O que são contêineres?

Um contêiner é um pacote leve que contém o código de uma aplicação e todas as bibliotecas e outras dependências que o código precisa executar. O objetivo dos contêineres é permitir que desenvolvedores e administradores de sistemas implantem aplicações rapidamente. Os contêineres ajudam a evitar conflitos e outros problemas de dependência que podem ser problemáticos para depurar.

Você pode ouvir muito sobre conteinerização, especialmente no mundo do desenvolvimento de aplicações e microsserviços. A conteinerização refere-se aos desenvolvedores que agrupam aplicações em contêineres, tornando mais fácil para os usuários implantá-las. Os contêineres são fáceis de usar e são particularmente úteis para implantar aplicações na nuvem, pois o contêiner não precisa se preocupar com a configuração da máquina subjacente.

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Qual é a diferença entre contêineres e máquinas virtuais (VMs)?

Simplificando, um contêiner é um pacote que consiste em tudo o que você precisa para executar uma aplicação em um determinado ambiente. A principal diferença entre um contêiner e uma VM é o que está incluso em cada pacote.

Um contêiner contém uma aplicação e todas as bibliotecas das quais a aplicação depende. Ele é executado em cima de um sistema operacional. Por outro lado, uma máquina virtual contém um sistema operacional completo e é executada sobre um hipervisor. Os contêineres são muito leves, mas não podem se comunicar com o hardware subjacente e só podem executar aplicações compatíveis com o sistema operacional subjacente. As máquinas virtuais têm maior acesso ao hardware da máquina host e é possível executar qualquer sistema operacional suportado por esse hardware como uma VM. 

A desvantagem das máquinas virtuais é que elas exigem mais recursos. Em vez de simplesmente carregar os binários necessários para a aplicação desejada, elas carregam o sistema operacional inteiro.

Benefícios dos Containers

O uso de contêineres oferece vários benefícios potenciais em relação às VMs e a implantação de aplicações diretamente no sistema operacional do host. 

• Agilidade: Em vez de ter que compartilhar instruções sobre como instalar quaisquer dependências e solucionar conflitos com outras aplicações no sistema, os desenvolvedores podem simplesmente compartilhar um contêiner configurado para funcionar. Qualquer pessoa executando um sistema operacional compatível com hardware adequado pode fazer o download e executar esse contêiner e ter uma versão funcional da aplicação.
• Portabilidade: Como os contêineres não se importam com a configuração do sistema operacional subjacente, eles podem ser executados em qualquer lugar. Um desenvolvedor pode testar uma aplicação que requer uma configuração de servidor específica sem se preocupar se as diferenças em seu ambiente de desenvolvimento podem causar problemas.
• Escalabilidade: Os contêineres são particularmente úteis para aplicações que estão sendo desenvolvidas com uma arquitetura de microsserviços. Os desenvolvedores podem configurar serviços individuais para serem executados como contêineres, e esses contêineres podem ser implantados e gerenciados usando ferramentas como o Kubernetes. Criar contêineres extras para serviços que estão em alta demanda e desligá-los quando eles não são mais necessários é uma maneira eficiente de escalar aplicações Web, especialmente em comparação com simplesmente provisionar hardware em excesso para uma aplicação monolítica.
• Resiliência: Quando as aplicações são executadas em contêineres, elas são isoladas do restante do sistema operacional. Os contêineres podem se comunicar entre si por meio de redes e APIs, mas são executados em seus próprios ambientes separados. Se uma aplicação em execução em um contêiner falhar, isso não deverá ter um impacto em outros contêineres. Além disso, os sistemas de gerenciamento de contêineres podem ser usados para desligar e reiniciar contêineres conforme necessário, mantendo as aplicações funcionando sem problemas.

Tipos de contêineres

Existem muitos tipos de virtualização. Quando a maioria das pessoas fala sobre contêineres, elas estão se referindo à virtualização de aplicações. Com esse tipo de virtualização, a aplicação dentro do contêiner é levado a pensar que está interagindo diretamente com o sistema operacional quando está realmente se comunicando com um mecanismo de contêiner ou camada de virtualização.

A virtualização de aplicações oferece uma camada de abstração que permite que as aplicações sejam executadas em um sistema operacional para o qual não foram projetadas. Ela também pode executar aplicações com dependências incompatíveis, uma vez que cada aplicação pode ter acesso às bibliotecas de que precisam sem entrar em conflito com a outra aplicação.

Além da virtualização de aplicações, os contêineres podem usar a virtualização no nível do sistema operacional. Exemplos de virtualização no nível do sistema operacional incluem OpenVZ, Solaris Containers, chroot jails e LXC. Os contêineres do Docker também podem ser considerados um exemplo de virtualização no nível do sistema operacional. Com esse tipo de virtualização, o kernel permite a existência de várias instâncias de espaço do usuário, que são isoladas umas das outras. As prisões de Chroot são frequentemente usadas desta forma como medida de segurança. O OpenVZ é frequentemente usado para implantar servidores privados virtuais, essencialmente permitindo que um servidor Linux seja dividido em vários servidores menores sem a necessidade de executar máquinas virtuais que carregam recursos adicionais e sobrecarga de desempenho.

A virtualização de hardware é mais comumente usada por máquinas virtuais. Com a virtualização de hardware, é possível espelhar uma máquina física inteira. Cada SO hospedado acha que está falando diretamente com o hardware subjacente quando, na verdade, está falando com um hipervisor que pode estar sendo executado no próprio hardware ou em um SO host. Os hipervisores são responsáveis pelo gerenciamento de recursos e podem definir limites para quanta memória/tempo de processador cada VM tem acesso a qualquer momento.

Casos de uso de contêineres

Os contêineres são úteis para ambientes de desenvolvimento e produção. Sua natureza portátil os torna úteis para DevOps e uso de CI/CD, enquanto sua agilidade e escalabilidade significam que são igualmente úteis em implantações em microsserviços e na nuvem. Alguns exemplos de casos de uso de contêineres do mundo real incluem o seguinte. 

Arquitetura de microsserviços

O uso de uma arquitetura de microsserviços torna possível desenvolver aplicações complexas rapidamente e dimensioná-las de forma eficaz. Muitas aplicações Web grandes agora usam uma arquitetura de microsserviços, incluindo alguns dos serviços mais populares oferecidos pelo Google. Os contêineres formam uma parte fundamental dos microsserviços. Cada serviço é executado como um contêiner separado, gerenciado por uma ferramenta como o Kubernetes. Esses contêineres se comunicam entre si por meio de APIs REST, com um gateway de API servindo como intermediário para facilitar a comunicação.

DevOps e CI/CD

Os contêineres são uma parte valiosa de qualquer fluxo de trabalho de CI/CD. Quando os desenvolvedores fazem alterações no código de uma aplicação e confirmam essas alterações, as ferramentas de CI/CD podem ser acionadas para atualizar quaisquer imagens de contêiner e executar testes. Isso pode fornecer feedback mais rápido sobre as alterações no código e garante que os resultados sejam mais confiáveis do que se os testes fossem feitos na própria máquina de um revisor, que pode ter uma configuração de ambiente diferente da usada pelo desenvolvedor.

Ambientes de nuvem híbrida/múltiplas nuvens

Muitas organizações agora têm um ambiente demúltiplas nuvens, usando vários provedores de serviços de nuvem diferentes. Outras usam uma configuração de nuvem híbrida com soluções locais e na nuvem. Gerenciar aplicações nesses ambientes nem sempre é fácil. Os contêineres oferecem uma solução prática, pois contêm tudo o que a aplicação precisa executar. Em vez de gastar tempo configurando servidores, instalando bibliotecas e gerenciando configurações complexas para cada servidor em nuvem, o trabalho só precisa ser feito uma vez e, em seguida, o contêiner pode ser implantado em qualquer ambiente necessário.

Desenvolvimento e Implantação de aplicações

Os contêineres são úteis para desenvolver e implantar aplicações. Muitos desenvolvedores fornecem suas aplicações como contêineres para facilitar o teste e a implantação. Eles também oferecem contêineres para os desenvolvedores usarem em seu trabalho. Por exemplo, o popular projeto de código aberto Nextcloud sugere que os desenvolvedores usem contêineres do Docker para gerenciar seus ambientes de desenvolvimento.

Ferramentas de conteinerização

A conteinerização não é um tipo novo de tecnologia, mas tornou-se mais popular nos últimos anos. Software, como o LXC, está disponível para Linux há muito tempo. No entanto, era complexo de configurar, e essa barreira de entrada significava que era usado apenas por administradores de sistema e desenvolvedores relativamente experientes.

O Docker revolucionou os contêineres, tornando-os fáceis de usar para quase qualquer pessoa executar e oferecendo ferramentas, como o Docker Hub, em que as pessoas poderiam compartilhar contêineres para que outras fizessem o download e os executassem.

O próprio Docker é bastante flexível e poderoso, mas gerenciar um grande número de contêineres por meio da linha de comando não é fácil, e gerenciar contêineres em vários hosts de nuvem é ainda mais desafiador. Soluções de gerenciamento de contêineres, como o Kubernetes, podem ajudar no gerenciamento de contêineres e no monitoramento de integridade.

O Docker é baseado na Open Container Initiative, e muitas outras soluções de contêineres e gerenciamento de contêineres estão disponíveis. Por exemplo,  o Podman oferece recursos de gerenciamento de contêiner para docker e outras soluções de contêiner compatíveis com OCI. 

Desafios e limitações dos contêineres

Embora os contêineres sejam poderosos e flexíveis, há alguns desafios e problemas potenciais a serem considerados antes de implantar soluções baseadas em contêineres.

• Limitações de recursos: Embora os contêineres sejam mais leves do que as máquinas virtuais, eles ainda podem ter alguma sobrecarga em comparação com a execução de uma aplicação diretamente no host. Vamos imaginar que você gostaria de executar uma aplicação Web que depende da pilha LAMP em sua máquina. Se você já tiver um servidor Web e um mecanismo de banco de dados em funcionamento na máquina, poderá implantá-lo como um host virtual que será executado no servidor existente. Se implantá-lo como um contêiner do Docker, você executará uma cópia extra do Apache, PHP e MySQL/MariaDB. Em pequena escala, essa sobrecarga pode não fazer muita diferença, mas, à medida que você implementar mais e mais contêineres, ela poderá se tornar mais perceptível.
• Acesso de hardware: os contêineres do Docker não podem acessar o hardware subjacente da maneira que as máquinas virtuais podem. Isso pode não importar se você está executando um microsserviço simples, mas anula o uso de contêineres para aplicações em que o acesso de nível inferior é necessário.
• Falta de padronização:  há vários mecanismos de contêiner e nem todos estão em conformidade com os padrões OCI. Essa falta de padronização pode ser problemática para muitas organizações. Embora seja fácil para uma equipe de TI escolher um padrão de contêiner e usá-lo para todos os contêineres internos, se eles estiverem trabalhando com fornecedores terceirizados que adotaram um padrão diferente, isso pode dificultar a configuração de soluções de gerenciamento de contêineres.
• Preocupações de segurança: Os contêineres não são tão isolados quanto as máquinas virtuais. Eles oferecem algum isolamento em comparação com a execução direta de uma aplicação no sistema operacional subjacente, mas ainda há alguns riscos de escalonamento de privilégios. É importante dedicar tempo para proteger seus repositórios de contêineres do docker/outros, tomando cuidado ao conceder ao Docker acesso ao sistema de arquivos subjacente e garantindo que você nunca execute contêineres como root. Seguir essas precauções deve mitigar muitos dos possíveis problemas com contêineres.

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