Docker چیست

Docker کانتینرها در دنیای فناوری اطلاعات بهویژه در توسعه نرمافزار، یکی از مفاهیم کلیدی و پرکاربرد هستند که به سرعت در حال تبدیل شدن به استاندارد اصلی برای استقرار برنامهها در محیطهای مختلف هستند. اما دقیقاً کانتینرها چه هستند و چرا اینقدر اهمیت دارند؟
کانتینرها چیستند؟
کانتینرها واحدهای سبک و جداگانهای هستند که برنامهها و تمام وابستگیهای مورد نیاز آنها را (مانند کتابخانهها، تنظیمات و دیگر ابزارهای مورد نیاز) در یک بسته قابل حمل نگهداری میکنند. این کانتینرها میتوانند در هر محیطی، از محیطهای توسعه تا سرورها و حتی سیستمهای تولید، به راحتی اجرا شوند.
برخلاف ماشینهای مجازی که به یک سیستمعامل کامل نیاز دارند، کانتینرها بهطور مستقیم بر روی هسته سیستمعامل (kernel) اجرا میشوند و بنابراین به منابع کمتری نیاز دارند و سریعتر هستند.
چرا کانتینرها اهمیت دارند؟
1.پورتابل بودن (قابلیت حمل): یکی از بزرگترین مزایای کانتینرها این است که برنامهها و وابستگیهای آنها را به شکلی بستهبندی شده به یک کانتینر منتقل میکنند، که میتوان آنها را به راحتی در هر محیطی اجرا کرد. این ویژگی باعث میشود که برنامهها از نظر محیطی مستقل باشند و در محیطهای مختلف (مثل توسعه، آزمایش، و تولید) بدون مشکل اجرا شوند.
2.کاهش پیچیدگی: کانتینرها مشکلات مربوط به تفاوتهای محیطی را از بین میبرند. بهطور مثال، ممکن است یک برنامه در سیستمهای مختلف بهخاطر تفاوت در نسخههای کتابخانهها یا تنظیمات محیطی بهدرستی اجرا نشود، اما با استفاده از کانتینرها، همه این موارد در یک محیط ایزوله و استاندارد شده قرار میگیرند.
3.کارایی و سرعت: کانتینرها به دلیل استفاده بهینه از منابع، نسبت به ماشینهای مجازی سبکتر هستند و زمان شروع (boot time) آنها بسیار سریعتر است. این امر برای محیطهای توسعه و تولید که نیاز به مقیاسپذیری و زمان پاسخدهی سریع دارند، بسیار مهم است.
4.مقیاسپذیری بهتر: کانتینرها بهراحتی میتوانند مقیاسپذیر شوند. شما میتوانید بهراحتی تعداد زیادی کانتینر را بر اساس نیاز خود ایجاد و مدیریت کنید، که این امر در محیطهای ابری و سیستمهای توزیعشده بسیار مفید است.
نحوه عملکرد Docker در لینوکس: مروری بر مفاهیم پایهای و نحوه کارکرد
Docker یکی از محبوبترین ابزارهای کانتینری سازی در دنیای نرمافزار است که به توسعهدهندگان این امکان را میدهد که برنامهها را در محیطهای ایزوله بهصورت کانتینرهای سبک و مستقل از سیستم عامل اجرا کنند. در این مقاله، به مفاهیم پایهای Docker و نحوه عملکرد آن در لینوکس میپردازیم.
۱. مفهوم کانتینر در Docker
در ابتدا باید بدانیم که کانتینرها در واقع نسخههای مجازی و ایزوله شدهای از برنامهها هستند که شامل تمام وابستگیها و کتابخانههایی میباشند که برای اجرای برنامه نیاز است. برخلاف ماشینهای مجازی، کانتینرها نیازی به سیستم عامل کامل ندارند، بلکه از هسته سیستمعامل (kernel) میزبان استفاده میکنند.
Docker بهطور خاص از کانتینرها برای اجرای برنامهها استفاده میکند. این ابزار بهراحتی به شما اجازه میدهد که برنامهها را در این کانتینرها بستهبندی کنید و آنها را در هر جایی اجرا نمایید.
۲. نحوه عملکرد Docker
Docker از مجموعهای از فناوریها برای ایجاد و اجرای کانتینرها بهره میبرد. برخی از مفاهیم پایهای در نحوه عملکرد Docker عبارتند از:
Docker Engine: این بخش از Docker مسئول ایجاد و مدیریت کانتینرها است. Docker Engine در واقع یک نرمافزار است که روی سیستمعامل نصب میشود و قادر است کانتینرها را اجرا، متوقف و مدیریت کند.
Docker Images: اینها فایلهای ثابت و قابل حمل هستند که شامل تمام برنامه، کد، کتابخانهها و وابستگیهای مورد نیاز برای اجرای برنامه در یک کانتینر میباشند. به عبارت دیگر، Image پایه و مبنای کانتینرهاست و میتوان آن را بهعنوان الگوی کانتینر در نظر گرفت.
Docker Containers: اینها نمونههای اجرایی Docker Images هستند. زمانی که یک Docker Image اجرا میشود، یک کانتینر از آن ساخته میشود. کانتینرها در محیط ایزوله و محدود اجرا میشوند، بهطوریکه هیچ تداخلی با سایر کانتینرها یا سیستم میزبان نخواهند داشت.
Docker Daemon: این فرآیند در پسزمینه اجرا میشود و مسئول ایجاد، مدیریت و نظارت بر کانتینرها است. Daemon به درخواستهای دریافتی از طریق API پاسخ میدهد و کارهای مختلف مانند راهاندازی و توقف کانتینرها را انجام میدهد.
۳. نحوه کارکرد Docker در لینوکس
Docker بهطور خاص از ویژگیهای هسته لینوکس مانند cgroups و namespaces برای ایزولهسازی کانتینرها استفاده میکند:
Namespaces: اینها به هر کانتینر اجازه میدهند که یک فضای مستقل از سایر فرآیندها و منابع سیستمعامل داشته باشد. بهطور مثال، با استفاده از namespaces میتوان یک سیستم فایل مجازی، شبکه و پردازشهای جداگانه برای هر کانتینر فراهم کرد.
Cgroups: این فناوری به Docker این امکان را میدهد که منابع سیستم (مانند CPU، حافظه و I/O) را بین کانتینرها مدیریت کند و محدودیتهایی برای مصرف منابع تعیین کند.
۴. چرخه کارکرد Docker
فرآیند کلی اجرای برنامهها با Docker به شرح زیر است:
ساخت Docker Image: ابتدا باید یک Docker Image بسازید که شامل کد و وابستگیهای برنامه باشد. این کار از طریق فایلهایی به نام Dockerfile انجام میشود که نحوه ساخت Image را تعریف میکند.
اجرای کانتینر از روی Image: پس از ساخت Image، میتوانید آن را اجرا کنید. هر بار که یک Image اجرا میشود، یک کانتینر جدید ایجاد میشود که همانند یک سیستم جداگانه است.
مدیریت کانتینرها: شما میتوانید کانتینرها را شروع، توقف، و نظارت کنید. همچنین میتوانید از Docker CLI یا Docker Compose برای مدیریت کانتینرها استفاده کنید.
۵. مزایای استفاده از Docker
سبک بودن و کارایی بالا: کانتینرها بهدلیل استفاده از هسته سیستمعامل، منابع کمتری نسبت به ماشینهای مجازی مصرف میکنند.
پورتابل بودن: کانتینرها را میتوان از یک سیستم به سیستم دیگر منتقل کرد، زیرا همه وابستگیها در خود کانتینر بستهبندی شدهاند
.یکپارچگی محیطهای توسعه و تولید: با Docker، برنامهها در هر محیطی (توسعه، تست، تولید) به همان شکل اجرا میشوند، زیرا کانتینرها همهچیز را همراه خود دارند.

مزایای استفاده از کانتینرها: کارایی، قابلیت حمل و نقل، مقیاسپذیری
کانتینرها در دنیای توسعه نرمافزار بهویژه در محیطهای ابری و سیستمهای توزیعشده، انقلابی ایجاد کردهاند. آنها نهتنها بهطور قابل توجهی فرآیند توسعه و استقرار را سادهتر کردهاند، بلکه مزایای زیادی در کارایی، قابلیت حمل و نقل و مقیاسپذیری ارائه میدهند. در این مقاله، به مزایای اصلی استفاده از کانتینرها میپردازیم.
۱. کارایی بالا
کانتینرها بهدلیل ویژگیهایی مانند اشتراک منابع با سیستمعامل میزبان، از لحاظ کارایی نسبت به ماشینهای مجازی بسیار بهینهتر هستند. در ماشینهای مجازی، هر ماشین نیاز به یک سیستمعامل کامل دارد که منابع زیادی از جمله حافظه و پردازنده را مصرف میکند. اما در کانتینرها، تمام برنامهها و وابستگیهای مورد نیاز تنها به یک هسته سیستمعامل نیاز دارند و این امر باعث میشود که منابع بهطور کارآمدتری استفاده شوند. این ویژگی باعث کاهش زمان راهاندازی، مصرف کمتر منابع و افزایش سرعت اجرا میشود.
۲. قابلیت حمل و نقل (Portability)
یکی از بزرگترین مزایای کانتینرها، قابلیت حمل و نقل آنها است. کانتینرها تمامی وابستگیها و تنظیمات لازم برای اجرای یک برنامه را در یک بسته مستقل نگهداری میکنند. به همین دلیل، میتوانید کانتینرها را از یک سیستم به سیستم دیگر انتقال دهید و برنامهها را بدون تغییرات خاصی در هر محیطی اجرا کنید. این ویژگی بهویژه در محیطهای توسعه، تست و تولید که نیاز به محیطهای مشابه دارند، بسیار مفید است. برای مثال، یک توسعهدهنده میتواند برنامهاش را در سیستم خود داخل یک کانتینر توسعه دهد و سپس آن را به سرور تولید منتقل کند، بدون اینکه نگران تفاوتهای محیطی باشد.
۳. مقیاسپذیری (Scalability)
کانتینرها بهراحتی قابل مقیاسپذیری هستند، به این معنی که میتوانید بهطور سریع تعداد زیادی کانتینر را برای پشتیبانی از بار کاری بیشتر ایجاد کنید. سیستمهای کانتینری مانند Docker و Kubernetes این امکان را فراهم میکنند که بهصورت خودکار تعداد کانتینرها را بر اساس نیاز افزایش یا کاهش دهید. این ویژگی بهویژه برای برنامههای مبتنی بر میکروسرویسها بسیار مهم است، زیرا این برنامهها میتوانند بهطور دینامیک بر اساس حجم ترافیک مقیاس شوند. در این حالت، میتوان تنها با چند دستور ساده تعداد زیادی از کانتینرهای یک سرویس خاص را راهاندازی کرد.
۴. انعطافپذیری بیشتر
کانتینرها این امکان را فراهم میکنند که برنامهها و سرویسها را بهطور مستقل از یکدیگر اجرا و مدیریت کنید. این استقلال به توسعهدهندگان و مدیران سیستم این اجازه را میدهد که هر سرویس را در یک کانتینر جداگانه با تنظیمات و وابستگیهای خاص خود اجرا کنند. بهطور مثال، در یک برنامه میکروسرویس، هر سرویس میتواند در یک کانتینر جداگانه قرار گیرد و بهراحتی مدیریت شود. این امر به کاهش پیچیدگیها و افزایش انعطافپذیری سیستم کمک میکند.
۵. کاهش هزینهها
به دلیل سبک بودن کانتینرها و استفاده بهینه از منابع سیستم، نیاز به هزینههای سختافزاری برای اجرای برنامهها کاهش مییابد. علاوه بر این، با مقیاسپذیری آسان، شما میتوانید منابع را فقط زمانی که نیاز دارید، مصرف کنید. این ویژگیها باعث کاهش هزینههای زیرساخت و بهبود کارایی سیستمها میشود.
۶. بهبود مدیریت چرخه عمر برنامه
کانتینرها همچنین به سادهسازی فرآیندهای توسعه و استقرار کمک میکنند. از آنجایی که محیطهای مختلف بهطور یکسان برای کانتینرها اجرا میشوند، فرآیند استقرار برنامهها و بهروزرسانیهای آنها سریعتر و دقیقتر انجام میشود. این امر به بهبود کارایی تیمهای توسعه و کاهش خطاها در فرآیندهای استقرار کمک میکند.
ابزارهای محبوب کانتینری: Docker، Podman، Kubernetes
در دنیای توسعه نرمافزار و زیرساختهای ابری، کانتینرها به یکی از اجزای اساسی تبدیل شدهاند. برای مدیریت، ساخت و اورکستراسیون کانتینرها ابزارهای مختلفی وجود دارد که هرکدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند. در این مقاله به بررسی سه ابزار محبوب کانتینری یعنی Docker، Podman و Kubernetes میپردازیم.
۱. Docker
Docker بدون شک محبوبترین ابزار کانتینری است که در طی سالها در دنیای توسعه نرمافزار شهرت زیادی پیدا کرده است. Docker به شما این امکان را میدهد که برنامهها و وابستگیهای آنها را در قالب کانتینرهایی ایزولهشده بستهبندی کنید و در هر محیطی بهراحتی اجرا کنید.
ویژگیها:
ساده و قابل استفاده: Docker دارای دستورات سادهای برای ایجاد، اجرا و مدیریت کانتینرها است.
تصاویر قابل حمل: Docker Images بهراحتی منتقل میشوند و میتوانند در هر سیستم یا محیطی که Docker نصب شده باشد، اجرا شوند.
ابزارهای توسعهدهنده: Docker از ابزارهایی مانند Docker Compose برای تعریف و اجرای چندین کانتینر بهصورت همزمان و آسان پشتیبانی میکند.
کاربردها:
استقرار برنامهها بهصورت ایزوله
آزمایش و توسعه در محیطهای یکسان
بهبود فرآیندهای CI/CD (یکپارچگی مداوم و تحویل مداوم)

۲. Podman
Podman یک ابزار کانتینری است که مشابه Docker عمل میکند اما با ویژگیهای منحصر بهفرد خود. Podman از نظر عملکرد شباهت زیادی به Docker دارد، اما یک تفاوت اساسی دارد: Podman بدون نیاز به دیمون (daemon) اجرا میشود. این ویژگی باعث میشود که Podman بهطور طبیعی ایمنتر باشد و از لحاظ امنیتی مزایایی نسبت به Docker داشته باشد.
ویژگیها:
بدون نیاز به دیمون: برخلاف Docker که برای اجرای کانتینرها به یک دیمون نیاز دارد، Podman بهصورت مستقل عمل میکند و هیچ فرآیند پسزمینهای برای مدیریت کانتینرها لازم نیست.
مدیریت ایمنتر: Podman میتواند بدون نیاز به دسترسی ریشه (root) اجرا شود که موجب افزایش امنیت میشود.
سازگاری با Docker: Podman دستورات مشابه Docker را پشتیبانی میکند، بنابراین مهاجرت از Docker به Podman بسیار ساده است.
کاربردها:
استفاده در محیطهای تولید و ابری که امنیت بیشتر نیاز است.
مدیریت و اجرای کانتینرها بدون نیاز به دیمون دائمی.
اجرای کانتینرها در سیستمهای تککاربره و بدون نیاز به دسترسی ریشه.
۳. Kubernetes

در حالی که Docker و Podman بیشتر برای ایجاد و مدیریت کانتینرها استفاده میشوند، Kubernetes یک پلتفرم اورکستراسیون کانتینر است که برای مدیریت و مقیاسپذیری کانتینرهای مختلف در محیطهای توزیعشده طراحی شده است. Kubernetes بهویژه در محیطهای ابری و تولید برای مدیریت تعداد زیادی کانتینر بهصورت همزمان و خودکار مفید است.
ویژگیها:
مقیاسپذیری: Kubernetes این امکان را میدهد که بهطور خودکار تعداد کانتینرها را بر اساس نیاز بار افزایش یا کاهش دهید.
خودکارسازی استقرار: این ابزار استقرار و مدیریت کانتینرها را بهطور خودکار انجام میدهد، بنابراین شما نیازی به انجام عملیات دستی برای راهاندازی و مدیریت کانتینرها نخواهید داشت.
مدیریت منابع: Kubernetes به شما این امکان را میدهد که منابع سیستم مانند حافظه و پردازنده را بین کانتینرها بهطور هوشمند توزیع کنید.
کاربردها:
مدیریت کانتینرها در محیطهای بزرگ و پیچیده با مقیاسهای بالا
راهاندازی، مدیریت و مقیاسبندی اپلیکیشنها در محیطهای ابری و توزیعشده
استفاده در معماریهای میکروسرویس برای ارتباط بین سرویسهای مختلف و مقیاسپذیری
موارد استفاده واقعی: چرا سازمانها از کانتینرها برای استقرار اپلیکیشنها استفاده میکنند
کانتینرها به سرعت در دنیای فناوری اطلاعات محبوب شدهاند و سازمانها از آنها برای استقرار اپلیکیشنها استفاده میکنند. این تکنولوژی به دلیل مزایای متعدد خود، به ویژه در محیطهای مدرن، باعث تحول در شیوه توسعه، استقرار و مقیاسبندی برنامهها شده است. در این مقاله، به برخی از موارد استفاده واقعی کانتینرها و دلایلی که سازمانها از آنها برای استقرار اپلیکیشنها بهره میبرند، پرداختهایم.
۱. یکپارچگی محیط توسعه، آزمایش و تولید
یکی از چالشهای بزرگ در فرآیند توسعه نرمافزار، تفاوتهای محیطهای مختلف (توسعه، آزمایش، و تولید) است. بهطور معمول، اپلیکیشنها در محیط توسعه به درستی کار میکنند، اما هنگام انتقال به محیط آزمایش یا تولید با مشکلاتی مواجه میشوند. این مشکلات میتوانند به دلیل تفاوتهای سیستمعامل، نسخههای مختلف کتابخانهها یا تنظیمات متفاوت در محیطها باشند.
کانتینرها این مشکل را حل میکنند. چرا که هر کانتینر تمام وابستگیها و تنظیمات لازم برای اجرای اپلیکیشن را در خود دارد. بنابراین، میتوان کانتینر را از محیط توسعه به آزمایش و تولید منتقل کرد بدون اینکه نگرانی در مورد مشکلات محیطی وجود داشته باشد. به این ترتیب، یکپارچگی محیطها حفظ میشود و توسعهدهندگان میتوانند از عملکرد یکسان در هر مرحله مطمئن باشند.
۲. مقیاسپذیری و مدیریت بارهای کاری
کانتینرها به طور ویژه برای محیطهای با مقیاس بزرگ طراحی شدهاند. بهویژه در برنامههای میکروسرویس، جایی که اپلیکیشنها به بخشهای کوچکتر تقسیم میشوند، کانتینرها به راحتی میتوانند هر سرویس را در یک کانتینر جداگانه قرار دهند.
در شرایطی که بار کاری افزایش مییابد، سازمانها میتوانند بهطور خودکار کانتینرهای جدیدی را راهاندازی کنند تا بار بیشتری را تحمل کنند. ابزارهایی مانند Kubernetes برای مقیاسبندی خودکار کانتینرها استفاده میشوند، بهطوریکه بر اساس نیاز منابع، تعداد کانتینرها میتواند بهطور خودکار افزایش یا کاهش یابد. این امر به سازمانها این امکان را میدهد که منابع را بهینهسازی کنند و از هدر رفتن منابع جلوگیری کنند.
۳. سرعت در استقرار و بهروزرسانیها
استقرار و بهروزرسانی برنامهها با استفاده از کانتینرها بسیار سریعتر از روشهای سنتی انجام میشود. بهویژه زمانی که تغییرات زیادی در اپلیکیشنها ایجاد میشود، کانتینرها میتوانند به سرعت راهاندازی شده و یا به روز رسانی شوند. این ویژگی باعث میشود که سازمانها بتوانند بهطور مداوم و بدون قطعی، اپلیکیشنهای خود را بهروزرسانی کنند و ویژگیهای جدیدی به آنها اضافه کنند.
علاوه بر این، ابزارهایی مانند Docker Compose میتوانند به راحتی چندین کانتینر را بهصورت همزمان راهاندازی کرده و پیادهسازیهای پیچیدهتر را سادهتر کنند.
۴. جداسازی و امنیت بیشتر
یکی دیگر از مزایای کانتینرها، جداسازی کامل اپلیکیشنها و سرویسها از یکدیگر است. هر کانتینر بهطور ایزوله از سایر کانتینرها اجرا میشود. این ایزولاسیون به امنیت بیشتر کمک میکند، زیرا مشکلات یا حملات امنیتی در یک کانتینر نمیتوانند بر روی سایر کانتینرها تأثیر بگذارند. همچنین، با استفاده از ابزارهایی مانند Podman که بهطور پیشفرض از کانتینرهای بدون ریشه (rootless) استفاده میکنند، میتوان امنیت بیشتری در سطح سیستمعامل فراهم کرد.
این ایزولاسیون برای برنامههای میکروسرویس بسیار مفید است، چرا که هر سرویس میتواند بهطور جداگانه مدیریت شود و در صورت بروز مشکل، تنها آن سرویس تحت تأثیر قرار میگیرد.
۵. استفاده بهینه از منابع و کاهش هزینهها
کانتینرها منابع کمتری نسبت به ماشینهای مجازی مصرف میکنند. زیرا کانتینرها از هسته سیستمعامل میزبان استفاده میکنند و نیازی به اجرای یک سیستمعامل کامل برای هر برنامه ندارند. این ویژگی به سازمانها این امکان را میدهد که با استفاده از منابع کمتر، تعداد بیشتری اپلیکیشن را اجرا کنند.
در نتیجه، هزینههای مربوط به سختافزار و منابع کاهش مییابد. بهویژه در محیطهای ابری، جایی که پرداخت برای مصرف منابع صورت میگیرد، این بهینهسازی در مصرف منابع باعث کاهش قابل توجه هزینهها میشود.
۶. پشتیبانی از استقرار در محیطهای ابری
کانتینرها به دلیل پورتابل بودن و ایزوله بودن، بهطور خاص برای محیطهای ابری مناسب هستند. سازمانها میتوانند کانتینرها را در سرویسهای مختلف ابری مانند AWS، Google Cloud، یا Azure استقرار دهند و بدون نگرانی از تفاوتهای محیطی، همان اپلیکیشنها را در هر ابری اجرا کنند. همچنین، با استفاده از ابزارهایی مانند Kubernetes، میتوان کانتینرها را بهطور مؤثر در محیطهای ابری مدیریت کرد.
نتیجهگیری کلی
استفاده از کانتینرها در دنیای مدرن فناوری اطلاعات بهطور قابل توجهی روشهای توسعه، استقرار و مدیریت برنامهها را متحول کرده است. ابزارهایی مانند Docker، Podman و Kubernetes، هرکدام مزایای خاص خود را دارند و به سازمانها کمک میکنند تا بهطور مؤثری کانتینرها را مدیریت کنند. مزایای اصلی کانتینرها شامل کارایی بالا، قابلیت حمل و نقل آسان، مقیاسپذیری خودکار، و کاهش هزینهها هستند که موجب شدهاند این تکنولوژی به ابزاری ضروری برای توسعهدهندگان و تیمهای عملیات تبدیل شود.
کانتینرها همچنین به سازمانها این امکان را میدهند که محیطهای توسعه، تست و تولید یکپارچهای داشته باشند و استقرار و بهروزرسانیهای سریع و بدون مشکل را انجام دهند. علاوه بر این، امنیت و ایزولاسیون بالای کانتینرها باعث میشود که هر سرویس بهطور مستقل از دیگر سرویسها اجرا شود و در صورت بروز مشکل، تأثیر کمتری بر سایر بخشهای سیستم بگذارد.
در نهایت، کانتینرها نه تنها به افزایش کارایی و بهینهسازی منابع کمک میکنند، بلکه با پشتیبانی از استقرار در محیطهای ابری و مقیاسپذیری راحت، به سازمانها این امکان را میدهند که بهطور مؤثرتر به تغییرات سریع بازار و نیازهای کاربران پاسخ دهند. بنابراین، استفاده از کانتینرها برای استقرار اپلیکیشنها به یک انتخاب استراتژیک برای هر سازمانی تبدیل شده است که میخواهد بهطور مؤثرتر و مقیاسپذیرتر در دنیای دیجیتال فعالیت کند.