Was ist Docker? Entpacken dieser beliebten Anwendungsplattform

Sie hören oft Entwickler sagen: „Aber, es funktioniert auf meinem Rechner!“ Es ist so häufig, dass es ein Meme in der Entwicklerwelt ist.

Dies liegt daran, dass mit zunehmender Komplexität des Codes die lokalen Entwicklerumgebungen sich weiter von der Serverumgebungskonfiguration entfernen. Ihre lokalen Maschinen enden mit Bibliotheken und Programmen, die auf den Servern möglicherweise nicht verfügbar sind — was zu Code führt, der auf dem Server unerfüllte Abhängigkeiten hat.

Eine Containerisierungslösung war notwendig, um Umgebungen über Geräte hinweg zu standardisieren, und et voilà, Docker wurde geboren.

Docker hat die Art und Weise verändert, wie Anwendungen gebaut, versendet und ausgeführt werden. Das Wort “Docker” ist gleichbedeutend mit Effizienz, Portabilität und Skalierbarkeit geworden.

In diesem Leitfaden werden wir besser verstehen, was Docker ist, wie es funktioniert und wie es Ihnen in Ihren täglichen Entwicklungsabläufen nutzen könnte.

Lassen Sie uns beginnen, oder?

Was ist Docker?

Im Kern ist Docker eine Open-Source-Plattform, die es Entwicklern ermöglicht, die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Anwendungen mithilfe der Containerisierungstechnologie zu automatisieren. Es bietet eine standardisierte Methode, um Software zusammen mit ihren Abhängigkeiten in einer einzigen Einheit namens Container zu verpacken.

Container sind leichte, eigenständige Umgebungen, die alles enthalten, was eine Anwendung zum Ausführen benötigt: einschließlich des Betriebssystems, des Codes, der Laufzeit, der Systemwerkzeuge, der Bibliotheken und der Einstellungen. Sie bieten eine konsistente und reproduzierbare Möglichkeit, Anwendungen in verschiedenen Umgebungen zu implementieren, von der Entwicklung über das Testen bis zur Produktion.

Containerisierung

Containerization ist eine Technik, die es ermöglicht, Anwendungen in isolierten Containern zu verpacken und auszuführen. Containerization bietet mehrere Vorteile gegenüber traditionellen Bereitstellungsmethoden, wie zum Beispiel:

• Konsistenz: Mit Containern laufen Ihre Anwendungen konsistent in verschiedenen Umgebungen, was Kompatibilitätsprobleme eliminiert und das Risiko von Laufzeitfehlern reduziert.
• Effizienz: Sie sind ressourceneffizienter im Vergleich zu virtuellen Maschinen, da sie den Kernel und die Ressourcen des Hostsystems teilen, was schnellere Startzeiten und geringere Overheads zur Folge hat.
• Skalierbarkeit: Sie können Container leicht replizieren und horizontal skalieren, wodurch Anwendungen erhöhte Arbeitslasten bewältigen können, indem sie diese auf mehrere Container verteilen.
• Portabilität: Die Anwendung kann leicht zwischen Entwicklungs-, Test- und Produktionsumgebungen verschoben werden, ohne dass Modifikationen erforderlich sind.

Die Rolle von Docker bei der Containerisierung

Allerdings war die Containerisierung vor dem Aufkommen von Docker komplex und erforderte tiefgehendes technisches Fachwissen zur effektiven Implementierung. Docker führte ein standardisiertes Format für das Verpacken von Anwendungen und deren Abhängigkeiten in portable Containerbilder ein.

Entwickler können die Laufzeitumgebung der Anwendung, einschließlich des Betriebssystems, der Bibliotheken und der Konfigurationsdateien, mithilfe einer deklarativen Sprache namens Dockerfile einfach definieren. Dieses Dockerfile ist ein Bauplan für die Erstellung von Docker-Images, die unveränderliche Schnappschüsse der Anwendung und ihrer Abhängigkeiten sind.

Sobald ein Docker-Image erstellt wurde, kann es problemlos geteilt und in verschiedenen Umgebungen bereitgestellt werden. Docker bietet ein zentrales Online-Repository namens Docker Hub, wo Entwickler ihre Container-Images speichern und verteilen können, was die Zusammenarbeit und Wiederverwendbarkeit fördert.

Docker hat auch eine Kommandozeilenschnittstelle (CLI) und einen Satz von APIs eingeführt, die den Prozess des Erstellens, Ausführens und Verwaltens von Containern vereinfachen. Entwickler können einfache Befehle verwenden, um Container aus Images zu erstellen, Container zu starten und zu stoppen und mit containerisierten Anwendungen zu interagieren.

Schlüsselkomponenten von Docker

Jetzt untersuchen wir die Schlüsselkomponenten von Docker, um die zugrundeliegende Architektur dieser Containerisierungstechnologie besser zu verstehen.

1. Docker Containers

Wie Sie wahrscheinlich vermutet haben, sind Container das Herzstück von Docker. Mit Docker erstellte Container sind leichtgewichtige, eigenständige und ausführbare Pakete, die alles enthalten, was benötigt wird, um eine Software auszuführen. Container sind voneinander und dem Hostsystem isoliert, um sicherzustellen, dass sie die Operationen der anderen nicht stören.

Betrachten Sie Container als einzelne Wohnungen in einem Hochhaus. Jede Wohnung hat ihren eigenen Raum, ihre eigenen Versorgungseinrichtungen und Ressourcen, aber sie teilen alle die gleiche Gebäudeinfrastruktur.

2. Docker Images

Wenn Container Wohnungen sind, dann sind Docker-Images die Baupläne. Ein Image ist eine schreibgeschützte Vorlage, die einen Satz von Anweisungen zum Erstellen eines Containers enthält. Es umfasst den Anwendungscode, Laufzeitumgebung, Bibliotheken, Umgebungsvariablen und Konfigurationsdateien. Viele vorgefertigte Docker-Images können auf dem Docker Hub gefunden werden, über den wir zuvor gesprochen haben.

Bilder werden mithilfe einer Reihe von Schichten erstellt. Jede Schicht stellt eine Änderung des Bildes dar, wie das Hinzufügen einer Datei oder das Installieren eines Pakets. Wenn Sie ein Bild aktualisieren, müssen nur die geänderten Schichten neu aufgebaut werden, was den Prozess effizient und schnell macht.

3. Dockerfiles

Dockerfiles sind detaillierte Anweisungen zur Erstellung von Docker-Images.

Ein Dockerfile ist eine einfache Textdatei, die eine Reihe von Anweisungen enthält, wie ein Docker-Image erstellt wird. Es gibt das Basis-Image an, mit dem begonnen werden soll, die auszuführenden Befehle, die zu kopierenden Dateien und die zu setzenden Umgebungsvariablen.

Hier ist ein einfaches Dockerfile-Beispiel:

FROM ubuntu:latest
RUN apt update && apt install -y python
COPY app.py /app/
WORKDIR /app
CMD ["python", "app.py"]

In diesem Beispiel beginnen wir mit dem neuesten Ubuntu-Image, installieren Python, kopieren die Datei app.py in das Verzeichnis /app, setzen das Arbeitsverzeichnis auf /app und geben den Befehl an, der beim Start des Containers ausgeführt wird.

Welche Vorteile bietet die Verwendung von Docker?

Docker bietet zahlreiche Vorteile, die es zu einer beliebten Wahl unter Entwicklern und Organisationen machen:

Vereinfachte Anwendungsentwicklung

Entwicklung ist einfach. Indem Anwendungen und ihre Abhängigkeiten in Container verpackt werden, ermöglicht Docker es Entwicklern, unabhängig an verschiedenen Teilen einer Anwendung zu arbeiten. Dies stellt sicher, dass alles reibungslos zusammenläuft. Auch das Testen wird vereinfacht und Probleme können früher im Entwicklungszyklus erkannt werden.

Erhöhte Portabilität

Anwendungen werden portabler. Container können konsistent in verschiedenen Umgebungen ausgeführt werden, egal ob auf dem lokalen Rechner eines Entwicklers, einer Testumgebung oder einem Produktionsserver. Dies beseitigt Kompatibilitätsprobleme und erleichtert die Bereitstellung von Anwendungen auf verschiedenen Plattformen.

Verbesserte Effizienz

Docker verbessert die Effizienz. Container sind leichtgewichtig und starten schnell, was sie effizienter macht als traditionelle virtuelle Maschinen. Das bedeutet, dass Sie mehr aus Ihren Ressourcen herausholen und Anwendungen schneller bereitstellen können.

Bessere Skalierbarkeit

Das Skalieren von Anwendungen ist mit Docker einfacher. Sie können problemlos mehrere Container auf verschiedenen Hosts ausführen, um erhöhten Datenverkehr oder Arbeitslast zu bewältigen. Auf diese Weise ist das Skalieren von Anwendungen viel einfacher.

Vereinfachtes Testen und Bereitstellen

Docker vereinfacht das Testen und die Bereitstellung. Docker-Images können einfach versioniert und nachverfolgt werden, was das Verwalten von Änderungen und das Zurücksetzen bei Bedarf erleichtert. Docker funktioniert auch gut mit Continuous Integration und Delivery (CI/CD)-Pipelines, die den Build- und Bereitstellungsprozess automatisieren.

Was sind einige Anwendungsfälle für Docker?

Docker ist branchenübergreifend weit verbreitet und wird in verschiedenen Anwendungsfällen eingesetzt. Lassen Sie uns einige häufige Szenarien erkunden, in denen Docker besonders effektiv ist.

Microservices-Architektur

Docker ist hervorragend geeignet für das Erstellen und Bereitstellen von Anwendungen, die auf Mikroservices basieren. Mikroservices sind kleine, unabhängig bereitstellbare Dienste, die zusammenarbeiten, um eine größere Anwendung zu bilden. Jeder Mikroservice kann in einen separaten Docker-Container verpackt werden, was eine unabhängige Entwicklung, Bereitstellung und Skalierung ermöglicht.

Zum Beispiel kann eine E-Commerce-Anwendung in Microservices wie einen Produktservicekatalog, einen Einkaufswagenservice, einen Bestellabwicklungsservice und einen Zahlungsservice unterteilt werden. Jeder dieser Dienste kann unabhängig voneinander mit Docker-Containern entwickelt und bereitgestellt werden, was die gesamte Anwendung wesentlich modularer und wartbarer macht.

Kontinuierliche Integration und Auslieferung (CI/CD)

Docker spielt eine wichtige Rolle bei der Ermöglichung von kontinuierlicher Integration und Auslieferung (CI/CD) Praktiken. CI/CD ist ein Softwareentwicklungsansatz, der häufige Integration, automatisierte Tests und kontinuierliche Bereitstellung von Codeänderungen betont.

Mit Docker können Sie eine konsistente und reproduzierbare Umgebung zum Bauen, Testen und Bereitstellen von Anwendungen erstellen. Sie können den gesamten Anwendungsstapel, einschließlich Abhängigkeiten und Konfigurationen, in einer Dockerfile definieren. Diese Dockerfile kann dann versionskontrolliert verwendet und als Teil Ihrer CI/CD-Pipeline eingesetzt werden.

Zum Beispiel können Sie eine Jenkins-Pipeline einrichten, die automatisch ein Docker-Image erstellt, wann immer Codeänderungen in ein Git-Repository gepusht werden. Die Pipeline kann dann automatisierte Tests gegen den Docker-Container durchführen und, wenn die Tests bestehen, den Container in eine Produktionsumgebung deployen.

Lokale Entwicklungsumgebungen

Docker wird auch häufig verwendet, um lokale Entwicklungsumgebungen zu erstellen. Anstatt die Entwicklungsumgebung auf jedem Entwicklerrechner manuell einzurichten und zu konfigurieren, können Sie Docker verwenden, um eine konsistente und isolierte Umgebung bereitzustellen.

Sagen Sie, Sie entwickeln eine Webanwendung, die eine bestimmte Version einer Datenbank und eines Webservers benötigt. Sie können diese Abhängigkeiten in einer Docker Compose-Datei definieren. Entwickler können dann Docker Compose verwenden, um die gesamte Entwicklungs-Umgebung mit einem einzigen Befehl hochzufahren, sodass jeder die gleiche Einrichtung hat.

Die Idee besteht darin, manuelle Einrichtungen und Konfigurationen zu eliminieren, das Risiko von umgebungsspezifischen Problemen zu reduzieren und es Entwicklern zu ermöglichen, sich auf das Schreiben von Code zu konzentrieren, anstatt sich mit Umgebungsinkonsistenzen auseinanderzusetzen.

Modernisierung von Anwendungen

Docker ist ein wertvolles Werkzeug zur Modernisierung von Altanwendungen. Viele Organisationen haben ältere Anwendungen, die aufgrund ihrer monolithischen Architektur und komplexen Abhängigkeiten schwer zu warten und zu implementieren sind.

Mit Docker können Sie Legacy-Anwendungen containerisieren und in kleinere, handhabbarere Komponenten unterteilen. Sie können damit beginnen, die verschiedenen Dienste innerhalb der monolithischen Anwendung zu identifizieren und sie in separate Docker-Container zu verpacken. Auf diese Weise können Sie die Anwendungsarchitektur schrittweise modernisieren, ohne eine komplette Neuschreibung durchführen zu müssen.

Das Containerisieren von Legacy-Anwendungen erleichtert auch das Bereitstellen und Skalieren. Anstatt sich mit komplexen Installationsverfahren und Abhängigkeitskonflikten auseinanderzusetzen, wird die containerisierte Anwendung einfach in jeder Umgebung bereitgestellt, die Docker unterstützt.

Wie man Docker verwendet

Jetzt, da wir die Schlüsselkomponenten kennen, lass uns erkunden, wie Docker funktioniert:

1. Docker installieren

Um Docker zu installieren, besuchen Sie die offizielle Docker-Webseite und laden Sie den passenden Installer für Ihr Betriebssystem herunter. Docker bietet Installer für Windows, macOS und verschiedene Linux-Distributionen an.

Nachdem Sie das Installationsprogramm heruntergeladen haben, folgen Sie den Installationsanweisungen von Docker. Der Installationsprozess ist einfach und sollte nicht viel Zeit in Anspruch nehmen.

2. Erstellen und Verwenden von Docker-Images

Bevor Sie Ihr eigenes Docker-Image erstellen, überlegen Sie, ob ein vorgefertigtes Image bereits Ihren Anforderungen entspricht. Viele gängige Anwendungen und Dienste haben offizielle Images, die auf Docker Hub, GitHub Container Registry oder anderen Containerregistern verfügbar sind. Die Verwendung eines vorgefertigten Images kann Ihnen Zeit und Mühe sparen.

Wenn Sie sich entscheiden, ein benutzerdefiniertes Docker-Image zu erstellen, benötigen Sie eine Dockerfile. Diese Datei definiert die Schritte zum Erstellen des Images gemäß Ihren Anforderungen. So gehen Sie vor:

• Verwendung vorbereiteter Images: Suchen Sie nach einem bestehenden Image auf Docker Hub, GitHub Container Registry oder in einem privaten Repository Ihrer Organisation. Sie können ein Image mit dem Befehl docker pull <image_name>:<tag> ziehen, indem Sie <image_name> und <tag> durch den spezifischen Namen und die Version des gewünschten Images ersetzen.
• Erstellen Ihres eigenen Images: Wenn ein vorgefertigtes Image nicht Ihren Anforderungen entspricht, können Sie Ihr eigenes erstellen. Schreiben Sie zunächst eine Dockerfile basierend auf Ihren Anforderungen. Dann bauen Sie Ihr Image mit dem folgenden Befehl:

docker build -t my-app .

Dieser Befehl weist Docker an, ein Image mit dem Tag my-app zu erstellen, wobei das aktuelle Verzeichnis (.) als Build-Kontext verwendet wird. Es wird dann in Ihrer Docker-Umgebung verfügbar sein, um für die Containererstellung verwendet zu werden.

3. Einen Docker-Container ausführen

Sobald Sie ein Docker-Image haben, können Sie es verwenden, um Container zu erstellen und auszuführen. Um einen Container auszuführen, verwenden Sie den Befehl docker run gefolgt vom Image-Namen und etwaigen zusätzlichen Optionen.

Zum Beispiel, um einen Container basierend auf dem früher erstellten my-app Image zu starten, können Sie den folgenden Befehl verwenden:

docker run -p 8080:80 my-app

Dieser Befehl startet einen Container basierend auf dem my-app Image und ordnet Port 8080 auf dem Hostsystem Port 80 im Container zu.

4. Kommunikation zwischen Containern

Container sind standardmäßig isoliert, aber manchmal ist es notwendig, dass sie miteinander kommunizieren. Docker bietet Netzwerkfähigkeiten, die eine sichere Kommunikation zwischen Containern ermöglichen.

Sie können ein Docker-Netzwerk mit dem Befehl Docker network create erstellen. Anschließend können Sie Container mit diesem Netzwerk verbinden. Container im selben Netzwerk können über ihre Containernamen als Hostnamen miteinander kommunizieren.

Beispielsweise nehmen wir an, Sie haben zwei Container: eine Webanwendung und eine Datenbank. Sie können ein Netzwerk namens my-network erstellen und beide Container damit verbinden:

docker network create my-network
docker run --name web-app --network my-network my-app
docker run --name database --network my-network my-database

Jetzt kann der Web-App-Container mit dem Datenbank-Container über den Hostnamen database kommunizieren.

5. Grundlegende Docker-Befehle

Hier sind einige grundlegende Docker-Befehle, die Sie häufig verwenden werden:

• docker pull: Zieht das angegebene Docker-Image von Docker Hub
• docker run: Startet einen Container basierend auf einem angegebenen Image
• docker build: Erstellt ein Docker-Image aus einer Dockerfile
• docker ps: Listet alle laufenden Container auf
• docker images: Listet alle verfügbaren Docker-Images auf
• docker stop: Stoppt einen laufenden Container
• docker rm: Entfernt einen gestoppten Container
• docker rmi: Entfernt ein Docker-Image

Dies sind nur einige Beispiele für die vielen verfügbaren Docker-Befehle. Beziehen Sie sich auf die Docker-Dokumentation für eine umfassende Liste von Befehlen und deren Verwendung.

6. Docker Hub

Docker Hub ist ein öffentliches Register, das eine große Sammlung von Bildern hostet. Es dient als zentrales Repository, in dem Entwickler Docker-Bilder finden und teilen können.

Sie können den Docker Hub durchsuchen, um vorgefertigte Images für verschiedene Anwendungen, Frameworks und Betriebssysteme zu finden. Diese Images können als Ausgangspunkt für Ihre Anwendungen oder als Referenz für das Erstellen Ihrer Dockerfiles verwendet werden.

Um ein Bild von Docker Hub zu verwenden, verwenden Sie einfach den Befehl docker pull gefolgt vom Namen des Bildes. Zum Beispiel, um das neueste offizielle Python-Bild zu ziehen, können Sie ausführen:

docker pull python:latest

Dieser Befehl lädt das Python-Image von Docker Hub herunter und macht es auf Ihrem lokalen System verfügbar.

7. Docker Compose meistern: Vereinfachen Sie Ihre Entwicklung

Während Sie weiterhin Docker in Ihren Entwicklungsworkflow integrieren und erkunden, ist es an der Zeit, ein leistungsstarkes Werkzeug im Docker-Ökosystem vorzustellen: Docker Compose. Docker Compose vereinfacht das Management von Multi-Container-Docker-Anwendungen und ermöglicht es Ihnen, Ihren Software-Stack mit einer einfachen YAML-Datei zu definieren und auszuführen.

Was ist Docker Compose?

Docker Compose ist ein Werkzeug, das darauf ausgelegt ist, Entwicklern und Systemadministratoren zu helfen, mehrere Docker-Container als einen einzigen Dienst zu orchestrieren. Anstatt jeden Container manuell zu starten und Netzwerke sowie Volumes über die Befehlszeile einzurichten, ermöglicht es Docker Compose, Ihre gesamte Stapelkonfiguration in einer einzigen, leicht verständlichen Datei namens docker-compose.yml zu definieren.

Wichtige Vorteile von Docker Compose:

• Vereinfachte Konfiguration: Definieren Sie Ihre Docker-Umgebung in einer YAML-Datei, bei der Sie Dienste, Netzwerke und Volumes auf klare und prägnante Weise festlegen.
• Einfache Handhabung: Mit einem einzigen Befehl können Sie Dienste starten, stoppen und neu aufbauen, was Ihre Entwicklungs- und Bereitstellungsprozesse strafft.
• Konsistenz über Umgebungen hinweg: Docker Compose stellt sicher, dass Ihre Docker-Container und -Dienste in den Umgebungen Entwicklung, Test und Produktion auf die gleiche Weise laufen, was Überraschungen bei Bereitstellungen reduziert.
• Effizienz in der Entwicklung: Konzentrieren Sie sich mehr auf das Erstellen Ihrer Anwendungen, anstatt sich um die zugrundeliegende Infrastruktur zu kümmern. Docker Compose verwaltet die Orchestrierung und Vernetzung Ihrer Container, sodass Sie sich auf das Programmieren konzentrieren können.

Verwendung von Docker Compose:

1. Definieren Sie die Umgebung Ihrer App: Erstellen Sie eine docker-compose.yml Datei im Wurzelverzeichnis Ihres Projekts. In dieser Datei definieren Sie die Dienste, die Ihre Anwendung bilden, sodass sie gemeinsam in einer isolierten Umgebung ausgeführt werden können.
2. Führen Sie Ihre Dienste aus: Mit dem Befehl docker-compose up startet Docker Compose Ihre gesamte App. Wenn es das erste Mal ist, dass Sie den Befehl ausführen oder Ihre Dockerfile geändert wurde, baut Docker Compose automatisch Ihre App, indem es die notwendigen Bilder herunterlädt und Ihre definierten Dienste erstellt.
3. Skalieren und Verwalten: Skalieren Sie Ihre Anwendung einfach, indem Sie mehrere Instanzen eines Dienstes ausführen. Verwenden Sie Docker Compose-Befehle, um den Lebenszyklus Ihrer Anwendung zu verwalten, den Status laufender Dienste anzuzeigen, Protokollausgaben zu streamen und einmalige Befehle an Ihren Diensten auszuführen.

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