Kapitel 52: Deployment mit Docker

Docker ist eine Plattform, die es Entwicklern ermöglicht, Anwendungen in sogenannten Containern zu verpacken und zu verteilen. Diese Container sind leichtgewichtige, portable und skalierbare Einheiten, die alle Abhängigkeiten und Konfigurationen einer Anwendung enthalten. Sie ermöglichen es, Software in isolierten Umgebungen auszuführen, was die Problematik der „es funktioniert auf meinem Rechner“-Situationen minimiert.

Die grundlegende Idee hinter Docker basiert auf der Virtualisierung, jedoch mit einem anderen Ansatz. Anstatt vollständige virtuelle Maschinen zu erstellen, nutzt Docker Container, die den gleichen Betriebssystemkernel wie das Host-Betriebssystem teilen, was zu einer höheren Effizienz und schnelleren Startzeiten führt. Die Container sind zudem leicht zu handhaben und ermöglichen eine konsistente Ausführung über verschiedene Entwicklungs-, Test- und Produktionsumgebungen hinweg.

Eine der Kernkomponenten von Docker ist das Docker-Image, eine unveränderliche Vorlage, die alles zur Ausführung einer Anwendung benötigt: Code, Laufzeit, Bibliotheken und Umgebungsvariablen. Diese Images werden erstellen, verwaltet und in einem zentralen Repository, dem Docker Hub, gespeichert. Entwickler können von vordefinierten Images ausgehen, um Zeit zu sparen und bewährte Praktiken zu nutzen.

Zusätzlich unterstützt Docker auch verschiedene Netzwerkoptionen, um Container miteinander kommunizieren zu lassen. Dies ermöglicht die Entwicklung von Microservices-Architekturen, in denen verschiedene Teile einer Anwendung in separaten Containern laufen, aber dennoch vernetzt und interaktiv sind. Docker vereinfacht auch das Datenmanagement, indem es die Verwendung von Volumes und Bind-Mounts ermöglicht, um Daten persistent zu speichern oder für die Container zugänglich zu machen.

Im Zusammenhang mit der Anwendungssicherheit ist der Einsatz von Docker besonders vorteilhaft, da Container isoliert sind. Dies hilft dabei, potenzielle Sicherheitsrisiken zu minimieren, indem sie die Auswirkungen eines Angriffs auf einen Container auf andere verhindern können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Docker durch seine Container-Technologie nicht nur den Entwicklungsprozess beschleunigt, sondern auch die _Konsistenz_ und _Zuverlässigkeit_ von Anwendungen in unterschiedlichen Umgebungen erheblich verbessert.

Docker-Container erstellen

Um einen Docker-Container zu erstellen, ist der erste Schritt, ein Docker-Image zu verwenden. Docker-Images sind die Bausteine für Container und können sowohl aus bestehenden Images abgeleitet als auch vollkommen neu erstellt werden. Der Prozess beginnt in der Regel mit der Erstellung einer Dockerfile, einer Textdatei, die die Anweisungen für den Aufbau des Images enthält. In dieser Datei geben Entwickler die Basis-Images, Abhängigkeiten und die spezifischen Konfigurationen an, die für die Ausführung der Anwendung erforderlich sind.

Die allgemeine Struktur einer Dockerfile könnte wie folgt aussehen:

FROM 
RUN 
COPY  
CMD [""]

Hier ist eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Befehle:

• FROM: Dieser Befehl definiert das Basis-Image, das genutzt werden soll. Es könnte zum Beispiel ein offizielles Image wie PLACEHOLDERa62a6eefe3f58638, PLACEHOLDER139a5fecb4740704 oder python sein.
• RUN: Mit diesem Befehl können Sie zusätzliche Software oder Pakete installieren, die für Ihre Anwendung notwendig sind.
• COPY: Dieser Befehl kopiert Dateien und Verzeichnisse von Ihrem lokalen Dateisystem in das Image.
• CMD: Hier geben Sie den Standardbefehl an, der ausgeführt wird, wenn der Container gestartet wird. Dies könnte der Startbefehl Ihrer Anwendung sein.

Nachdem die PLACEHOLDER92d57690946e9c6e erstellt wurde, kann das Docker-Image mit dem Befehl PLACEHOLDERa3618883a0cb5491 erzeugt werden. Zum Beispiel:

docker build -t mein-image-name .

Hierbei steht PLACEHOLDER30eaf48057ec6612 für "tag", was es Ihnen ermöglicht, das Image mit einem bestimmten Namen zu versehen, und der Punkt am Ende der Zeile verweist auf das aktuelle Verzeichnis, in dem die PLACEHOLDER2ad1ec4aab198378 gespeichert ist.

Um einen neuen Container aus dem Image zu starten, verwenden Sie den Befehl docker run. Dabei können Sie verschiedene Optionen angeben, wie beispielsweise die Portweiterleitung oder das Befestigen von Volumes:

docker run -d -p 80:80 --name mein-container-name mein-image-name

Dieser Befehl startet den Container im Hintergrund (-d für „detached“) und leitet den Port 80 des Containers an Port 80 des Hosts weiter. Der Name des Containers wird ebenfalls angegeben.

Es ist wichtig, die Container nach ihren spezifischen Bedürfnissen zu konfigurieren. Dazu gehören Umgebungsvariablen, Netzwerkeinstellungen oder die Verwendung von Volumes für die Datenpersistenz. Um Dictionaries und sensitive Daten zu verwalten, kann Docker auch mit Umgebungsvariablen arbeiten, die Sie beim Erstellen des Containers festlegen können.

Die Möglichkeit, Container zu starten, zu stoppen und zu löschen, sowie ihre Logs zu überwachen und zu debuggen, sind ebenfalls wichtige Aspekte beim Umgang mit Docker. Hierbei kommt die Docker-CLI (Command-Line Interface) zum Einsatz, die eine Vielzahl von Befehlen zur Verfügung stellt, um die Container zu verwalten.

Insgesamt ermöglicht Docker den Entwicklern, Container schnell zu erstellen, zu verwalten und effizient in der Entwicklungs- oder Produktionsumgebung bereitzustellen. Mit diesen Werkzeugen in der Hand können Teams agiler arbeiten und fehleranfällige Konfigurationen von Anwendungen deutlich reduzieren.

Docker-Images verwalten

Docker-Images sind ein zentrales Element beim Arbeiten mit Docker und ermöglichen es, Anwendungen effizient zu verpacken und zu verteilen. Die Verwaltung dieser Images erfordert ein gewisses Maß an Kenntnis und Sorgfalt, um sicherzustellen, dass Anwendungen immer auf dem neuesten Stand sind und reibungslos funktionieren.

Ein wichtiger Aspekt bei der Verwaltung von Docker-Images ist das Tagging. Tags sind Kennzeichnungen, die einem Image zugewiesen werden, um verschiedene Versionen einer Anwendung zu differenzieren. Dies ermöglicht es, mehrere Versionen eines Images parallel zu halten und unkompliziert zwischen diesen zu wechseln. Um ein Image zu taggen, kann der folgende Befehl verwendet werden:

docker tag mein-image-name:alter-tag mein-image-name:neuer-tag

Es ist auch wichtig, veraltete oder nicht mehr benötigte Images zu entfernen, um Speicherplatz auf dem Host zu sparen. Der Befehl zum Löschen eines Docker-Images lautet:

docker rmi mein-image-name:tag

Zusätzlich sollten Sie regelmäßig nach nicht verwendeten Images und Containern suchen, um den Speicher effizient zu nutzen. Der Befehl dazu ist:

docker image prune

Damit werden alle nicht genutzten Images entfernt, was die Bereitstellung von Docker-Ressourcen optimiert.

Ein weiterer bedeutender Aspekt der Verwaltungsprozesse ist das Veröffentlichen von Images auf einem Registry. Der Docker Hub ist die bekannteste öffentliche Registry, in der Entwickler ihre Images speichern und teilen können. Um ein Image zu pushen, verwenden Sie den folgenden Befehl:

docker push mein-image-name:tag

Das wird das Image auf den Docker Hub hochladen, sodass andere darauf zugreifen können. Um Images von einer Registry zu ziehen, wird der pull Befehl genutzt:

docker pull mein-image-name:tag

Es ist auch sinnvoll, eigene Registries zu betreiben, insbesondere für Unternehmen, die interne Images verwalten und ihre Softwarelieferkette sichern möchten.

Die Überwachung von Docker-Images ist ebenfalls entscheidend für die Sicherheit und Stabilität einer Anwendung. Mit Tools wie Security Scanners können Images auf Sicherheitsanfälligkeiten geprüft werden. Diese Scans helfen dabei, Schwachstellen frühzeitig zu identifizieren, sodass Sicherheitsrichtlinien eingehalten werden können.

Abschließend ist die Verwaltung von Docker-Images ein kontinuierlicher Prozess, der regelmäßige Wartung und Aufmerksamkeit erfordert. Durch das effiziente Tagging, das Löschen ungenutzter Images, das Veröffentlichen und Überwachen der Images stellen Entwickler sicher, dass ihre Anwendungen immer performant und sicher sind.

Netzwerk- und Datenmanagement

Die Verwaltung von Netzwerken und Daten in Docker ist von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass Container effizient miteinander kommunizieren und Daten direkt speichern können, ohne dass Informationen verloren gehen. Bei der Verwendung von Docker gibt es mehrere Ansätze zur Handhabung von Netzwerken und Datenmanagement, die den Entwicklungsprozess erheblich vereinfachen.

Docker bietet standardmäßig mehrere Netzwerkmodi, darunter bridge, host, overlay und none, die es ermöglichen, Container individuell zu vernetzen oder sie mit dem Host-System zu verbinden. Der Bridge-Modus ist der häufigste Ansatz, bei dem jeder Container im gleichen Netzwerk untergebracht ist und über interne IP-Adressen kommunizieren kann. Dieser Modus ist ideal für die lokale Entwicklung, da er eine einfache und sichere Kommunikation zwischen Containern ermöglicht. Container im Bridge-Netzwerk können mithilfe von Container-Namen angesprochen werden, was die Verwaltung erleichtert und direkte IP-Adressen vermeidet.

Zusätzlich ermöglicht Docker die Verwendung des Overlay-Netzwerks, das sich besonders für die Orchestrierung von Containern über mehrere Hosts hinweg eignet, beispielsweise in Kombination mit Docker Swarm oder Kubernetes. Overlay-Netzwerke ermöglichen es, dass Container in verschiedenen Hosts miteinander kommunizieren, als ob sie sich im selben Netzwerk befänden. Dieser Ansatz ist besonders vorteilhaft für Microservices-Architekturen, da es Entwicklern ermöglicht, Dienste basierend auf der Netzwerkstruktur zu skalieren und zu isolieren.

Das Datenmanagement in Docker erfolgt hauptsächlich über Volumes und Bind-Mounts. Volumes sind die bevorzugte Methode für die Speicherung von Daten, die von Containern überdauern sollen. Sie werden im Verzeichnis /var/lib/docker/volumes/ auf dem Host gespeichert und sind unabhängig von den Containern. Dies bedeutet, dass Sie Volumes problemlos zwischen Containern ausgabeln oder sogar zwischen verschiedenen Docker-Umgebungen übertragen können. Um ein Volume zu erstellen, verwenden Sie den folgenden Befehl:

docker volume create mein-volume-name

Sobald ein Volume erstellt wurde, kann es beim Starten eines Containers mit der Option PLACEHOLDER2a25f589742339da oder PLACEHOLDERda1c98fa1ebde0cf gemountet werden. Zum Beispiel:

docker run -d -v mein-volume-name:/pfad/im/container mein-image-name

Bind-Mounts hingegen ermöglichen es Ihnen, ein spezifisches Verzeichnis von Ihrem Host in einen Container zu mounten. Dies ist nützlich für die Entwicklung, da Änderungen an Dateien im Host-System sofort im Container sichtbar sind. Ein Beispiel für einen Bind-Mount könnte wie folgt aussehen:

docker run -d -v /pfad/auf/dem/host:/pfad/im/container mein-image-name

Zusätzlich zu Volumes und Bind-Mounts ist es wichtig, sowohl auf die Sicherheit von Daten als auch auf die Datensicherung zu achten. Container sollten so konzipiert sein, dass sensible Daten nicht in den Images gespeichert werden. Stattdessen sollten Umgebungsvariablen oder Secrets-Management-Tools verwendet werden, um sensible Informationen zu verwalten. Docker Swarm bietet beispielsweise eine integrierte Möglichkeit, Secrets zu verwalten, die während der Erstellung von Containern sicher zur Verfügung gestellt werden können.

Die Netzwerk- und Datenverwaltung in Docker ist eine komplexe, aber äußerst wichtige Aufgabe, die es Entwicklern ermöglicht, robuste und flexible Anwendungen zu erstellen. Durch den Einsatz der richtigen Netzwerkkonfigurationen und das effektive Management der Datenspeicherung können sie sicherstellen, dass ihre Anwendungen skalierbar, sicher und benutzerfreundlich sind.

Best Practices für das Deployment

• Container-Orchestrierung: Bei der Skalierung von Anwendungen sollten Sie in Betracht ziehen, Container-Orchestrierungstools wie Docker Swarm oder Kubernetes zu verwenden. Diese Tools helfen dabei, Container-Deployments zu automatisieren, die Lastenverteilung zu optimieren und die Verfügbarkeit von Anwendungen zu gewährleisten. Orchestrierung ermöglicht auch Rollouts und Rollbacks von Versionen, was die Effizienz im Deployment-Prozess erheblich steigert.
• Versionierung: Achten Sie darauf, alle Container und Images zu versionieren. Dies erleichtert die Nachverfolgbarkeit von Änderungen und ermöglicht, zu einer stabilen Version zurückzukehren, falls bei neuen Deployments Fehler auftreten. Eine gute Praxis ist es, Semantic Versioning (SemVer) zu verwenden, um Versionen klar zu kennzeichnen und Missverständnisse zu vermeiden.
• Monitoring und Logging: Implementieren Sie umfassende Monitoring- und Logging-Lösungen, um die Leistung und Integrität Ihrer Container-Anwendungen in Echtzeit zu überwachen. Tools wie Prometheus für das Monitoring und ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana) für das Logging sind weit verbreitet und helfen, Probleme schnell zu identifizieren und zu beheben.
• Sichere Praktiken für den Umgang mit Secrets: Sensible Daten wie API-Keys, Passwörter und Datenbankanmeldeinformationen sollten niemals im Klartext in Ihren Docker-Images oder -Containern gespeichert werden. Nutzen Sie Docker Secrets oder Umgebungsvariablen, um diese Daten sicher zu verwalten und zu schützen.
• Host-Umgebung optimieren: Vergewissern Sie sich, dass die Host-Umgebung für das Ausführen von Docker-Containern optimiert ist. Relevante Aspekte wie ausreichender Speicher, CPU-Ressourcen und Netzwerkbandbreite sollten berücksichtigt werden, um die beste Leistung sicherzustellen.

Es ist auch unerlässlich, regelmäßige Sicherheitsüberprüfungen Ihrer Container und Images durchzuführen. Das Scannen auf Schwachstellen und das Beheben dieser Schwächen im Laufe der Zeit trägt erheblich zur Sicherheit der Anwendung bei. Nutzen Sie automatisierte Tools, um Sicherheitsrichtlinien zu überprüfen und sicherzustellen, dass alle verwendeten Images auf dem neuesten Stand und sicher sind.

Durch das Einhalten dieser Best Practices können Teams nicht nur ihre Deployment-Prozesse optimieren, sondern auch eine hohe Verfügbarkeit, Leistung und Sicherheit ihrer Container-Anwendungen gewährleisten.