¿Qué son los contenedores?

Un contenedor es un paquete ligero que contiene el código de una aplicación y todas las bibliotecas y otras dependencias que el código necesita para ejecutarse. El propósito de los contenedores es permitir a los desarrolladores y administradores de sistemas implementar aplicaciones rápidamente. Los contenedores ayudan a evitar conflictos y otros problemas de dependencia que pueden ser difíciles de depurar.

Es posible que oigas mucho sobre la contenedorización, especialmente en el mundo del desarrollo de aplicaciones y los microservicios. La contenedorización se refiere a los desarrolladores que agrupan aplicaciones en contenedores, lo que facilita a los usuarios su implementación. Los contenedores son fáciles de usar y son especialmente útiles para implementar aplicaciones en la nube, ya que el contenedor no tiene que preocuparse por la configuración de la máquina subyacente.

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¿Cuál es la diferencia entre contenedores y máquinas virtuales (VM)?

En pocas palabras, un contenedor es un paquete que contiene todo lo necesario para ejecutar una aplicación en un entorno determinado. La principal diferencia entre un contenedor y una VM es lo que se incluye en cada paquete.

Un contenedor contiene una aplicación y las bibliotecas de las que depende la aplicación. Se ejecuta sobre un sistema operativo. Por el contrario, una máquina virtual contiene un sistema operativo completo y se ejecuta sobre un hipervisor. Los contenedores son muy ligeros, pero no pueden comunicarse con el hardware subyacente y solo pueden ejecutar aplicaciones compatibles con el sistema operativo subyacente. Las máquinas virtuales tienen mayor acceso al hardware de la máquina host y es posible ejecutar cualquier sistema operativo compatible con ese hardware como una máquina virtual. 

La desventaja de las máquinas virtuales es que requieren más recursos. En lugar de simplemente cargar los archivos binarios necesarios para la aplicación deseada, cargan todo el sistema operativo.

Beneficios de los contenedores

El uso de contenedores ofrece varios beneficios potenciales sobre las VM y la implementación de aplicaciones directamente en el sistema operativo del host. 

• Agilidad: En lugar de tener que compartir instrucciones sobre cómo instalar dependencias y la resolución de conflictos con otras aplicaciones del sistema, los desarrolladores pueden simplemente compartir un contenedor que está configurado para funcionar. Cualquier persona que ejecute un sistema operativo compatible con el hardware adecuado puede descargar y ejecutar ese contenedor y tener una versión funcional de la aplicación.
• Portabilidad: debido a que los contenedores no se preocupan por la configuración del sistema operativo subyacente, pueden ejecutarse en cualquier lugar. Un desarrollador puede probar una aplicación que requiere una configuración de servidor específica sin tener que preocuparse por si las diferencias en su entorno de desarrollo pueden causar problemas.
• Escalabilidad: los contenedores son particularmente útiles para aplicaciones que se desarrollan con una arquitectura de microservicios. Los desarrolladores pueden configurar servicios individuales para que se ejecuten como contenedores, y estos contenedores se pueden implementar y administrar mediante herramientas como Kubernetes. Poner en marcha contenedores adicionales para servicios que tienen una gran demanda y cerrarlos cuando ya no son necesarios es una forma eficiente de escalar aplicaciones web, especialmente en comparación con el simple aprovisionamiento excesivo de hardware para una aplicación monolítica.
• Resiliencia: cuando las aplicaciones se ejecutan en contenedores, se aíslan del resto del sistema operativo. Es posible que los contenedores puedan comunicarse entre sí a través de redes y API, pero se ejecutan en sus propios entornos independientes. Si una aplicación que se ejecuta en un contenedor se bloquea, no debería afectar a otros contenedores. Además, los sistemas de gestión de contenedores se pueden utilizar para apagar y reiniciar los contenedores según sea necesario, manteniendo las aplicaciones funcionando sin problemas.

Tipos de contenedores

Existen muchos tipos de virtualización. Cuando la mayoría de la gente habla de contenedores, se refiere a virtualización de aplicaciones. Con este tipo de virtualización, se engaña a la aplicación dentro del contenedor haciéndole creer que está interactuando directamente con el sistema operativo cuando en realidad se está comunicando con un motor de contenedor o una capa de virtualización.

La virtualización de aplicaciones ofrece una capa de abstracción que permite que las aplicaciones se ejecuten en un sistema operativo para el que no fueron diseñadas. También puede ejecutar aplicaciones con dependencias incompatibles, ya que a cada aplicación se le puede dar acceso a las bibliotecas que necesita sin entrar en conflicto con la otra aplicación.

Además de la virtualización de aplicaciones, los contenedores pueden usar virtualización a nivel de sistema operativo. Algunos ejemplos de virtualización a nivel de sistema operativo son OpenVZ, los contenedores Solaris, los jails chroot y LXC. Los contenedores de Docker también se pueden considerar como un ejemplo de virtualización a nivel de sistema operativo. Con este tipo de virtualización, el kernel permite la existencia de múltiples instancias del espacio de usuario, que están aisladas entre sí. Las cárceles Chroot se utilizan a menudo de esta manera como medida de seguridad. OpenVZ se utiliza a menudo para implementar servidores privados virtuales, lo que esencialmente permite que un servidor Linux se divida en varios servidores más pequeños sin la necesidad de ejecutar máquinas virtuales que conllevan una sobrecarga adicional de recursos y rendimiento.

La virtualización de hardware es más utilizada por las máquinas virtuales. Con la virtualización de hardware, es posible duplicar una máquina física completa. Cada sistema operativo guest cree que está hablando directamente con el hardware subyacente cuando en realidad está hablando con un hipervisor, que puede estar ejecutándose en el propio hardware o en un sistema operativo host. Los hipervisores son responsables de la administración de los recursos y pueden establecer límites sobre la cantidad de memoria/tiempo de procesador al que cada VM tiene acceso en cualquier momento.

Casos de uso de contenedores

Los contenedores son útiles tanto para entornos de desarrollo como de producción. Su naturaleza portátil los hace útiles para el uso de DevOps y CI/CD, mientras que su agilidad y escalabilidad significan que son igualmente útiles en implementaciones de microservicios y en la nube. Algunos ejemplos de casos reales de uso de contenedores son los siguientes. 

Arquitectura de microservicios

El uso de una arquitectura de microservicios permite desarrollar aplicaciones complejas rápidamente y escalarlas de manera efectiva. Muchas grandes aplicaciones web ahora utilizan una arquitectura de microservicios, incluidos algunos de los servicios más populares ofrecidos por Google. Los contenedores forman una parte clave de los microservicios. Cada servicio se ejecuta como un contenedor independiente, gestionado por una herramienta como Kubernetes. Esos contenedores se comunican entre sí a través de las API REST, con una puerta de enlace de API que actúa como intermediaria para facilitar la comunicación.

DevOps y CI/CD

Los contenedores son una parte valiosa de cualquier flujo de trabajo de CI/CD. Cuando los desarrolladores realizan cambios en el código de una aplicación y confirman esos cambios, las herramientas de CI/CD se pueden activar para actualizar las imágenes de contenedor y ejecutar pruebas. Esto puede ofrecer comentarios más rápidos sobre los cambios en el código y garantiza que los resultados sean más confiables que si las pruebas se realizaran en la propia máquina de un revisor, que puede tener un entorno diferente del utilizado por el desarrollador.

Entornos híbridos/multicloud

Muchas organizaciones ahora tienen un entorno multicloud y usan diferentes proveedores de servicios en la nube. Otros utilizan una configuración de nube híbrida, con algunas soluciones en las instalaciones y en la nube. Administrar aplicaciones en estos entornos no siempre es fácil. Los contenedores ofrecen una solución práctica porque contienen todo lo que la aplicación necesita para ejecutarse. En lugar de perder tiempo configurando servidores, instalando bibliotecas y gestionando configuraciones complejas para cada servidor en la nube, el trabajo solo necesita hacerse una vez, y luego el contenedor puede desplegarse en el entorno que sea necesario.

Desarrollo e implementación de aplicaciones

Los contenedores son útiles para desarrollar e implementar aplicaciones. Muchos desarrolladores proporcionan sus aplicaciones como contenedores para facilitar que las personas las prueben e implementen. También ofrecen contenedores para que los desarrolladores los usen en su trabajo. Por ejemplo, el popular proyecto de código abierto Nextcloud sugiere a los desarrolladores que utilicen contenedores Docker para gestionar su entorno de desarrollo.

Herramientas de contenedorización

La contenerización no es un tipo de tecnología nueva, pero se ha vuelto más popular en los últimos años. Software, como LXC, ha estado disponible para Linux desde hace mucho tiempo. Sin embargo, su configuración era compleja y esta barrera de entrada significaba que solo la usaban administradores y desarrolladores de sistemas relativamente experimentados.

Docker revolucionó los contenedores al hacerlos fáciles de ejecutar para casi cualquier persona y al ofrecer herramientas, como Docker Hub, donde las personas podían compartir contenedores para que cualquiera los descargara y ejecutara.

Docker en sí mismo es bastante flexible y potente, pero administrar grandes cantidades de contenedores a través de la línea de comandos no es fácil, y administrar contenedores en varios hosts en la nube es aún más desafiante. Las soluciones de gestión de contenedores, como Kubernetes, pueden ayudar con la gestión de contenedores y la monitorización del estado.

Docker se basa en la Open Container Initiative, y hay otras muchas soluciones de contenedores y de gestión de contenedores disponibles. Por ejemplo, Podman ofrece funciones de gestión de contenedores para Docker y otras soluciones de contenedores compatibles con OCI. 

Desafíos y limitaciones de los contenedores

Aunque los contenedores son potentes y flexibles, existen algunos desafíos y problemas potenciales que se deben considerar antes de implementar soluciones basadas en contenedores.

• Limitaciones de recursos: Si bien los contenedores son más livianos que las máquinas virtuales, aún pueden conllevar cierta sobrecarga en comparación con la ejecución de una aplicación directamente en el host. Supongamos que desea ejecutar una aplicación web que se basa en la pila LAMP en su máquina. Si ya tiene un servidor web y un motor de base de datos en funcionamiento en su máquina, podría implementarlo como un host virtual y se ejecutaría en su servidor existente. Si lo implementa como un contenedor Docker, está ejecutando una copia adicional de Apache, PHP y MySQL/MariaDB. A pequeña escala, esta sobrecarga puede no importar, pero a medida que implemente más y más contenedores, puede hacerse más evidente.
• Acceso al hardware: los contenedores de Docker no pueden acceder al hardware subyacente de la forma en que lo hacen las máquinas virtuales. Es posible que esto no importe si está ejecutando un microservicio simple, pero niega el uso de contenedores para aplicaciones en las que se requiere acceso de nivel inferior.
• Falta de estandarización: hay varios motores de contenedores y no todos cumplen con los estándares de OCI. Esta falta de estandarización puede ser problemática para muchas organizaciones. Si bien es bastante fácil para un equipo de TI elegir un estándar de contenedores y usarlo para todos sus contenedores internos, si trabajan con proveedores externos que han adoptado un estándar diferente, puede dificultar la configuración de soluciones de administración de contenedores.
• Problemas de seguridad: los contenedores no están tan aislados como las máquinas virtuales. Ofrecen cierto aislamiento en comparación con la ejecución directa de una aplicación en el sistema operativo subyacente, pero siguen existiendo algunos riesgos de escalada de privilegios. Es importante que se tome el tiempo necesario para proteger su Docker o los repositorios de otros contenedores, tener cuidado al dar acceso a Docker al sistema de archivos subyacente y asegurarse de no ejecutar nunca contenedores como root. Seguir estas precauciones debería mitigar muchos de los posibles problemas con los contenedores.

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