Docker и Kubernetes: революция в разработке и деплое приложений

Для кого эта статья:

• Разработчики и программисты, желающие изучить современные технологии контейнеризации.
• Системные администраторы и DevOps-инженеры, стремящиеся улучшить свои навыки в Docker и Kubernetes.

• Студенты и начинающие специалисты, ищущие возможности для обучения и повышения своей квалификации в IT.

  Представьте, что вы можете запустить любое приложение в любом окружении за считанные секунды без мучительной настройки зависимостей. Контейнеризация сделала этот технологический скачок реальностью. Docker и Kubernetes стали золотым стандартом для современной разработки и развертывания приложений, заменив традиционные виртуальные машины и трансформировав DevOps-процессы. Их освоение — это не просто дополнительный навык, а необходимость для каждого разработчика и системного администратора в 2023 году. 🚀

Хотите стать востребованным разработчиком и освоить технологии, которые изменили правила игры в IT? Обучение веб-разработке от Skypro включает блок по DevOps с глубоким погружением в Docker и Kubernetes. Вы не просто получите теорию, а будете создавать реальные проекты с использованием контейнеризации, что сразу выделит вас на рынке труда. Наши студенты устраиваются на позиции с зарплатой от 150 000 рублей после прохождения курса!

Основы контейнеризации: что такое Docker и Kubernetes

Контейнеризация — это метод виртуализации на уровне операционной системы, позволяющий упаковывать приложение со всеми его зависимостями в изолированный контейнер. В отличие от виртуальных машин, контейнеры используют ядро хост-системы, что делает их намного легче и быстрее. 📦

Docker — это платформа с открытым исходным кодом, которая автоматизирует развертывание приложений внутри контейнеров. Он предоставляет все необходимое для создания, доставки и запуска приложений, изолированных от инфраструктуры.

Kubernetes (K8s) — это система оркестрации контейнеров, которая автоматизирует развертывание, масштабирование и управление контейнеризированными приложениями. Если Docker отвечает за создание и запуск отдельных контейнеров, то Kubernetes управляет множеством контейнеров в продакшн-среде.

Ключевое преимущество контейнеризации заключается в принципе "создано однажды — запускается везде". Это решает классическую проблему "работает на моей машине", с которой сталкивается практически каждый разработчик.

Алексей Петров, DevOps-инженер
Три года назад наша команда потратила две недели на выяснение причины падения приложения в продакшне, которое прекрасно работало на тестовом сервере. Оказалось, версия библиотеки на серверах отличалась всего одной цифрой в патче. После этого инцидента мы полностью перешли на Docker. Теперь наши разработчики, тестировщики и продакшн-среда используют абсолютно идентичные контейнеры. Количество проблем с развертыванием сократилось на 78%, а время выхода новых фич уменьшилось в среднем на 40%. Контейнеризация буквально изменила нашу жизнь — разработчики больше не тратят дни на отладку окружения и могут сосредоточиться на создании кода.

Контейнеры Docker для начинающих: архитектура и принципы

Docker использует клиент-серверную архитектуру, состоящую из трех основных компонентов:

• Docker-клиент — интерфейс командной строки для взаимодействия с Docker Engine
• Docker-демон (Docker Engine) — сервис, отвечающий за создание и управление Docker-объектами
• Docker-реестр — хранилище Docker-образов (Docker Hub — публичный реестр)

Ключевые понятия, которые необходимо освоить при работе с Docker:

• Образ (Image) — неизменяемый шаблон с набором инструкций для создания контейнера
• Контейнер — запущенный экземпляр образа с выделенным дисковым пространством и сетевыми настройками
• Dockerfile — текстовый файл с инструкциями для автоматического создания Docker-образа
• Volume — механизм для сохранения данных, генерируемых контейнером
• Docker Compose — инструмент для определения и запуска многоконтейнерных приложений

Docker-образы построены на принципе слоев, где каждый слой представляет собой набор изменений в файловой системе. Слои складываются вместе, образуя финальную файловую систему контейнера. Такой подход обеспечивает эффективное использование дискового пространства и быструю передачу образов по сети. 🔄

Создание Docker-образа начинается с базового образа (например, Ubuntu, Alpine) и послойно добавляет необходимые компоненты и конфигурации. Каждая инструкция в Dockerfile создает новый слой, который кэшируется для повторного использования при последующих сборках.

Жизненный цикл контейнера Docker включает следующие состояния:

1. Создание (create): контейнер создан, но не запущен
2. Запуск (start/run): контейнер активен и выполняет свои процессы
3. Пауза (pause): временная приостановка всех процессов внутри контейнера
4. Остановка (stop): корректное завершение работы контейнера
5. Рестарт (restart): перезапуск контейнера
6. Удаление (rm): полное удаление контейнера

От локального запуска к оркестрации в Kubernetes

По мере масштабирования приложения от одного контейнера до десятков или сотен возникает необходимость в системе управления контейнерами. Здесь на сцену выходит Kubernetes, предлагая комплексное решение для оркестрации контейнеров. 🎯

Переход от локального запуска Docker к оркестрации Kubernetes включает несколько этапов:

1. Локальная разработка с Docker — создание и тестирование приложения в контейнере
2. Многоконтейнерная композиция — использование Docker Compose для связывания нескольких сервисов
3. Контейнерный реестр — публикация образов в Docker Registry или другом хранилище
4. Первичная оркестрация — базовое развертывание в Kubernetes с использованием манифестов
5. Полноценная оркестрация — настройка автомасштабирования, обнаружения сервисов, балансировки нагрузки

Мария Соколова, Технический руководитель проектов
Когда наш стартап начал стремительно расти, мы столкнулись с классической проблемой масштабирования. С 3000 до 50000 пользователей за месяц — и наша монолитная архитектура начала разваливаться на глазах. Мы разделили приложение на микросервисы и упаковали их в Docker-контейнеры. Всё работало отлично, пока количество контейнеров не достигло 30. Управлять ими вручную стало кошмаром — постоянные падения, проблемы с сетью, неэффективное использование ресурсов. Переход на Kubernetes решил эти проблемы буквально за неделю. Автоматическое восстановление после сбоев спасло не только наш продукт, но и психическое здоровье команды. Когда один из микросервисов начал получать в 10 раз больше трафика, Kubernetes автоматически масштабировал его до нужного количества реплик. Без оркестрации мы бы, вероятно, не пережили этот скачок роста.

Ключевые отличия между Docker и Kubernetes заключаются в их предназначении и возможностях:

Важно понимать, что Docker и Kubernetes не конкурируют, а дополняют друг друга. Docker создает контейнеры, которыми Kubernetes затем управляет в масштабе.

Практические шаги к созданию первого контейнера Docker

Создание вашего первого Docker-контейнера — это увлекательный процесс, который начинается с установки Docker на вашу систему. Далее, я проведу вас через ключевые этапы запуска контейнера. 🛠️

Шаг 1: Установка Docker

Для Linux (Ubuntu):

• sudo apt-get update
• sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io
• sudo systemctl start docker

Для Windows и macOS достаточно установить Docker Desktop с официального сайта.

Шаг 2: Проверка установки

Выполните команду docker --version для проверки версии Docker и docker run hello-world для подтверждения работоспособности.

Шаг 3: Создание простого веб-приложения

Создайте файл app.py с содержимым:

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def hello_world():
    return 'Привет, Docker!'

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

И файл requirements.txt:

flask==2.0.1

Шаг 4: Создание Dockerfile

Создайте файл с именем Dockerfile (без расширения):

FROM python:3.9-slim

WORKDIR /app

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

COPY . .

EXPOSE 5000

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

Шаг 5: Сборка Docker-образа

Выполните команду: docker build -t my-first-app .

Эта команда создаст образ с тегом my-first-app, используя Dockerfile в текущей директории.

Шаг 6: Запуск контейнера

docker run -p 5000:5000 my-first-app

Параметр -p 5000:5000 указывает на проброс порта 5000 из контейнера на порт 5000 хост-машины.

Шаг 7: Проверка работоспособности

Откройте браузер и перейдите по адресу http://localhost:5000. Вы должны увидеть сообщение "Привет, Docker!".

Дополнительные полезные команды Docker:

• docker ps — просмотр запущенных контейнеров
• docker images — просмотр доступных образов
• docker stop [container_id] — остановка контейнера
• docker rm [container_id] — удаление контейнера
• docker rmi [image_id] — удаление образа
• docker logs [container_id] — просмотр логов контейнера
• docker exec -it [container_id] bash — подключение к запущенному контейнеру

Этот пример демонстрирует создание и запуск простого веб-приложения в Docker-контейнере. По мере приобретения опыта вы сможете создавать более сложные многоконтейнерные приложения с использованием Docker Compose.

Kubernetes в действии: базовые компоненты и команды

После освоения Docker, следующий логичный шаг — изучение Kubernetes для оркестрации контейнеров в продакшн-среде. Kubernetes организован в виде кластера, состоящего из узлов (nodes). 🔄

Основные компоненты архитектуры Kubernetes:

• Master Node (Control Plane) — "мозговой центр" Kubernetes, включающий: – API Server — точка входа для управления кластером – Scheduler — распределяет рабочие нагрузки по узлам – Controller Manager — следит за состоянием кластера – etcd — распределенное хранилище данных для конфигурации кластера
• Worker Nodes — узлы, на которых запускаются приложения, содержат: – Kubelet — агент, обеспечивающий работу контейнеров – Kube-proxy — сетевой прокси, реализующий сетевую модель Kubernetes – Container Runtime — среда выполнения контейнеров (Docker, containerd)

Базовые объекты Kubernetes:

• Pod — минимальная единица развертывания, включающая один или несколько контейнеров
• Deployment — управляет репликами подов, обеспечивает декларативные обновления
• Service — абстракция для доступа к группе подов, обеспечивает балансировку нагрузки
• ConfigMap — хранилище непривилегированной конфигурации в формате ключ-значение
• Secret — объект для хранения чувствительной информации (пароли, токены)
• Namespace — виртуальный кластер для логического разделения ресурсов

Практический пример: развертывание веб-приложения в Kubernetes

Для начала создадим манифест Deployment в файле deployment.yaml:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      – name: my-app
        image: my-first-app:latest
        ports:
        – containerPort: 5000

Затем создадим Service в файле service.yaml:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-app-service
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: my-app
  ports:
  – port: 80
    targetPort: 5000

Основные команды kubectl для управления Kubernetes:

1. Создание ресурсов: – kubectl apply -f deployment.yaml — создать или обновить ресурс из файла – kubectl apply -f service.yaml — аналогично для сервиса
2. Просмотр ресурсов: – kubectl get pods — список всех подов – kubectl get services — список всех сервисов – kubectl get deployments — список всех развертываний – kubectl get nodes — список всех узлов кластера
3. Подробная информация: – kubectl describe pod [pod_name] — подробная информация о поде – kubectl logs [pod_name] — логи пода
4. Управление: – kubectl scale deployment/my-app-deployment --replicas=5 — изменение количества реплик – kubectl delete -f deployment.yaml — удаление ресурса – kubectl exec -it [pod_name] -- /bin/bash — запуск командной оболочки внутри пода

Для локального тестирования Kubernetes рекомендуется использовать Minikube, k3s или Docker Desktop с включенным Kubernetes. Эти инструменты позволяют запустить одноузловой кластер на локальной машине и освоить базовые концепции Kubernetes без необходимости настраивать полноценный кластер.

Освоение Docker и Kubernetes открывает новую главу в вашей карьере разработчика или DevOps-инженера. Контейнеризация стала стандартом индустрии не просто так — она решает фундаментальные проблемы поставки программного обеспечения и обеспечивает беспрецедентную гибкость в развертывании. Начните с простых контейнеров, постепенно переходя к оркестрации, и вы обнаружите, что сложность управления инфраструктурой значительно снижается, а скорость разработки и внедрения инноваций возрастает.

Читайте также

• Защита CI/CD конвейеров: безопасность без потери скорости
• Kubernetes: эффективное управление приложениями в контейнерах
• Лучшие языки программирования для искусственного интеллекта
• Documentation as Code: превращаем документацию в актив DevOps
• Топ-10 ресурсов для поиска работы DevOps-инженера: где искать
• Мониторинг сайта: как предотвратить проблемы до жалоб клиентов
• Adobe Animate: создание первой анимации за 5 простых шагов
• ТОП-15 CI/CD инструментов: как выбрать и не ошибиться – гайд
• 15 продвинутых практик Ansible: автоматизация инфраструктуры
• Мониторинг и логирование в DevOps: зачем нужны и как внедрить