einige zusätzliche Best Practices für die Verwendung von Containern als Teil Ihres nativen Cloud-Entwicklungsmodells.

• Verwenden Sie leichtgewichtige Basis-Images: Beginnen Sie mit einem schlanken Basis-Image, wie Alpine Linux oder BusyBox, um die Gesamtgröße des Containers zu reduzieren und die Angriffsfläche zu minimieren.
  
• Verwenden Sie Container-Orchestrierung: Verwenden Sie Tools zur Container-Orchestrierung wie Kubernetes, HashiCorp Nomad, Docker Swarm oder Apache Mesos, um Container über mehrere Hosts hinweg zu verwalten und zu skalieren.
  
• Verwenden Sie Container-Registrierungen: Verwenden Sie Container-Registrierungsstellen wie Docker Hub, GitHub Packages Registry, GitLab Container Registry, Harbor usw., um Container-Images zu speichern und darauf zuzugreifen. Dies erleichtert die gemeinsame Nutzung und Bereitstellung von Container-Images auf mehreren Hosts und in verschiedenen Computerumgebungen.
  
• Begrenzen Sie die Privilegien für Container: Beschränken Sie die Privilegien von Containern auf das, was für den vorgesehenen Zweck notwendig ist. Setzen Sie, wenn möglich, Container ohne Root ein, um das Risiko einer Ausnutzung zu verringern, wenn ein Container kompromittiert wird.
  
• Implementieren Sie Ressourcenbeschränkungen: Legen Sie Ressourcenbeschränkungen wie CPU- und Speicherlimits fest, um zu verhindern, dass Container zu viele Ressourcen nutzen und die Gesamtleistung des Systems beeinträchtigen.
  
• Halten Sie Container auf dem neuesten Stand: Halten Sie Container-Images mit den neuesten Sicherheits-Patches und Updates auf dem neuesten Stand, um das Risiko von Sicherheitslücken zu minimieren.
  
• Testen Sie Container gründlich: Stellen Sie vor der Bereitstellung in der Produktion sicher, dass sie wie erwartet funktionieren und keine Schwachstellen aufweisen. Automatisieren Sie die Tests in jeder Phase mit CI-Pipelines, um menschliche Fehler zu vermeiden.
  
• Implementieren Sie eine Sicherungs- und Wiederherstellungsstrategie für Container: Implementieren Sie eine Sicherungs- und Wiederherstellungsstrategie für persistente Daten, mit denen Container interagieren, um sicherzustellen, dass Arbeitslasten im Falle eines Ausfalls oder einer Katastrophe schnell wiederhergestellt werden können.