Docker Container Grundlagen 2024

Date: [9th Jan 2024]

Docker Container Grundlagen 2024

Grundlagen und Einleitung zu Docker

Docker hat die Welt der Softwareentwicklung verändert, indem es eine effiziente Lösung für das Problem der "Es funktioniert auf meinem Computer nicht" bietet.
Als Programmierer oder DevOps-Experte hast Du vielleicht schon von Docker gehört – es ist eine Plattform, die Software in Containern verpackt.
Diese Container-Technologie ermöglicht es, Anwendungen in einer isolierten Umgebung laufen zu lassen, was die Konsistenz über verschiedene Entwicklungs-, Test- und Produktionsumgebungen hinweg sicherstellt.

Docker Container und ihre Bedeutung

Ein Docker Container ist im Grunde eine leichte, eigenständige, ausführbare Softwareverpackung, die alles enthält, was für das Ausführen einer Anwendung notwendig ist – Code, Laufzeitumgebung, Systemwerkzeuge, Systembibliotheken und Einstellungen. Container sind vom Host-System isoliert, was bedeutet, dass sie auf jeder Linux-, Windows- oder Mac-Maschine laufen können, die Docker installiert hat. Diese Portabilität und Konsistenz machen Docker besonders wertvoll für Microservices und Cloud-Anwendungen.

Docker in der Cloud

Docker spielt eine entscheidende Rolle in der Cloud-Infrastruktur. Viele Cloud-Plattformen wie AWS, Azure und Google Cloud bieten native Unterstützung für Docker. Das erleichtert die Bereitstellung, Skalierung und das Management von Anwendungen, unabhängig von der Cloud-Umgebung. Docker ermöglicht es Dir, Deine Anwendungen schnell in die Cloud zu verschieben und effizient zu betreiben.

Microservices mit Docker

Microservices-Architekturen profitieren enorm von Docker. Durch die Verwendung von Containern kannst Du einzelne Dienste einer größeren Anwendung isolieren, was die Entwicklung, das Testen und die Bereitstellung vereinfacht. Docker ermöglicht es, dass verschiedene Teams unabhängig an verschiedenen Diensten arbeiten und diese dann nahtlos zusammenführen.

Docker Hub und Ressourcen

Docker Hub ist ein wesentlicher Bestandteil des Docker-Ökosystems. Es handelt sich um eine Art "GitHub für Docker Images", wo Du Tausende von vordefinierten Images findest, die Du für Deine Anwendungen verwenden kannst. Das beschleunigt den Entwicklungsprozess erheblich.

Erstellen eines Dockerfile

Ein Dockerfile ist ein Skript, das Anweisungen zum Erstellen eines Docker-Image enthält. Es ermöglicht die Automatisierung des Docker-Image-Erstellungsprozesses, was ein wesentlicher Teil der Entwicklung von Docker-basierten Anwendungen ist.

Docker-Orchestrierung

Für den Betrieb von Anwendungen, die aus mehreren Containern bestehen, ist Orchestrierung notwendig. Tools wie Docker Compose, Kubernetes und Docker Swarm helfen dabei, Container zu verwalten, zu skalieren und zu sichern.

Docker und DevOps

Docker unterstützt die DevOps-Philosophie durch die Beschleunigung des Continuous Integration- und Continuous Deployment-Prozesses (CI/CD). Es fördert die Kollaboration zwischen Entwicklungs- und Betriebsteams und macht den gesamten Softwareauslieferungsprozess effizienter.

Container-Sicherheit

Sicherheit ist ein kritischer Aspekt in Docker. Container sollten regelmäßig auf Schwachstellen überprüft und aktualisiert werden, um Sicherheitsrisiken zu minimieren. Docker bietet verschiedene Sicherheitsfeatures und Best Practices, um Container sicher zu betreiben.

Zukunft von Docker

Die Zukunft von Docker sieht vielversprechend aus. Mit dem Trend zu Microservices, Cloud-Computing und DevOps, wird Docker weiterhin eine Schlüsselrolle in der Softwareentwicklung spielen. Die ständige Weiterentwicklung und die starke Community tragen dazu bei, dass Docker weiterhin ein unverzichtbares Werkzeug für Entwickler und Systemadministratoren bleibt.

Wie starte ich mit Docker, wenn ich Linux-Nutzer bin ?

Als Linux-Nutzer hast Du den Vorteil, dass Docker direkt für Dein Betriebssystem verfügbar ist. Hier ist ein einfacher Leitfaden, um mit Docker auf einem Linux-System zu beginnen:

Schritt 1: Docker Installieren

Repository-Setup:
Öffne ein Terminal und führe folgenden Befehl aus, um sicherzustellen, dass Dein System die neuesten Versionen hat:

sudo apt-get update

Installiere Pakete, die es apt ermöglichen, Pakete über HTTPS zu verwenden:

****sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl software-properties-common

Docker Repository Hinzufügen:

Füge den offiziellen GPG-Schlüssel von Docker hinzu:
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
Füge das Docker-Repository zu APT-Quellen hinzu:
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"**

Docker Installieren:

Aktualisiere das APT-Paket-Index erneut und installiere Docker CE (Community Edition):

sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce

Docker-Service Starten und Automatisch Starten bei Boot:

Starte den Docker-Daemon und stelle sicher, dass er bei jedem Boot gestartet wird:
sudo systemctl start docker
sudo systemctl enable docker

Schritt 2: Hello World Container Ausführen

Um zu überprüfen, ob Docker korrekt installiert wurde, kannst Du den "Hello World" Container ausführen:

sudo docker run hello-world

Dieser Befehl lädt ein Test-Image herunter und führt es in einem Container aus. Wenn alles korrekt installiert ist, solltest Du eine Nachricht sehen, die bestätigt, dass Dein Docker erfolgreich läuft.

Schritt 3: Mit Docker Arbeiten

**Docker Images Verwalten:

Um Docker Images zu finden und herunterzuladen, kannst Du Docker Hub verwenden. Zum Beispiel:

sudo docker pull ubuntu

Dieser Befehl lädt das Ubuntu-Image herunter.

Container Erstellen und Verwalten:

Du kannst einen Container aus einem Image starten mit:
sudo docker run -it ubuntu

Mit diesem Befehl startest Du einen Container mit einer interaktiven Shell des Ubuntu-Images.

Schritt 4: Grundlegende Docker-Kommandos Lernen

Einige grundlegende Docker-Kommandos, die Du kennen solltest:

docker ps: Listet alle laufenden Container auf.
docker images: Zeigt alle auf Deinem System gespeicherten Images an.
_docker stop [CONTAINERID]: Stoppt einen laufenden Container.
_docker rm [CONTAINERID]: Entfernt einen gestoppten Container.
docker rmi [IMAGE]: Entfernt ein Image.
Wichtige Tipps
Docker als Non-Root-User Ausführen:

Standardmäßig erfordert Docker Root-Berechtigungen. Um Docker als Non-Root-User auszuführen, füge Deinen Benutzernamen zur Docker-Gruppe hinzu:
sudo usermod -aG docker ${USER}

Melde Dich ab und wieder an, damit Deine Gruppenmitgliedschaft neu geladen wird.

Dokumentation und Community:

Die offizielle Docker-Dokumentation ist eine großartige Ressource, um mehr zu lernen. Auch die Docker-Community auf Plattformen wie Stack Overflow und GitHub ist sehr aktiv und hilfreich.
Indem Du diese Schritte befolgst, solltest Du in der Lage sein, mit Docker auf Deinem Linux-System zu beginnen und die Vorteile der Containerisierung zu nutzen.

Ist Docker nur für Entwickler sinnvoll oder auch für normale Endnutzer?

Docker ist nicht ausschließlich für Entwickler sinnvoll, sondern bietet auch Vorteile für normale Endnutzer, obwohl seine Hauptanwendungsfälle und größten Stärken im Bereich der Softwareentwicklung und IT-Infrastruktur liegen. Hier sind einige Gründe, warum Docker auch für normale Endnutzer interessant sein kann:

1. Einfache Installation Komplexer Software:

Docker kann das Installieren und Ausführen komplexer Softwareanwendungen vereinfachen. Anstatt eine komplizierte Installationsanleitung zu befolgen, kann ein Endnutzer mit einem einfachen Docker-Befehl eine vorbereitete Anwendung samt allen Abhängigkeiten starten. Dies ist besonders nützlich bei Anwendungen, die sonst schwierig zu konfigurieren sind.

2. Konsistente Umgebungen:

Docker sorgt für Konsistenz über verschiedene Umgebungen hinweg. Dies bedeutet, dass eine Anwendung, die in einem Container läuft, auf jedem Computer mit Docker auf die gleiche Weise funktionieren wird, unabhängig vom Betriebssystem oder den lokalen Konfigurationen.

3. Zugang zu einer Vielzahl von Anwendungen:

Durch Plattformen wie Docker Hub haben Endnutzer Zugang zu einer riesigen Bibliothek von Anwendungen und Diensten, die in Containern bereitgestellt werden. Dies reicht von Datenbanken und Webservern bis hin zu spezialisierten Anwendungen wie Medienservern oder Entwicklungsumgebungen.

4. Isolation von Anwendungen:

Docker-Container isolieren Anwendungen voneinander, was für Endnutzer nützlich sein kann, die sicherstellen möchten, dass ihre Softwareanwendungen nicht miteinander in Konflikt geraten oder das Betriebssystem beeinträchtigen.

5. Experimentieren und Lernen:

Für Endnutzer, die sich für Technologie interessieren und neue Software ausprobieren möchten, bietet Docker eine risikoarme Umgebung, um zu experimentieren. Da Container isoliert sind, können sie ohne Bedenken experimentieren, ohne ihr Hauptsystem zu beeinträchtigen.

6. Ressourceneffizienz:

Docker ist ressourceneffizienter als traditionelle virtuelle Maschinen, da es die Ressourcen des Host-Betriebssystems wiederverwendet. Dies macht es für Endnutzer attraktiv, die nicht über leistungsfähige Hardware verfügen.

Einschränkungen für normale Endnutzer:

Trotz dieser Vorteile ist zu beachten, dass Docker ein gewisses technisches Verständnis erfordert. Die Einrichtung und Verwaltung von Docker-Containern kann für Nutzer ohne IT-Hintergrund herausfordernd sein.
Viele Desktop-Anwendungen sind nicht für die Ausführung in Containern konzipiert und funktionieren möglicherweise nicht optimal oder sind schwieriger zu bedienen.

Was ist Docker und wie unterscheidet es sich von einer virtuellen Maschine?

Docker ist eine Open-Source-Plattform für die Automatisierung des Deployments, das Skalieren und das Verwalten von Anwendungen in sogenannten Containern. Es ermöglicht Anwendungen und ihre Abhängigkeiten in Prozessen zu verpacken, die von anderen Prozessen auf demselben Betriebssystem isoliert sind.

Der Hauptunterschied zwischen Docker und traditionellen virtuellen Maschinen (VMs) liegt in ihrer Architektur und wie sie die Ressourcen des Host-Systems nutzen:

Isolierungsebene:

Docker Container: Docker verwendet die Container-Technologie, die auf dem Host-Betriebssystem läuft und sich dessen Kernel teilt. Container isolieren Anwendungen und ihre Umgebungen vom Rest des Systems, aber alle Container teilen sich denselben Kernel des Host-Systems. Das macht sie leichtgewichtiger und effizienter im Vergleich zu VMs.
Virtuelle Maschinen: VMs basieren auf der Virtualisierung der Hardware. Jede VM hat ihr eigenes Betriebssystem, einen vollständig emulierten Satz von Hardware-Ressourcen und einen eigenen Kernel. Das führt zu höherem Ressourcenbedarf als bei Containern.

Startzeit:

Docker Container: Container starten fast augenblicklich, da sie keinen eigenen Betriebssystem-Kernel oder Hardware emulieren müssen. Sie benötigen nur, was für die Ausführung des Prozesses nötig ist.
Virtuelle Maschinen: VMs haben eine längere Startzeit, da sie ein vollständiges Betriebssystem booten müssen.
Leistung und Ressourcennutzung:

Docker Container: Sie sind bekannt für hohe Leistung und Effizienz, da sie weniger Ressourcen verbrauchen. Das liegt daran, dass sie direkten Zugriff auf den Host-Kernel haben und keine zusätzlichen Betriebssysteme ausführen müssen.
Virtuelle Maschinen: VMs verbrauchen mehr Ressourcen, da jede VM ein vollständiges Betriebssystem ausführt. Dies kann zu Redundanzen und ineffizienter Nutzung der Hardware-Ressourcen führen.

Anwendungsfälle:

Docker Container: Ideal für Anwendungen, bei denen Leichtigkeit, Ressourceneffizienz und schnelle Skalierbarkeit erforderlich sind. Sie eignen sich hervorragend für Microservices-Architekturen und cloud-native Anwendungen.
Virtuelle Maschinen: Besser geeignet für Anwendungen, die vollständige Isolierung, starke Sicherheitsgrenzen oder spezifische Betriebssysteme benötigen, die sich vom Host-System unterscheiden.

Wie funktioniert die Containerisierung in Docker?

Containerisierung in Docker ist ein Prozess, der es ermöglicht, Anwendungen mitsamt ihren Abhängigkeiten in einer isolierten Umgebung - einem Container - auszuführen. Dieser Prozess basiert auf der Idee, dass jede Anwendung mit all ihren notwendigen Komponenten (wie Bibliotheken, Binärdateien, Konfigurationsdateien usw.) verpackt wird, sodass sie in jeder Umgebung konsistent und zuverlässig funktioniert. Hier sind die Schlüsselkomponenten und -schritte, die den Containerisierungsprozess in Docker definieren:

1. Docker Images:
   Ein Docker Image ist eine schreibgeschützte Vorlage, die Anweisungen zum Erstellen eines Docker Containers enthält. Es beinhaltet alles, was benötigt wird, um eine Anwendung auszuführen: den Code, eine Laufzeitumgebung, Bibliotheken, Umgebungsvariablen und Konfigurationsdateien.
   Images werden basierend auf einem Dockerfile erstellt, das eine Reihe von Schritten enthält, die auszuführen sind, um das Image zu erstellen.
2. Dockerfile:
   Ein Dockerfile ist eine Textdatei, die eine Reihe von Befehlen und Anweisungen enthält, um ein Docker Image zu bauen. Diese Befehle können das Kopieren von Dateien in das Image, das Setzen von Umgebungsvariablen, das Ausführen von Befehlen und andere Schritte beinhalten.
3. Erstellen eines Images:
   Mithilfe des Befehls docker build wird aus dem Dockerfile ein Docker Image erstellt. Während des Build-Prozesses führt Docker die im Dockerfile definierten Befehle aus und erstellt dadurch ein Image.
4. Registries und Docker Hub:
   Einmal erstellt, können Docker Images in einer Registry, wie zum Beispiel Docker Hub, gespeichert und geteilt werden. Docker Hub ist eine Art Cloud-Service, in dem Benutzer ihre eigenen Images hochladen und auf öffentliche oder private Images zugreifen können.
5. Ausführen von Containern:
   Ein Container wird aus einem Docker Image erstellt. Wenn Du den Befehl docker run verwendest, startet Docker den Container basierend auf dem Image. Innerhalb des Containers läuft die Anwendung in einer eigenen Umgebung, isoliert von der Host-Umgebung.
6. Isolation und Ressourcennutzung:
   Docker Container teilen sich den Kernel des Host-Betriebssystems, aber jeder Container läuft in seiner eigenen, isolierten Benutzerumgebung. Docker verwendet verschiedene Linux-Features wie cgroups und namespaces, um die Isolation zu gewährleisten und Ressourcen (wie CPU, Speicher) zu verwalten.
7. Netzwerke und Speicher:
   Docker ermöglicht es, Netzwerkeinstellungen zu konfigurieren, um die Kommunikation zwischen Containern oder zwischen Containern und dem Host zu ermöglichen. Ebenso können Volumes verwendet werden, um Daten dauerhaft zu speichern und zwischen Containern zu teilen.
   Durch diesen Prozess der Containerisierung ermöglicht Docker eine hohe Portabilität und Konsistenz für Anwendungen, da der Container alles enthält, was für das Ausführen der Anwendung erforderlich ist. Dies vereinfacht die Entwicklung, das Testen und die Bereitstellung von Anwendungen über verschiedene Umgebungen hinweg.

Was ist ein Docker Image und wie unterscheidet es sich von einem Container?

Ein Docker Image ist eine schreibgeschützte Vorlage, die die notwendigen Anweisungen zur Erstellung eines Docker Containers enthält. Es ist im Grunde das „Rezept“ für einen Container. Ein Image beinhaltet die Anwendung selbst, ihre Abhängigkeiten, Bibliotheken, Werkzeuge, Laufzeitumgebung und andere für die Ausführung der Anwendung notwendige Dateien. Docker Images sind leichtgewichtig und portabel, was sie ideal für die Verteilung und den schnellen Start von Anwendungen macht.

Ein Docker Container hingegen ist eine laufende Instanz eines Docker Images. Wenn ein Image gestartet wird, wird es in einem Container ausgeführt. Der Container kapselt die Ausführungsumgebung der Anwendung ein, inklusive des Codes, der Laufzeit, der Systemwerkzeuge und der Systembibliotheken. Er ist isoliert und hat seinen eigenen Dateisystem, Netzwerk und seine eigenen isolierten Prozessraum.

Hauptunterschiede zwischen Docker Image und Docker Container:

Immutabilität vs. Zustand:

Docker Image: Es ist unveränderlich, was bedeutet, dass es sich nicht ändert, wenn ein Container daraus erstellt wird.
Docker Container: Es ist der ausführbare Zustand eines Images. Container können ihren Zustand ändern, und diese Änderungen sind in der Regel spezifisch für diesen Container.
Speicherung und Versionierung:

Docker Image: Kann in einer Docker Registry wie Docker Hub gespeichert und versioniert werden. Dies ermöglicht es Benutzern, verschiedene Versionen eines Images für unterschiedliche Zwecke zu verwenden.
Docker Container: Existiert nur solange, wie der Prozess läuft. Sobald der Container gelöscht wird, sind alle Änderungen, die nicht in einem externen Speicher (z.B. Docker Volume) gespeichert wurden, verloren.
Verwendungszweck:

Docker Image: Dient als Vorlage oder Blaupause für Container. Es wird nicht verändert und bleibt konstant für alle Instanzen, die davon erstellt werden.
Docker Container: Dient der Ausführung der Anwendung in einer isolierten und kontrollierten Umgebung. Es kann interaktiv sein und Änderungen am laufenden Zustand und an den Daten vornehmen.
Erstellungsprozess:

Docker Image: Erstellt durch einen Build-Prozess aus einem Dockerfile, das eine Reihe von Schritten und Anweisungen zur Konfiguration der Anwendungsumgebung enthält.
Docker Container: Erstellt durch das Ausführen eines Images. Es ist der Prozess, der gestartet wird, wenn ein Image ausgeführt wird.

Was ist Docker Hub und wie wird es verwendet?

Docker Hub ist eine Cloud-basierte Registry, die es Benutzern ermöglicht, Docker Images zu teilen, zu speichern und zu verwalten. Es ist vergleichbar mit GitHub, aber speziell für Docker Images. Docker Hub bietet sowohl öffentliche als auch private Speicheroptionen für Images, wodurch es zu einer zentralen Plattform für die Verteilung von Container-Software wird.

Hauptfunktionen von Docker Hub:

**Image Hosting:

Docker Hub ermöglicht es Benutzern, ihre eigenen Docker Images hochzuladen und zu speichern. Diese können entweder öffentlich zugänglich oder privat gespeichert werden.
Image Sharing:

Benutzer können ihre Images mit anderen teilen. Öffentliche Images sind für jeden zugänglich, was die Wiederverwendung und Zusammenarbeit erleichtert.
Offizielle Images:

Docker Hub beherbergt offizielle Images für viele gängige Softwareanwendungen und Dienste, die von den Entwicklern oder der Community gepflegt werden. Diese können als vertrauenswürdige Basis für eigene Anwendungen verwendet werden.

Automatisierte Builds:

Docker Hub bietet die Möglichkeit, automatisierte Builds einzurichten, die ein neues Image erstellen, sobald Änderungen am zugehörigen GitHub- oder Bitbucket-Repository vorgenommen werden.
Verwendung von Docker Hub:
Registrierung und Anmeldung:

Um Docker Hub zu nutzen, musst Du Dich zuerst auf der Plattform registrieren und ein Benutzerkonto erstellen.
Docker Images Herunterladen (Pull):

Du kannst Docker Images von Docker Hub herunterladen, indem Du den docker pull Befehl verwendest. Zum Beispiel:

docker pull ubuntu

Dieser Befehl lädt das neueste Ubuntu Image aus dem öffentlichen Repository herunter.
Eigene Docker Images Hochladen (Push):

Nachdem Du ein Docker Image erstellt hast, kannst Du es auf Docker Hub hochladen, indem Du den docker push Befehl verwendest. Zuerst musst Du Dein Image mit Deinem Docker Hub Benutzernamen taggen:

**docker tag my_image myusername/my_image

Anschließend kannst Du es hochladen:
**docker push myusername/my_image

Images Durchsuchen und Verwenden:

Auf Docker Hub kannst Du nach Images suchen, die von anderen Benutzern oder Organisationen bereitgestellt wurden. Diese kannst Du dann herunterladen und als Basis für Deine eigenen Container verwenden.

Wie hat Docker die Praktiken in DevOps und Continuous Integration/Continuous Deployment (CI/CD) beeinflusst?

Docker hat einen tiefgreifenden Einfluss auf die Praktiken in DevOps und Continuous Integration/Continuous Deployment (CI/CD) gehabt. Seine Technologie hat die Art und Weise, wie Software entwickelt, getestet, bereitgestellt und betrieben wird, maßgeblich verändert. Hier sind einige Schlüsselaspekte, wie Docker DevOps und CI/CD beeinflusst hat:

1. Konsistenz und Portabilität:
   Docker ermöglicht Konsistenz über die gesamte CI/CD-Pipeline hinweg, indem es sicherstellt, dass Software in einer identischen Umgebung entwickelt, getestet und in Produktion gebracht wird. Diese Konsistenz verringert "es funktioniert auf meinem Rechner"-Probleme, da die Container die gleiche Konfiguration überall verwenden.
2. Beschleunigung der Entwicklungszyklen:
   Durch die Verwendung von Containern können Entwickler schnell Umgebungen aufsetzen und abbauen. Dies beschleunigt die Entwicklungszyklen, da Entwickler und Tester nicht mehr lange auf die Bereitstellung von Umgebungen warten müssen.
3. Isolation und Mikroservices:
   Docker fördert die Mikroservices-Architektur, indem es die Isolation von Anwendungen in separate Container ermöglicht. Dies unterstützt die DevOps-Philosophie der modularen und unabhängigen Entwicklung, wodurch Teams schneller und effizienter arbeiten können.
4. Skalierbarkeit und Elastizität:
   Docker erleichtert die Skalierung und das Management der Infrastruktur. In Kombination mit Orchestrierungswerkzeugen wie Kubernetes können Docker-basierte Anwendungen leicht skaliert und über mehrere Hosts verteilt werden, was für CI/CD- und DevOps-Workflows essentiell ist.
5. Automatisierung:
   Docker integriert sich nahtlos in verschiedene CI/CD-Werkzeuge (wie Jenkins, GitLab CI, Travis CI). Dies ermöglicht es, die Containerisierung direkt in den Build- und Release-Prozess zu integrieren, wodurch die Automatisierung der Softwareauslieferung gefördert wird.
6. Schnelle Feedback-Schleifen:
   Docker beschleunigt die Feedback-Schleifen in der Entwicklung, indem es die schnelle Bereitstellung und das Testing ermöglicht.