داکر چیست و چگونه کار میکند؟ + مزایای کانتینرهای داکر
- mentorx
- ۱۷ دی ۱۴۰۳
داکر نوعی چهارچوب نرمافزاری است که برای ساخت، اجرا و مدیریت کانتینرها در سرور و فضای ابری استفاده میشود.برای راهنمایی ایم مطلب را تا انتها بخوانید.
داکر نوعی چهارچوب نرمافزاری است که برای ساخت، اجرا و مدیریت کانتینرها در سرور و فضای ابری استفاده میشود. این پلتفرم منبعباز از سال 2013 تاکنون بهعنوان روشی برای اجرای سریع اپلیکیشنهای گوناگون بدون اثرگذاری بر روی سایر بخشهای سیستم کاربرد دارد. تمامی افرادی که در زمینهی توسعهی نرمافزار فعالیت میکنند باید بتوانند به پرسش (داکر چیست؟) بهصورت کامل و دقیق پاسخ دهند. اگر شما هم به این موضوع علاقهمند هستید، مطالعهی این مطلب از بلاگ آراد آرپانت ارائه دهنده تخصصی ترین خدمات دواپس و خدمات پشتیبانی شبکه را از دست ندهید.
داکر چیست؟
همانطور که در ابتدای مطلب به آن اشاره کردیم داکر اولینبار در سال 2013 توسط شخصی به نام سولمون هایکز (Solomon Hykes) که برای شرکت dotCloud کار میکرد، ساخته شد. در ابتدا هدف اصلی ساخت داکر استفاده از آن بهعنوان نوعی ابزار داخلی برای آسانکردن توسعه و استقرار اپلیکیشنهای مختلف بود. در سال 2014 همزمان با تبدیل داکر به یک پروژهی منبعباز میزان محبوبیت آن در گیتهاب به حد چشمگیری افزایش پیدا کرد؛ این مسئله باعث شد میزان حمایتهای مالی سرمایهگذاران از این پلتفرم نیز افزایش یابد.
داکر (Docker) یک پلتفرم منبع باز برای ایجاد، استقرار و اجرای کانتینرها است. کانتینرها واحدهای مستقلی هستند که شامل تمام پیشنیازهای اجرای یک نرمافزار، از جمله کدها و کتابخانهها میشوند. این ساختار باعث میشود نرمافزارها در هر محیطی، به درستی اجرا شوند. داکر بر اساس مفهوم کانتینرسازی عمل میکند که در آن برنامهها به جای اجرا در ماشینهای مجازی سنگین، در واحدهای سبکتر و انعطافپذیرتری به نام کانتینر اجرا میشوند. برای مطالعه بیشتر درباره کانتینر ها مطلب کوبرنتیز (Kubernetes) چیست و چه کاربردی دارد را بخوانید.
ویژگیهای کلیدی داکر چیست؟
● قابلیت حمل بالا: داکر تضمین میکند که نرمافزارها در هر محیطی (لپتاپ برنامهنویس یا سرور) بهطور یکسان اجرا شوند.
● منابع کمتر: کانتینرها به دلیل سبک بودن، منابع کمتری نسبت به ماشینهای مجازی مصرف میکنند.
● مدیریت آسان وابستگیها: داکر تمام وابستگیهای نرمافزار را درون کانتینر قرار میدهد.
● مقیاسپذیری: کانتینرهای داکر به راحتی میتوانند مقیاسپذیر شوند و در معماریهای مبتنی بر میکروسرویسها استفاده شوند.
نحوهی عملکرد داکر
بعد از رسیدن به پاسخی کلی در مورد پرسش (داکر چیست؟) به بررسی نحوهی عملکرد این پلتفرم میپردازیم. برنامهنویسان و توسعهدهندگان با استفاده از فناوری داکر میتوانند ضمن ساخت اپلیکیشنهای مختلف، آنها را اجرا کرده و تست کنند. داکر برای انجام این کار از فرایند مجازیسازی شبکه در سطح سیستمعامل استفاده کرده و نرمافزار را درون بستههایی به نام کانتینر ارائه میدهد. در روش فوق، داکر اپلیکیشن و تمامی متعلقات آن را درون یک کانتینر مجازی که میتواند روی هر کامپیوتری اجرا شود، بستهبندی میکند. حال سؤالی که مطرح میشود این است: فایدهی کانتینرسازی توسط داکر چیست؟ با کانتینرسازی، کارایی و انتقال در مقایسه با ماشینهای مجازی به میزان گستردهای بهبود مییابند.
کانتینرهای فوق از یکدیگر جدا هستند و ابزارها، کتابخانهها و فایلهای پیکربندی خود را دارند. ارتباط بین این کانتینرها از طریق کانالهای خاصی انجام شده و وظیفهی اجرای آنها برعهدهی یک هستهی سیستمعامل قرار دارد که نتیجهی آن اشغال منابع محدودی از سیستم است. ممکن است بگویید که مجازیسازی سیستمعامل از مدتها قبل وجود داشته است؛ پس تفاوت داکر چیست؟ در حقیقت داکر با ارائهی پلتفرمی ساده که استقرار اپلیکیشنها در کانتینر را خودکار میکرد، توانست این تکنولوژی را یکقدم به جلو ببرد.
Docker چگونه کار میکند؟
Docker از تکنولوژی کانتینری استفاده میکند که در اصل یک نوع مجازیسازی سبک است. برخلاف ماشینهای مجازی (VM) که برای هر برنامه یک سیستمعامل کامل و مجزا اجرا میکنند، کانتینرها از هسته سیستمعامل اصلی استفاده میکنند و منابع را بهصورت بهینهتری به اشتراک میگذارند. در ادامه، مراحل اصلی کار Docker توضیح داده میشود:
Docker Image (تصویر داکر)
● Docker Image یک الگوی از پیش ساختهشده است که شامل تمامی برنامهها، وابستگیها و تنظیمات لازم برای اجرای یک اپلیکیشن است.
● این تصویر در واقع شبیه به یک بسته است که میتوانید آن را برای اجرا در کانتینرها به کار ببرید.
● Docker Images معمولاً از یک Dockerfile ساخته میشوند که یک فایل متنی است و تمام دستورات لازم برای ساخت یک تصویر را مشخص میکند.
Docker Container (کانتینر داکر)
● کانتینر در واقع یک نمونه اجرایی از یک Docker Image است. وقتی شما یک کانتینر را اجرا میکنید، Docker تمام اجزای موجود در تصویر را به حافظه بارگذاری میکند و برنامه شما را در یک محیط ایزوله اجرا میکند.
● کانتینرها به طور کامل از یکدیگر جدا هستند و محیطهای کاری متفاوتی برای هرکدام فراهم میکنند، اما همه از هسته سیستمعامل اصلی استفاده میکنند.
Docker Engine
● Docker Engine موتور اجرایی است که مسئول مدیریت و اجرای کانتینرها است.
● این موتور از دو بخش اصلی تشکیل شده است:
1. Docker Daemon: این فرآیند در پسزمینه اجرا میشود و مسئول مدیریت کانتینرها، تصاویر و سایر منابع داکر است.
2. Docker CLI (Command Line Interface): رابط خط فرمان است که شما از طریق آن میتوانید دستورات داکر را اجرا کنید (مثل docker run, docker build, docker ps).
Docker Registry (مخزن داکر)
● Docker Registry یک سرویس برای ذخیره و مدیریت Docker Image ها است. Docker Hub یکی از محبوبترین و پیشفرضترین مخازن داکر است که اکثر کاربران از آن برای بارگذاری و دانلود تصاویر استفاده میکنند.
● شما میتوانید تصاویر خود را به Docker Hub ارسال کرده یا از آن دانلود کنید.
Networking in Docker
● Docker برای ارتباط میان کانتینرها از شبکههای مجازی استفاده میکند.
● هر کانتینر به طور پیشفرض یک شبکه جداگانه دارد، اما میتوانید شبکههای مختلفی ایجاد کرده و به کانتینرها متصل کنید تا به راحتی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
Volumes (حجمها)
● کانتینرها به طور پیشفرض غیر پایدار هستند، به این معنی که اگر کانتینر متوقف یا حذف شود، دادههای داخل آن از دست میرود.
● برای حل این مشکل، Docker از Volumes استفاده میکند که به شما این امکان را میدهند که دادهها را خارج از کانتینر ذخیره کنید و از دست رفتن دادهها جلوگیری کنید.
موارد استفاده از داکر
بعد از آشنایی با ماهیت کلی داکر ممکن است بپرسید که کاربرد داکر چیست؟ برای اطلاع از کاربردهای این پلتفرم، مطالعهی موارد زیر را از دست ندهید:
- اجرای چند بارکاری مختلف با اشغال کمتر منابع
- جداسازی اپلیکیشنها
- استانداردسازی محیطها بهمنظور اطمینان از سازگاری در چرخههای توسعه و انتشار
- سادهکردن چرخهی توسعه و پشتیبانی از گردش کار CI/CD
بیشتر بخوانید: دواپس DevOps چیست و استفاده از آن، چه مزایایی دارد؟
مزایای استفاده از docker چیست؟
در ادامه به مزایای استفاده از داکر میپردازیم.
- افزایش سرعت توسعه: ایجاد محیطهای توسعه سریع و یکپارچه، کاهش زمان راهاندازی پروژهها
- کاهش مشکلات ناسازگاری:استقلال کانتینرها از سیستمعامل، رفع مشکلات ناشی از تفاوتهای محیطی
- کاهش هزینهها: استفاده بهینه از منابع، کاهش هزینههای زیرساخت (سرور، شبکه و ...)
- مقیاسپذیری بهتر: قابلیت مقیاسپذیری آسان کانتینرها، توزیع آسان در محیطهای مختلف
آشنایی با شبکه داکر
یکی از قابلیتهای کلیدی داکر، شبکهسازی است. شبکه داکر (Docker Networking) به کانتینرها اجازه میدهد با یکدیگر یا با دنیای خارج ارتباط برقرار کنند. داکر چند نوع شبکه ارائه میدهد:
1. Bridge (پل): این نوع شبکه پیشفرض برای کانتینرها است و آنها را به یکدیگر متصل میکند.
2. Host (میزبان): در این حالت، کانتینر از شبکه میزبان استفاده میکند.
3. Overlay: برای ارتباط بین کانتینرها در ماشینهای مختلف استفاده میشود.
4. None (هیچ): کانتینر بدون اتصال به شبکه اجرا میشود.
مقایسه کانتینرها و ماشینهای مجازی در داکر چیست؟
در ادامه به مقایسه کانتینرها و ماشینهای مجازی میپردازیم.
ویژگی کانتینر ماشین مجازی
مصرف منابع : کمتر کمتر
سطح جداسازی : سیستمعامل اشتراکی سیستمعامل مستقل
کاربرد اصلی: مقیاسپذیری و انعطافپذیری اجرای برنامههای خاص
زمان راهاندازی : چند ثانیه چند دقیقه
مزایای کانتینرهای داکر چیست؟
باتوجهبه موارد فوق میتوان نتیجه گرفت که کانتینرهای داکر در مقایسه با ماشینهای مجازی سنتی مزایای مختلفی دارند که تعدادی از آنها به شرح زیر است:
- کانتینرهای داکر از یکدیگر جدا هستند؛ بنابراین میتوانند نسخههای مختلف یک نرمافزار را بدون اثرگذاری بر روی یکدیگر اجرا کنند.
- کانتینرها قابلحمل هستند و امکان اجرای آنها بر روی هر کامپیوتری که محیط اجرای داکر را داشته باشد، وجود دارد.
- حجم کانتینرها پایین است؛ در نتیجه سریعتر اجرا شده و منابع کمتری را نیز اشغال میکنند.
- مهمترین مزیت داکر چیست؟ شاید بتوان گفت که امکان خودکار کردن فرایندهای تکراری یکی از مهمترین مزیتهای داکر است.
- کانتینرها به دلیل قابلیت اجرا بر روی فضای ابری به سرورهای بزرگ نیاز ندارند و از این نظر مقرونبهصرفه هستند.
معایب داکر چیست؟
کانتینرهای داکر توانستند بسیاری از مشکلات توسعهدهندگان را برطرف کنند؛ اما هنوز هم معایب مشخصی دارند که شامل موارد زیر هستند:
- کانتینرها از قسمتهای کنترلشدهی منابع سیستمعامل میزبان استفاده میکنند؛ بنابراین عناصر گوناگون آنها بهاندازهی ماشینهای مجازی جدا از یکدیگر نیستند.
- کانتینرهای داکر از تصاویری که محتویات آنها را توصیف میکند، بوت و اجرا میشوند؛ در نتیجه تغییرناپذیر هستند.
- یادگیری نحوهی عملکرد داکر نسبتاً دشوار و زمانبر است.
- مهمترین عیب داکر چیست؟ باوجوداینکه داکر با جداسازی محتویات تلاش میکند تا امنیت را فراهم کند؛ همچنان ممکن است در زمان کارکردن با آن خطرات امنیتی مشخصی وجود داشته باشد؛ بنابراین باید در زمان استفاده از کانتینرها بهترین روشهای امنیتی ممکن را بهکار ببرید.
- داکر برای برنامههای دارای رابط گرافیکی بهترین انتخاب نیست و میتواند برای برنامههایی که روی خط فرمان اجرا میشوند، گزینهی مناسبتری باشد.
بیشتر بخوانید: راهنمای حل مشکلات قطعی اینترنت
ابزارها و اجزای تشکیلدهندهی داکر
مطالعهی مزایای کانتینرهای داکر میتواند منجر به شکلگیری این پرسش در ذهن شما شود: (اجزای تشکیلدهندهی داکر چیست و چطور موارد ذکر شده را ممکن میکنند؟) جالب است بدانید که داکر در مجموع از سه جز اصلی تشکیل شده است: موتور داکر (Docker Engine) که همان محیط اجرای کانتینرها است و خود از سه جز اصلی تشکیل شده است:
- سرور: مسئولیت ساخت و مدیریت کانتینرها را برعهده دارد.
- Rest API: برقراری ارتباط بین داکر و برنامهها از وظایف آن است. (api چیست و چرا به آن نیاز داریم؟)
- رابط خط فرمان (CLI): برای اجرای دستورات داکر استفاده میشود.
کلاینت خط فرمان داکر (Docker command line client) که برای تعامل با موتور داکر استفاده میشود. هاب داکر (Docker Hub) که نوعی سرویس ابری است که خدمات ثبت و مخزن را برای تصاویر داکر (Docker images) فراهم میکند. در کنار اجزای فوق، ابزارهای گوناگونی هم وجود دارند که با داکر کار میکنند و شامل موارد زیر هستند:
- Swarm: نوعی ابزار خوشهبندی و زمانبندی که برای اپلیکیشنهای داکرشده استفاده میشود.
- دسکتاپ داکر: جایگزین Docker Machine که سریعترین راه برای کانتینری کردن اپلیکیشنها محسوب میشود.
- Docker Compose: ابزاری است که در تعریف و اجرای اپلیکیشنهای داکر چند کانتینری کاربرد دارد.
- Docker Registry: یک سرویس ثبت در محل که برای ذخیره و مدیریت تصاویر داکر استفاده میشود.
- Kubernetes داکر چیست؟ نوعی ابزار تنظیم کانتینر است که امکان استفاده از آن به همراه داکر وجود دارد.
- Docker file: نوعی فایل متنی است که در آن مجموعهای از دستورالعملهای موردنیاز برای ساخت یک تصویر داکر از جمله سیستمعامل، زبانها، متغیرهای محیطی و... وجود دارد.
- تصویر داکر: نوعی فایل قابلحمل و قابلاجرا است که حاوی دستورالعملهای موردنیاز برای ساخت یک کانتینر و مشخصات اجزای نرمافزاری است که کانتینر اجرا میکند.
- Docker run utility: دستوری است که یک کانتینر را راهاندازی میکند. هر کانتینر نمونهای از یک تصویر است که امکان اجرای همزمان چند نمونه از یک تصویر نیز در آن وجود دارد.
مکانیسم عملکرد کانتینر داکر چیست؟
در بیشتر موارد برای درک بهتر عملکرد کانتینرها آنها را با ماشینهای مجازی مقایسه میکنند؛ اما تفاوتهای بزرگی بین آنها وجود دارد. ماشینهای مجازی نسخهی کاملی از یک سیستمعامل را اجرا میکنند؛ درحالیکه کانتینرها هسته هاست را با سایر کانتینرها به اشتراک میگذارند؛ بنابراین کانتینرها در مجموع سبکتر از ماشینهای مجازی بوده و بازده عملکردی بالاتری هم دارند.
پس تعریف دقیق کانتینر داکر چیست؟ کانتینر داکر یک واحد نرمافزاری مستقل است که تمام متعلقات موردنیاز برای اجرای یک برنامه را دارد. وجود این واحد نرمافزاری باعث میشود که بستهبندی و ارسال اپلیکیشنها بدون نگرانی در مورد مشکلات سازگاری احتمالی انجام شود. چون همانطور که اشاره کردیم این کانتینرها بر روی هر دستگاهی که دارای موتور داکر باشد، اجرا میشوند.
بیشتر بخوانید: همه آن چیزهایی که باید درباره نرم افزارهای ATLASSIAN بدانید
کاربردهای داکر کدام اند ؟
● پیادهسازی معماری میکروسرویس: داکر امکان پیادهسازی و مدیریت سرویسهای کوچک و مستقل را فراهم میکند.
● مدیریت محیطهای توسعه و تست: توسعهدهندگان میتوانند محیطهای یکسانی برای توسعه و تست ایجاد کنند.
● مهاجرت به ابر (Cloud Migration): با استفاده از داکر، میتوانید برنامههای خود را به راحتی به فضای ابری منتقل کنید.
● خودکارسازی فرآیندهای DevOps: ابزارهای CI/CD مانند Jenkins یا GitLab CI میتوانند از داکر برای ایجاد و استقرار کانتینرها استفاده کنند.
چالشها و محدودیتهای داکر چیست؟
استفاده از داکر مزایای بسیاری دارد، اما مانند هر فناوری دیگری، چالشها و محدودیتهایی نیز دارد.
● کانتینرها در مقایسه با ماشینهای مجازی عملکرد بهتری دارند، اما به دلیل به اشتراکگذاری منابع سیستم میزبان، ممکن است همچنان محدودیتهایی در عملکرد برای برنامههای سنگین یا وابسته به پردازش بالا وجود داشته باشد.
● کانتینرها به عنوان محیطهای اجرایی موقتی، دادههای موجود در خود را به صورت دائمی حفظ نمیکنند و با حذف کانتینر، این دادهها از بین میروند. برای رفع این محدودیت و اطمینان از پایداری دادهها، از مکانیزمهایی مانند Volumes یا Bind Mounts استفاده میشود که امکان ذخیرهسازی دادهها در خارج از کانتینر و به صورت مستقل را فراهم میکنند.
● کانتینرها، اگرچه محیطی ایزوله نسبت به فرآیندهای معمولی فراهم میکنند، اما از نظر امنیتی به اندازه ماشینهای مجازی قابل اعتماد نیستند. یکی از دلایل اصلی این موضوع، اشتراکگذاری هسته سیستم عامل بین تمامی کانتینرها است که امکان نفوذ مهاجمان به تمام کانتینرها را در صورت رخنه به هسته فراهم میکند.
● همچنین، استفاده از تصاویر کانتینری که از منابع نامعتبر یا مخرب دریافت شدهاند، میتواند منجر به ورود بدافزارها و آسیب به سیستم شود. برای رفع این چالشها، استفاده از تصاویر امن و تأییدشده، و همچنین تنظیم دقیق پروفایلهای امنیتی مانند AppArmor یا SELinux، از جمله راهکارهای موثر به شمار میآیند. این اقدامات به محدود کردن دسترسی کانتینرها به منابع سیستم و جلوگیری از اجرای کدهای مخرب کمک زیادی میکنند.
● مدیریت وابستگیهای مختلف نسخههای یک تصویر یا کتابخانه در محیطهای کانتینری، به ویژه زمانی که چندین تیم با نسخههای متفاوت داکر کار میکنند، میتواند پیچیده باشد و منجر به ناسازگاریها شود. تنظیم شبکههای پیچیده در محیطهای چند کانتینری یا توزیعشده نیز نیازمند دانش تخصصی است.
● همچنین، وابستگی کانتینرها به کرنل سیستم عامل میزبان، محدودیتهایی را در انتخاب سیستم عامل برای کانتینرها ایجاد میکند. علاوه بر این، ناسازگاری نسخههای مختلف داکر، پیچیدگی در نظارت و دیباگ کانتینرها، حجم بالای تصاویر داکر، عدم پشتیبانی کامل از همه برنامهها و نیاز به دانش فنی بالا برای استفاده از داکر، از دیگر چالشهای موجود در این حوزه هستند.
● مدیریت تعداد زیادی کانتینر بدون استفاده از ابزارهای قدرتمندی مانند Kubernetes یا Docker Swarm نیز میتواند بسیار دشوار باشد. استفاده از این ابزارها اگرچه پیچیدگیهای خاص خود را دارد، اما برای مدیریت موثر محیطهای کانتینری در مقیاس بزرگ ضروری است.
سخن آخر
در این مطلب بهصورت جامع به پرسش (داکر چیست؟) پاسخ دادیم و متوجه شدیم که این پلتفرم منبعباز چه مزایایی در اجرای اپلیکیشنهای گوناگون دارد. در حقیقت توسعهدهندگان و مهندسان خدمات دواپس و خدمات پشتیبانی شبکه با استفاده از داکر میتوانند نرمافزارهای خود را درون کانتینرهای جداگانهای قرار داده و بهاینترتیب سرعت اجرای آنها را به میزان چشمگیری افزایش دهند. شما میتوانید پرسشهای خود را پیرامون عملکرد داکر با آراد آرپانت به اشتراک بگذارید.
سوالات متداول
در ادامه به بررسی سوالات متداول شما درباره داکر چیست میپردازیم.
مفهوم داکر چیست؟
داکر یک پلتفرم متنباز است که به توسعهدهندگان اجازه میدهد برنامههای خود را در واحدهای مجزا و قابل حمل به نام کانتینر بستهبندی کنند.
داکر چگونه کار میکند؟
داکر از یک معماری کلاینت-سرور استفاده میکند. کلاینت داکر با یک دیمون داکر که در پسزمینه اجرا میشود، ارتباط برقرار میکند.
مزایای استفاده از داکر کدام است؟
داکر از چندین پلتفرم پشتیبانی میکند، به این معنی که تصاویر داکر قابلیت اجرا بر روی انواع مختلف سیستمعاملها را دارند. این ویژگی باعث میشود که یک برنامه بتواند به راحتی در محیطهای مختلفی مانند توسعه، تست و تولید اجرا شود.