Cosa sono i contenitori?

Un contenitore è un pacchetto leggero che contiene il codice di un'applicazione e tutte le librerie e altre dipendenze necessarie per l'esecuzione del codice. Lo scopo dei contenitori è quello di consentire agli sviluppatori e agli amministratori di sistema di implementare rapidamente le applicazioni. I contenitori consentono di evitare conflitti e altri problemi di dipendenza che possono essere difficili da debuggare.

Potresti sentir parlare molto di contenitoreizzazione, soprattutto nel mondo dello sviluppo di app e dei microservizi. La containerizzazione si riferisce agli sviluppatori che raggruppano le applicazioni in contenitori, semplificando l'implementazione da parte degli utenti. I contenitori sono facili da usare e sono particolarmente utili per l'implementazione di applicazioni nel cloud perché il contenitore non deve preoccuparsi della configurazione del computer sottostante.

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Qual è la differenza tra contenitori e macchine virtuali (VM)?

In poche parole, un contenitore è un pacchetto costituito da tutto il necessario per eseguire un'applicazione in un determinato ambiente. La differenza principale tra un contenitore e una macchina virtuale è ciò che è incluso in ogni pacchetto.

Un contenitore contiene un'applicazione e tutte le librerie da cui dipende l'applicazione. Viene eseguito su un sistema operativo. Al contrario, una macchina virtuale contiene un intero sistema operativo e viene eseguita su un hypervisor. I contenitori sono estremamente leggeri, ma non possono comunicare con l'hardware sottostante e sono in grado di eseguire solo le applicazioni supportate dal sistema operativo sottostante. Le macchine virtuali hanno un maggiore accesso all'hardware della macchina host ed è possibile eseguire qualsiasi sistema operativo supportato da tale hardware come una VM. 

Lo svantaggio delle macchine virtuali è che richiedono più risorse. Invece di caricare semplicemente i file binari necessari per l'applicazione desiderata, caricano l'intero sistema operativo.

Vantaggi dei contenitori

L'utilizzo dei contenitori offre diversi vantaggi potenziali rispetto alle macchine virtuali e l'implementazione delle applicazioni direttamente nel sistema operativo host. 

• Agilità: Invece di dover condividere le istruzioni per l'installazione delle dipendenze e la risoluzione dei conflitti con le altre applicazioni presenti sul sistema, gli sviluppatori possono semplicemente condividere un contenitore configurato per funzionare al meglio. Chiunque esegua un sistema operativo compatibile con hardware adeguato può scaricare ed eseguire quel contenitore e avere una versione funzionante dell'applicazione.
• Portabilità:  poiché i contenitori non si preoccupano della configurazione del sistema operativo sottostante, possono essere eseguiti ovunque. Uno sviluppatore può testare un'applicazione che richiede una configurazione server specifica senza doversi preoccupare se le differenze nell'ambiente di sviluppo potrebbero causare problemi.
• Scalabilità:  i contenitori sono particolarmente utili per le applicazioni sviluppate con un'architettura di microservizi. Gli sviluppatori possono configurare singoli servizi per l'esecuzione come contenitori, che possono essere implementati e gestiti usando strumenti come Kubernetes. L'avvio di contenitore aggiuntivi per i servizi più richiesti e la loro chiusura quando non sono più necessari è un modo efficiente di scalare le applicazioni Web, soprattutto rispetto al semplice over-provisioning di hardware per un'applicazione monolitica.
• Resilienza:  quando le applicazioni sono in esecuzione nei contenitori, vengono isolate dal resto del sistema operativo. I contenitori possono essere in grado di comunicare tra loro tramite rete e API, ma sono in esecuzione in ambienti separati. Se un'applicazione in esecuzione in un contenitore si arresta in modo anomalo, non dovrebbe avere alcun impatto sugli altri contenitori. Inoltre, i sistemi di gestione dei contenitori possono essere utilizzati per arrestare e riavviare i contenitori in base alle esigenze, mantenendo le applicazioni in esecuzione senza intoppi.

Tipi di contenitori

Esistono molti tipi di virtualizzazione. Quando si parla di contenitore, ci si riferisce alla virtualizzazione delle applicazioni. Con questo tipo di virtualizzazione, l'applicazione all'interno del contenitore viene indotta a pensare di interagire direttamente con il sistema operativo, mentre in realtà sta comunicando con un motore di contenitore o un livello di virtualizzazione.

La virtualizzazione delle applicazioni offre un livello di astrazione che ne consente l'esecuzione su un sistema operativo per il quale non sono state progettate. Può anche eseguire applicazioni con dipendenze incompatibili, poiché ogni applicazione può avere accesso alle librerie di cui ha bisogno senza entrare in conflitto con un'altra.

Oltre alla virtualizzazione delle applicazioni, i contenitori possono usare la virtualizzazione a livello di sistema operativo. Esempi di virtualizzazione a livello di sistema operativo sono OpenVZ, Solaris Containers, chroot jails e LXC. I contenitori Docker possono anche essere considerati un esempio di virtualizzazione a livello di sistema operativo. Con questo tipo di virtualizzazione, il kernel permette l'esistenza di più istanze dello spazio utente, che sono isolate l'una dall'altra. Le jail Chroot sono spesso usate in questo modo come misura di sicurezza. OpenVZ viene spesso utilizzato per implementare server privati virtuali, consentendo essenzialmente di suddividere un server Linux in diversi server più piccoli senza la necessità di eseguire macchine virtuali che comportano un sovraccarico aggiuntivo di risorse e prestazioni.

La virtualizzazione dell'hardware è più comunemente utilizzata dalle macchine virtuali. Con la virtualizzazione hardware, è possibile eseguire il mirroring di un'intera macchina fisica. Ogni SO guest pensa di parlare direttamente con l'hardware sottostante quando in realtà sta parlando con un hypervisor, che può essere in esecuzione sull'hardware stesso o in un SO host. Gli hypervisor sono responsabili della gestione delle risorse e possono impostare limiti alla quantità di memoria/tempo del processore a cui ciascuna VM ha accesso in qualsiasi momento.

Casi d'uso dei contenitori

I contenitori sono utili sia per gli ambienti di sviluppo che per quelli di produzione. La loro natura portatile li rende utili per l'uso di DevOps e CI/CD, mentre la loro agilità e scalabilità li rendono ugualmente utili nei microservizi e nelle implementazioni cloud. Di seguito sono riportati alcuni esempi di casi d'uso di contenitore reali. 

Architettura dei microservizi

L'utilizzo di un'architettura di microservizi consente di sviluppare rapidamente applicazioni complesse e di scalarle in modo efficace. Molte applicazioni web di grandi dimensioni ora utilizzano un'architettura a microservizi, inclusi alcuni dei servizi più popolari offerti da Google. I contenitori costituiscono una parte fondamentale dei microservizi. Ogni servizio viene eseguito come contenitore separato, gestito da uno strumento come Kubernetes. Questi contenitori comunicano tra loro tramite API REST, con un gateway API che funge da intermediario per facilitare la comunicazione.

DevOps e CI/CD

I contenitori sono una parte preziosa di qualsiasi flusso di lavoro CI/CD. Quando gli sviluppatori apportano modifiche al codice di un'applicazione ed eseguono il commit di tali modifiche, gli strumenti CI/CD possono essere attivati per aggiornare tutte le immagini del contenitore ed eseguire test. In questo modo è possibile fornire un feedback più rapido sulle modifiche al codice e garantire che i risultati siano più affidabili rispetto a quando i test sono stati eseguiti nel computer di un revisore, che potrebbe avere una configurazione dell'ambiente diversa da quella utilizzata dallo sviluppatore.

Ambienti ibridi/multi-cloud

Molte organizzazioni operano oggi in un ambiente multi-cloud, che utilizza diversi cloud service provider. Altre utilizzano una configurazione cloud ibrida, con soluzioni on-premise e cloud. La gestione delle applicazioni in questi ambienti non è sempre facile. I contenitori offrono una soluzione pratica perché contengono tutto ciò di cui l'applicazione ha bisogno per funzionare. Invece di dedicare tempo alla configurazione dei server, all'installazione delle librerie e alla gestione di configurazioni complesse per ogni server cloud, il lavoro deve essere svolto una sola volta per poi implementare il contenitore in qualsiasi ambiente sia necessario.

Sviluppo e implementazione di applicazioni

I contenitori sono utili per lo sviluppo e l'implementazione di applicazioni. Molti sviluppatori forniscono le loro applicazioni come contenitori per facilitare il test e l'implementazione da parte degli utenti. Offrono anche contenitori che gli sviluppatori possono utilizzare per il loro lavoro. Ad esempio, il popolare progetto open-source Nextcloud suggerisce agli sviluppatori di utilizzare i contenitori Docker per gestire l'ambiente di sviluppo.

Strumenti di contenitoreizzazione

Sebbene la containerizzazione non rappresenti un nuovo tipo di tecnologia, è diventata più popolare negli ultimi anni. Software come LXC sono disponibili per Linux da molto tempo. Tuttavia, era complesso da configurare e questa barriera all'ingresso significava che veniva utilizzato solo da amministratori di sistema e sviluppatori relativamente esperti.

Docker ha rivoluzionato i contenitori rendendoli facili da eseguire per quasi tutti gli utenti e offrendo strumenti, come Docker Hub, in cui le persone potevano condividere contenitori da scaricare ed eseguire.

Docker stesso è abbastanza flessibile e potente, ma la gestione di un gran numero di contenitore tramite la riga di comando non è facile e la gestione dei contenitori su più host cloud è ancora più impegnativa. Le soluzioni di gestione dei contenitori, come Kubernetes, possono essere utili per la gestione dei contenitori e il monitoraggio dell'integrità.

Docker si basa sulla Open Container Initiative, ma sono disponibili molte altre soluzioni per i contenitori e la loro gestione. Ad esempio,  Podman offre funzionalità di gestione dei contenitori per docker e altre soluzioni di contenitore compatibili con OCI. 

Sfide e limiti dei contenitori

Sebbene i contenitori siano potenti e flessibili, ci sono alcune sfide e potenziali problemi da considerare prima di implementare soluzioni basate su contenitori.

• Limitazioni delle risorse: Sebbene i contenitori siano più leggeri delle macchine virtuali, possono comunque comportare un sovraccarico rispetto all'esecuzione di un'applicazione direttamente nell'host. Si ipotizzi di voler eseguire un'applicazione Web che si basa sullo stack LAMP sulla propria macchina. Se si dispone già di un server Web e di un motore di database funzionanti nel computer, è possibile implementarli come host virtuale ed eseguirli sul server esistente. Se lo implementi come contenitori Docker, stai eseguendo una copia aggiuntiva di Apache, PHP e MySQL/MariaDB. Su piccola scala, questo sovraccarico potrebbe non avere importanza, ma a mano a mano che si implementano sempre più contenitori, potrebbe diventare più evidente.
• Accesso all'hardware:  i contenitori Docker non possono accedere all'hardware sottostante nel modo in cui possono farlo le macchine virtuali. Ciò potrebbe non essere importante se si esegue un semplice microservizio, ma nega l'uso dei contenitori per le applicazioni in cui è richiesto un accesso di livello inferiore.
• Mancanza di standardizzazione: esistono diversi motori per contenitori e non tutti sono conformi agli standard OCI. Questa mancanza di standardizzazione può essere problematica per molte organizzazioni. Sebbene sia abbastanza facile per un team IT scegliere uno standard per i contenitori e utilizzarlo per tutti i contenitori interni, se lavora con fornitori di terze parti che hanno adottato uno standard diverso, può rendere difficile la configurazione delle soluzioni di gestione dei contenitori.
• Problemi di sicurezza: i contenitori non sono isolati come le macchine virtuali. Offrono un certo isolamento rispetto all'esecuzione diretta di un'applicazione sul sistema operativo sottostante, ma ci sono ancora alcuni rischi di escalation dei privilegi. È importante prendersi il tempo necessario per proteggere i repository di docker/altri contenitori, prestare attenzione quando si concede l'accesso a docker al file system sottostante e assicurarsi di non eseguire mai i contenitori come root. Il rispetto di queste precauzioni dovrebbe mitigare molti dei potenziali problemi con i contenitori.

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