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Containerisierung und Orchestrierung in der Softwareentwicklung

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Containerisierung und Orchestrierung in der Softwareentwicklung

Einsatz von Docker, Kubernetes und ähnlichen Technologien für die Bereitstellung und Skalierung von Anwendungen

Was ist Containerisierung?

Die Containerisierung ist eine Methode, um Software so zu verpacken, dass sie konsistent über verschiedene Umgebungen laufen kann. Denke an Container als leichte, eigenständige Pakete, die alles enthalten, was eine Anwendung zum Laufen braucht – Code, Laufzeitumgebung, Bibliotheken, Einstellungen.

Die Rolle von Docker

Docker ist eine der beliebtesten Plattformen für Containerisierung. Es ermöglicht Dir, Anwendungen in Docker-Containern zu erstellen, auszuführen und zu verwalten. Mit Docker kannst Du sicherstellen, dass Deine Anwendung nahtlos in jeder Umgebung funktioniert, sei es auf Deinem lokalen Rechner, in der Testumgebung oder in der Cloud.

Grundlagen und Funktionsweise von Docker

Lass mich Dir anhand von Beispielen erklären, wie Docker funktioniert.
Docker ist ein mächtiges Werkzeug, das die Entwicklung, Bereitstellung und Ausführung von Anwendungen durch Containerisierung vereinfacht.

Beispiel 1: Erstellen eines Docker-Containers

Stell Dir vor, Du entwickelst eine Webanwendung in Python. Ohne Docker müsstest Du sicherstellen, dass Deine Entwicklungs-, Test- und Produktionsumgebungen alle die gleichen Versionen von Python, Webservern und anderen Abhängigkeiten haben.
Mit Docker kannst Du ein 'Image' Deiner Anwendung erstellen, das alles enthält, was sie zum Laufen braucht.

Dockerfile erstellen

Du schreibst ein 'Dockerfile', das Anweisungen enthält, wie Dein Image gebaut werden soll. Es definiert die Basisumgebung, installiert erforderliche Abhängigkeiten und kopiert Deinen Code in das Image.

Image bauen

Container starten

Beispiel 2: Anwendung in verschiedenen Umgebungen

Image verwenden

*Du kannst das gleiche Docker-Image auf Deinem Laptop, einem Testserver und einem Produktionsserver verwenden.

Konsistenz gewährleisten

Da das Image alle Abhängigkeiten enthält, läuft Deine Anwendung in jeder Umgebung genau gleich.

Beispiel 3: Zusammenarbeit im Team

Du arbeitest in einem Team, und jeder hat eine etwas andere Entwicklungsumgebung. Docker sorgt für Konsistenz.
Docker Images teilen: Dein Team kann das gleiche Docker-Image verwenden, um sicherzustellen, dass jeder den gleichen Entwicklungsstand hat.
Keine "funktioniert auf meinem Rechner" Probleme: Da jeder das gleiche Image verwendet, gibt es weniger "es funktioniert bei mir, aber nicht bei Dir" Probleme.

Beispiel 4 Verwendung von Docker: Microservices-Architektur

Deine Anwendung besteht aus mehreren Diensten, z. B. einer Datenbank, einem Backend und einem Frontend.

Separate Container

Jeder Dienst kann in einem separaten Container laufen. Dies fördert die Modularität und vereinfacht Updates und Skalierung.

Netzwerk von Containern

Docker ermöglicht es Dir, ein Netzwerk von Containern zu erstellen, die miteinander kommunizieren können.

Installation von Docker unter Windows, Debian Linux, Fedory Linux, Arch Linux

Die Installation von Docker kann je nach Betriebssystem variieren. Hier ist eine kurze Anleitung für Windows, Debian Linux, Fedora Linux und Arch Linux:

Für Windows

Voraussetzungen:

Für Debian Linux:

_sudo apt-get update
sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl gnupg-agent software-properties-common
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/debian/gpg | sudo apt-key add -
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/debian $(lsbrelease -cs) stable"

Docker installieren:
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

Docker starten und aktivieren

sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

Verifizierung
Teste, ob Docker korrekt installiert ist, indem Du docker --version eingibst.

Für Fedora Linux:

Repository einrichten: Installiere das DNF-Plugin und richte das Docker-Repository ein:

sudo dnf -y install dnf-plugins-core
sudo dnf config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/fedora/docker-ce.repo

Docker installieren:

sudo dnf install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

Docker starten und aktivieren:
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker
Verifizierung
Führe docker --version aus, um die Installation zu überprüfen.

Für Arch Linux:

Docker-Paket installieren:
Docker kann direkt aus den offiziellen Paketquellen installiert werden:

sudo pacman -S docker
Docker-Dienst starten und aktivieren:

sudo systemctl start docker.service
sudo systemctl enable docker.service
*Verifizierung
Überprüfe die Installation mit docker --version.
Stelle sicher, dass Du die offizielle Docker-Dokumentation für dein spezifisches Betriebssystem konsultierst, um die aktuellsten Informationen und Schritte zu erhalten. Manchmal können sich Befehle oder Verfahren aufgrund von Software-Updates ändern.

Orchestrierung mit Kubernetes

Sobald Du mehrere Container hast, kommt Kubernetes ins Spiel. Es handelt sich um ein Orchestrierungssystem, das das Management, die Automatisierung und die Skalierung von Container-Anwendungen übernimmt.
Kubernetes hilft Dir, einen Cluster von Containern zu verwalten, stellt sicher, dass sie richtig laufen, und skaliert sie nach Bedarf.

Vorteile der Containerisierung

Konsistenz
Container bieten eine konsistente Umgebung für die Anwendungsentwicklung und -bereitstellung.
Effizienz
Sie ermöglichen eine effizientere Nutzung von Systemressourcen im Vergleich zu traditionellen virtuellen Maschinen.
*Portabilität
Anwendungen in Containern können leicht zwischen verschiedenen Umgebungen verschoben werden.

Einsatzgebiete von Kubernetes

Kubernetes, oft abgekürzt als K8s, ist ein Open-Source-System zur Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen. Es wurde ursprünglich von Google entwickelt und ist jetzt ein Teil des Cloud Native Computing Foundation-Projekts.

Vergleich

Um Kubernetes zu verstehen, kann man es mit einem Dirigenten vergleichen, der ein Orchester leitet. In diesem Vergleich repräsentieren die Musiker die Container, die jeweils unterschiedliche Teile einer Anwendung ausführen. Der Dirigent (Kubernetes) sorgt dafür, dass alle Musiker (Container) im Einklang spielen, ihre Einsätze korrekt sind und das Gesamtergebnis harmonisch ist. Er passt die Lautstärke (Ressourcennutzung) an, bringt neue Musiker (Container) ins Spiel oder ersetzt sie und sorgt dafür, dass das Konzert (die Anwendung) reibungslos und ohne Unterbrechungen läuft.

Einsatz von Kubernetes

Kubernetes wird in Umgebungen eingesetzt, in denen Anwendungen containerisiert sind.
Das heißt, jede Komponente der Anwendung läuft in ihrem eigenen isolierten Container. Kubernetes hilft dabei, diese Container zu verwalten:

Microservices und Container

Microservices sind ein Architekturansatz für die Softwareentwicklung, bei dem eine Anwendung als Sammlung kleiner, unabhängiger Dienste strukturiert wird. Jeder dieser Dienste, auch "Microservice" genannt, ist:

Herausforderungen der Kubernetes Einbindung (GROB)