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Entfesseln Sie die Leistungsfähigkeit von Docker mit diesem umfassenden Leitfaden. Lernen Sie Containerisierung, ihre Vorteile, Kernkonzepte und praktischen Anwendungen kennen.

Docker Containerisierung: Ein umfassender Leitfaden für globale Entwickler

In der heutigen, sich schnell entwickelnden Technologielandschaft ist eine effiziente und konsistente Anwendungsbereitstellung von grösster Bedeutung. Ob Sie Teil eines multinationalen Konzerns oder eines verteilten Startups sind, die reibungslose Ausführung Ihrer Anwendungen in verschiedenen Umgebungen ist eine grosse Herausforderung. Hier kommt die Docker-Containerisierung ins Spiel, die eine standardisierte Möglichkeit bietet, Anwendungen zu packen, zu verteilen und auszuführen. Dieser umfassende Leitfaden befasst sich mit den Kernkonzepten von Docker, seinen Vorteilen für globale Entwicklungsteams und praktischen Schritten für den Einstieg.

Was ist Docker und warum revolutioniert es die Softwareentwicklung?

Im Kern ist Docker eine Open-Source-Plattform, die die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Anwendungen innerhalb von leichten, portablen Einheiten, den sogenannten Containern, automatisiert. Stellen Sie sich einen Container als ein in sich geschlossenes Paket vor, das alles enthält, was eine Anwendung zum Ausführen benötigt: Code, Laufzeit, Systemtools, Systembibliotheken und Einstellungen. Diese Isolation stellt sicher, dass sich eine Anwendung unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur gleich verhält, und löst das alte Problem "Es funktioniert auf meinem Rechner".

Traditionell umfasste die Bereitstellung von Anwendungen komplexe Konfigurationen, Abhängigkeitsmanagement und potenzielle Konflikte zwischen verschiedenen Softwareversionen. Dies war besonders herausfordernd für globale Teams, in denen Entwickler möglicherweise unterschiedliche Betriebssysteme verwenden oder unterschiedliche Entwicklungsumgebungen haben. Docker umgeht diese Probleme elegant, indem es die zugrunde liegende Infrastruktur abstrahiert.

Hauptvorteile von Docker für globale Teams:

Kernkonzepte von Docker erklärt

Um Docker effektiv nutzen zu können, ist es wichtig, seine grundlegenden Komponenten zu verstehen.

1. Docker Image

Ein Docker-Image ist eine schreibgeschützte Vorlage, die zum Erstellen von Docker-Containern verwendet wird. Es ist im Wesentlichen eine Momentaufnahme einer Anwendung und ihrer Umgebung zu einem bestimmten Zeitpunkt. Images werden in Schichten aufgebaut, wobei jede Anweisung in einer Dockerfile (z. B. die Installation eines Pakets, das Kopieren von Dateien) eine neue Schicht erzeugt. Dieser geschichtete Ansatz ermöglicht eine effiziente Speicherung und schnellere Build-Zeiten, da Docker unveränderte Schichten aus früheren Builds wiederverwenden kann.

Images werden in Registrierungen gespeichert, wobei Docker Hub die beliebteste öffentliche Registrierung ist. Sie können sich ein Image als eine Blaupause vorstellen und einen Container als eine Instanz dieser Blaupause.

2. Dockerfile

Eine Dockerfile ist eine einfache Textdatei, die eine Reihe von Anweisungen zum Erstellen eines Docker-Images enthält. Sie gibt das zu verwendende Basis-Image, auszuführende Befehle, zu kopierende Dateien, freizugebende Ports und mehr an. Docker liest die Dockerfile und führt diese Anweisungen sequenziell aus, um das Image zu erstellen.

Eine einfache Dockerfile könnte wie folgt aussehen:

# Use an official Python runtime as a parent image
FROM python:3.9-slim

# Set the working directory in the container
WORKDIR /app

# Copy the current directory contents into the container at /app
COPY . /app

# Install any needed packages specified in requirements.txt
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

# Make port 80 available to the world outside this container
EXPOSE 80

# Run app.py when the container launches
CMD ["python", "app.py"]

Diese Dockerfile definiert ein Image, das:

3. Docker Container

Ein Docker-Container ist eine ausführbare Instanz eines Docker-Images. Wenn Sie ein Docker-Image ausführen, wird ein Container erstellt. Sie können Container starten, stoppen, verschieben und löschen. Mehrere Container können vom selben Image aus ausgeführt werden, wobei jeder isoliert ausgeführt wird.

Zu den wichtigsten Merkmalen von Containern gehören:

4. Docker Registry

Eine Docker-Registry ist ein Repository zum Speichern und Verteilen von Docker-Images. Docker Hub ist die standardmässige öffentliche Registry, in der Sie eine grosse Sammlung vorgefertigter Images für verschiedene Programmiersprachen, Datenbanken und Anwendungen finden können. Sie können auch private Registrierungen für die proprietären Images Ihrer Organisation einrichten.

Wenn Sie einen Befehl wie docker run ubuntu ausführen, prüft Docker zuerst Ihren lokalen Rechner auf das Ubuntu-Image. Wenn es nicht gefunden wird, zieht es das Image aus einer konfigurierten Registry (standardmässig Docker Hub).

5. Docker Engine

Die Docker Engine ist die zugrunde liegende Client-Server-Technologie, die Docker-Container erstellt und ausführt. Sie besteht aus:

Erste Schritte mit Docker: Eine praktische Einführung

Lassen Sie uns einige wichtige Docker-Befehle und einen häufigen Anwendungsfall durchgehen.

Installation

Der erste Schritt ist die Installation von Docker auf Ihrem Rechner. Besuchen Sie die offizielle Docker-Website ([docker.com](https://www.docker.com/)) und laden Sie das entsprechende Installationsprogramm für Ihr Betriebssystem (Windows, macOS oder Linux) herunter. Befolgen Sie die Installationsanweisungen für Ihre Plattform.

Grundlegende Docker-Befehle

Hier sind einige grundlegende Befehle, die Sie regelmässig verwenden werden:

Beispiel: Ausführen eines einfachen Webservers

Lassen Sie uns einen einfachen Python-Webserver mit dem Flask-Framework containerisieren.

1. Projekteinrichtung:

Erstellen Sie ein Verzeichnis für Ihr Projekt. Erstellen Sie in diesem Verzeichnis zwei Dateien:

app.py:

from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def hello_world():
    return 'Hallo von einer Dockerisierten Flask App!'

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True, host='0.0.0.0', port=80)

requirements.txt:

Flask==2.0.0

2. Dockerfile erstellen:

Erstellen Sie im selben Projektverzeichnis eine Datei namens Dockerfile (keine Erweiterung) mit folgendem Inhalt:

FROM python:3.9-slim

WORKDIR /app

COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt

COPY . .

EXPOSE 80

CMD ["python", "app.py"]

3. Docker-Image erstellen:

Öffnen Sie Ihr Terminal, navigieren Sie zum Projektverzeichnis und führen Sie Folgendes aus:

docker build -t my-flask-app:latest .

Dieser Befehl weist Docker an, ein Image mit der Dockerfile im aktuellen Verzeichnis zu erstellen und es als my-flask-app:latest zu taggen.

4. Docker-Container ausführen:

Führen Sie nun den Container aus dem gerade erstellten Image aus:

docker run -d -p 5000:80 my-flask-app:latest

Erläuterung der Flags:

5. Anwendung testen:

Öffnen Sie Ihren Webbrowser und navigieren Sie zu http://localhost:5000. Sie sollten die Meldung sehen: "Hallo von einer Dockerisierten Flask App!".

Um den laufenden Container anzuzeigen, verwenden Sie docker ps. Um ihn zu stoppen, verwenden Sie docker stop <container_id> (ersetzen Sie <container_id> durch die von docker ps angezeigte ID).

Erweiterte Docker-Konzepte für die globale Bereitstellung

Wenn Ihre Projekte wachsen und Ihre Teams verteilter werden, sollten Sie erweiterte Docker-Funktionen erkunden.

Docker Compose

Für Anwendungen, die aus mehreren Diensten bestehen (z. B. ein Web-Frontend, eine Backend-API und eine Datenbank), kann die Verwaltung einzelner Container umständlich werden. Docker Compose ist ein Tool zum Definieren und Ausführen von Docker-Anwendungen mit mehreren Containern. Sie definieren die Dienste, Netzwerke und Volumes Ihrer Anwendung in einer YAML-Datei (docker-compose.yml) und können mit einem einzigen Befehl alle Ihre Dienste erstellen und starten.

Eine Beispiel-docker-compose.yml für eine einfache Web-App mit einem Redis-Cache könnte wie folgt aussehen:

version: '3.8'
services:
  web:
    build: .
    ports:
      - "5000:80"
    volumes:
      - .:/app
    depends_on:
      - redis
  redis:
    image: "redis:alpine"

Mit dieser Datei können Sie beide Dienste mit docker-compose up starten.

Volumes für persistente Daten

Wie bereits erwähnt, sind Container kurzlebig. Wenn Sie eine Datenbank betreiben, sollten Sie die Daten über den Lebenszyklus des Containers hinaus persistent speichern. Docker-Volumes sind der bevorzugte Mechanismus zum persistenten Speichern von Daten, die von Docker-Containern generiert und verwendet werden. Volumes werden von Docker verwaltet und ausserhalb der beschreibbaren Schicht des Containers gespeichert.

So hängen Sie ein Volume beim Ausführen eines Containers an:

docker run -v my-data-volume:/var/lib/mysql mysql:latest

Dieser Befehl erstellt ein Volume namens my-data-volume und hängt es an /var/lib/mysql innerhalb des MySQL-Containers an, um sicherzustellen, dass Ihre Datenbankdaten erhalten bleiben.

Docker-Netzwerke

Standardmässig erhält jeder Docker-Container seinen eigenen Netzwerk-Namespace. Um die Kommunikation zwischen Containern zu ermöglichen, müssen Sie ein Netzwerk erstellen und Ihre Container daran anhängen. Docker bietet verschiedene Netzwerktreiber, wobei das bridge-Netzwerk am häufigsten für Einzelhost-Bereitstellungen verwendet wird.

Wenn Sie Docker Compose verwenden, wird automatisch ein Standardnetzwerk für Ihre Dienste erstellt, sodass diese über ihre Dienstnamen kommunizieren können.

Docker Hub und private Registrierungen

Die Nutzung von Docker Hub ist entscheidend für die gemeinsame Nutzung von Images innerhalb Ihres Teams oder mit der Öffentlichkeit. Für proprietäre Anwendungen ist die Einrichtung einer privaten Registry für Sicherheit und kontrollierten Zugriff unerlässlich. Cloud-Anbieter wie Amazon Elastic Container Registry (ECR), Google Container Registry (GCR) und Azure Container Registry (ACR) bieten verwaltete private Registry-Dienste an.

Sicherheitsbest Practices

Obwohl Docker eine Isolation bietet, ist Sicherheit ein ständiges Problem, insbesondere in einem globalen Kontext:

Docker in einem globalen Kontext: Microservices und CI/CD

Docker ist zu einem Eckpfeiler der modernen Softwarearchitektur geworden, insbesondere für Microservices und Continuous Integration/Continuous Deployment (CI/CD)-Pipelines.

Microservices-Architektur

Microservices zerlegen eine grosse Anwendung in kleinere, unabhängige Dienste, die über ein Netzwerk kommunizieren. Jeder Microservice kann unabhängig entwickelt, bereitgestellt und skaliert werden. Docker ist ideal für diese Architektur:

CI/CD-Pipelines

CI/CD automatisiert den Softwarebereitstellungsprozess und ermöglicht häufige und zuverlässige Anwendungsaktualisierungen. Docker spielt eine wichtige Rolle in CI/CD:

Überlegungen zur Internationalisierung und Lokalisierung

Für globale Anwendungen kann Docker auch Aspekte der Internationalisierung (i18n) und Lokalisierung (l10n) vereinfachen:

Orchestrierung von Containern: Die Rolle von Kubernetes

Während Docker hervorragend zum Packen und Ausführen einzelner Container geeignet ist, erfordert die Verwaltung einer grossen Anzahl von Containern auf mehreren Rechnern eine Orchestrierung. Hier glänzen Tools wie Kubernetes. Kubernetes ist ein Open-Source-System zur Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen. Es bietet Funktionen wie Lastausgleich, Selbstheilung, Dienstfindung und Rolling Updates, was es für die Verwaltung komplexer, verteilter Systeme unverzichtbar macht.

Viele Organisationen verwenden Docker, um ihre Anwendungen zu erstellen und zu verpacken, und verwenden dann Kubernetes, um diese Docker-Container in Produktionsumgebungen bereitzustellen, zu skalieren und zu verwalten.

Fazit

Docker hat die Art und Weise, wie wir Anwendungen erstellen, ausliefern und ausführen, grundlegend verändert. Für globale Entwicklungsteams ist seine Fähigkeit, Konsistenz, Portabilität und Effizienz über verschiedene Umgebungen hinweg zu gewährleisten, von unschätzbarem Wert. Durch die Nutzung von Docker und seinen Kernkonzepten können Sie Ihre Entwicklungsabläufe optimieren, Bereitstellungsreibung reduzieren und zuverlässige Anwendungen für Benutzer weltweit bereitstellen.

Beginnen Sie mit dem Experimentieren mit einfachen Anwendungen und erkunden Sie schrittweise erweiterte Funktionen wie Docker Compose und die Integration in CI/CD-Pipelines. Die Containerisierungsrevolution ist da und das Verständnis von Docker ist eine wichtige Fähigkeit für jeden modernen Entwickler oder DevOps-Profi, der im globalen Technologiebereich erfolgreich sein will.